Električni otpor provodnika

0
1850


 

Električni optor je fizička veličina koja predstavlja mjeru optora usmjerenom kretanju naelektrisanih čestica. Obilježava sa R.

Kada provodnik priključimo na izvor struje, elektroni dobijaju komponentu brzine i kreću se ubrzano kroz provodnik, ali vremenom njihova brzina postaje konstantna, što nije u skladu sa drugim Njutnovim zakonom. Jer ako na elektrone djeluje stalna sila oni bi trebali imati stalno ubrzanje. Zašto brzina postaje stalna kao da je prestalo djelovanje sile?

 

To se dešava iz razloga što elektroni dio energije predaju molekulima kristalne rešetke provodnika sa kojima se stalno sudaraju. Molekuli na račun te energije osciluju oko ravnotežnog položaja, provodnik se zbog toga zagrijava.

 

Od čega zavisi električni otpor provodnika? 

Eksperimentima je utvrđeno da otpor zavisi od dužine žice, njenog poprečnog presijeka i vrste materijala.

Faktori koji utiču na otpor provodnika su

Faktori koji utiču na otpor provodnika su:

  • Temperatura provodnika
  • Dužina provodnika
  • Debljina provodnika
  • Vrsta materijala od kog je napravljen provodnik

 

 

  • Primjer 1: Na istoj temperaturi uzećemo provodnike od istog materijala, različite dužine. Jedan dužine l drugi dužine 2l i spojiti ih u strujno kolo. Kad uključimo ampermetar u kolo na kraćem provodniku ampermetar će pokazati dva puta veću jačinu struje. Što znači da je otpor kraćeg provodnika dva puta manji. Otpor se povećava kada se dužina provodnika povećava i direktno  je srazmjeran dužini provodnika.

 

  • Primjer 2: Kada želimo ispitati kako električni otpor zavisi od debljine provodnika uzećemo provodnike od istog materijala i istih dužina. Jedan provodnik ćemo će biti poprečnog presjeka S, drugi sa dva puta većim poprečnim presjekom 2S. Kada propustimo struju  kroz oba, vidjećemo da će ampermetar za provodnik debljine 2S pokazivati dva puta veću jačinu električne struje. Što znači da je otpor debljeg provodnika dva puta manji. Pa možemo zaključiti da je otpor provodnika obrnuto srazmjeran veličini poprečnog presjeka provodnika.

 

  • Primjer 3: Na istoj temperaturi ćemo uzeti otpornike od različitih metala iste dužine i debljine. Kad ih spojimo u strujno kolo sa ampermetrom, vidjet ćemo da će ampermetar pokazivati različite jačine električne struje. Što znači da otpor zavisi od materijala od kojeg je napravljen provodnik. Da bismo izrazili zavisnost električnog otpora provodnika od vrste materijala, uvodi se veličina koja se naziva specifični električni otpor provodnika, koja se obelježava sa ρ. 

 

Na osnovu iznesenog izraz za električni otpor provodnika možemo napisati kao:

 

 

Električni otpor provodnika je direktno srazmjeran dužini provodnika, obrnuto srazmjeran površini poprečnog presjeka provodnika, direktno zavisi i od specifičnog otpora provodnika.

 

 

Zašto dužina provodnika utiče na otpor?

Uticaj dužine provodnika  na otpor može se shvatiti posmatranjem atomske strukture provodnika. Otpor nastaje zato što se elektroni  sudaraju s jonima provodnika. Kad se dužina provodnika povećava, elektroni putuje  duže.  Tako će se šanse za sudar povećati, a time i otpor provodnika.

 

Zašto površina poprečnog presjeka utiče  na otpor?

Povećanjem  debljine provodnika  povećavamo površinu poprečnog presjeka, kroz  koju elektroni mogu proći. To smanjuje mogućnost sudara s jonima provodnika. U debelim materijalima čestice koje nose naboj mogu lakše kretati kroz provodnik, otpor je zbog toga manji.

Što je specifični otpor?

Specifični otpor ima svaki provodnik. Svaki materijal ima svoj specifični otpor. To je zapravo otpor od 1 m duge žice s površinom od 1 m. Neki materijali su bolji provodnici, neki su lošiji. Srebro je jedan od najboljih provodnika, ali se nikada ne koristi kao provodnik u domaćinstvima zato što je skupo. Bakar i aluminijum su jeftiniji materijali a relativno su dobri provodnici pa su pogodniji za široku upotrebu. Otpornost nekog materijala zavisi od njegove unutrašnje strukture. Pošto je unutrašnja struktura provodnika različita u njima se javlja i različita otpornost. Tako se javlja poseban ili specifičan otpor koji karakteriše svaki provodnik.

Specifični otpor je električni otpor provodnika dužine 1m i površine poprečnog presjeka 1m² , kada se nalazi na temperaturi od 0° C.

Elektirčni otpor zavisi i od temperature: ako se poveća temperatura žice od željeza, njen otpor se povisi, dok se kod nekih drugih metala pri zagrijavanju otpor ne mijenja. Kod nekih metala smanjivanjem temperatura na veoma niske vrijednosti skoro da nestaje optora.

Dokazali smo da duži provodnici imaju veću otpornost, a kraći provodnici imaju nižu otpornost. Ovo možemo analizirati, ako elektrone posmatramo kao sićušne kamione koji nose energiju (napon) iz baterije i kroz provodnik. Pogledajte animaciju. Kamioni koji putuju kroz dugačak provodnik će koristiti napon  kako bi imogli da se kreću kroz duži provodnik.

Ako svaka zelena vrećica predstavlja jedan volt koliko napona svaki elektron ima kad napušta bateriju? Kao što elektronovi putuju kroz ovu duži provodnik koliko volti je samo potrebno za kretanje kroz provodnik?

Smanjenje električnog otpora skoro do nule zove se superprovodljivost. Kod nekih izolatora otpor se sa jačim zagrijavanjem smanjuje pa oni postaju provodnici, kao što je staklo, porculan i sl.

 

Specifični otpor nekih materijala:

 

 

LEAVE A REPLY