Por que diferentes materiais têm diferentes resistências

A quantidade de corrente que flui através de um fio é diretamente proporcional à tensão em suas extremidades. Isso significa que quanto maior a tensão nas extremidades de um fio, maior a corrente nesse fio. Mas para a mesma tensão em fios diferentes feitos de materiais diferentes, a corrente será diferente. Ou seja, se a tensão em fios diferentes aumentar da mesma maneira, o aumento da intensidade da corrente ocorrerá em fios diferentes de maneiras diferentes, e isso depende das propriedades de um fio específico.

Para cada fio, a dependência do valor da corrente com a tensão aplicada é individual, e essa dependência é chamada resistência elétrica do condutor R… A resistência na forma geral pode ser encontrada pela fórmula R = U / I, ou seja, como a razão entre a tensão aplicada a um condutor e a quantidade de corrente que ocorre nessa tensão naquele condutor.

Quanto maior o valor da corrente em um fio em uma determinada tensão, menor sua resistência e quanto mais tensão deve ser aplicada ao fio para produzir uma determinada corrente, maior a resistência do fio.

A partir da fórmula para encontrar a resistência, você pode expressar a corrente I = U / R, essa expressão é chamada lei de ohm… A partir dele pode-se ver que quanto maior a resistência do fio, menor a corrente.

A resistência, por assim dizer, impede o fluxo de corrente, impede que a tensão elétrica (campo elétrico no fio) crie uma corrente ainda maior. Assim, a resistência caracteriza um determinado condutor e não depende da tensão aplicada ao condutor. Quando uma tensão mais alta é aplicada, a corrente será maior, mas a relação U / I, ou seja, a resistência R, não mudará.

De fato, a resistência de um fio depende do comprimento do fio, de sua área de seção transversal, da substância do fio e de sua temperatura atual. A substância de um condutor está relacionada com a sua resistência elétrica através do valor da chamada resistência.

A resistência é o que caracteriza o material de um condutor, mostrando quanta resistência um condutor feito de uma determinada substância terá se tal condutor tiver uma área de seção transversal de 1 metro quadrado e um comprimento de 1 metro. Fios de 1 metro de comprimento e 1 metro quadrado de seção transversal, compostos por diferentes substâncias, terão diferentes resistências elétricas.

O ponto principal é que, para qualquer substância (geralmente há metais, já que os fios geralmente são feitos de metais) tem sua própria estrutura atômica e molecular. Em relação aos metais, podemos falar sobre a estrutura da rede cristalina e o número de elétrons livres, é diferente para diferentes metais. Quanto menor a resistência específica de uma determinada substância, melhor o condutor feito dela conduz a corrente elétrica, ou seja, melhor ela passa os elétrons através de si mesma.

Prata, cobre e alumínio têm baixa resistividade. O ferro e o tungstênio são muito maiores, sem falar nas ligas, cuja resistência de algumas delas excede os metais puros em centenas de vezes. A concentração de portadores de carga livres nos fios é significativamente maior do que nos dielétricos, razão pela qual a resistência dos fios é sempre maior.

Conforme observado acima, a capacidade de todas as substâncias de conduzir corrente está relacionada à presença nelas de portadores de corrente (portadores de carga) - partículas carregadas móveis (elétrons, íons) ou quase-partículas (por exemplo, buracos em um semicondutor) que podem mover em uma determinada substância por uma longa distância, podemos simplesmente dizer que queremos dizer que tal partícula ou quasipartícula deve ser capaz de viajar em uma determinada substância por uma distância arbitrariamente grande, pelo menos macroscópica.

Como a densidade de corrente é maior, quanto maior a concentração de portadores de carga livres e maior sua velocidade média de movimento, a mobilidade, que depende do tipo de portador de corrente em um determinado ambiente específico, também é importante. Quanto maior a mobilidade dos portadores de carga, menor a resistência desse meio.

Um fio mais longo tem uma resistência elétrica maior. Afinal, quanto mais longo o fio, mais íons da rede cristalina se encontram no caminho dos elétrons que formam a corrente. E isso significa que quanto mais obstáculos os elétrons encontram no caminho, mais eles ficam mais lentos, o que significa que diminui magnitude atual.

Um condutor com grande seção transversal dá mais liberdade aos elétrons, como se eles estivessem se movendo não em um tubo estreito, mas em um caminho amplo. Os elétrons se movem mais facilmente em condições mais espaçosas, formando uma corrente, porque raramente colidem com os nós da rede cristalina. É por isso que um fio mais grosso tem menos resistência elétrica.

Como resultado, a resistência de um condutor é diretamente proporcional ao comprimento do condutor, à resistência específica da substância da qual é feito e inversamente proporcional à sua área de seção transversal. A fórmula de resistência final inclui esses três parâmetros.

Mas não há temperatura na fórmula acima. Entretanto, sabe-se que a resistência de um condutor depende fortemente de sua temperatura. O fato é que o valor de referência da resistência das substâncias geralmente é medido a uma temperatura de + 20 ° C. Portanto, aqui a temperatura ainda é levada em consideração. Existem tabelas de referência de resistência para diferentes temperaturas de substâncias.

Os metais são caracterizados por um aumento na resistência à medida que sua temperatura aumenta.

Isso ocorre porque, à medida que a temperatura aumenta, os íons da rede cristalina começam a vibrar cada vez mais e interferem cada vez mais no movimento dos elétrons.Mas nos eletrólitos, os íons carregam uma carga, portanto, à medida que a temperatura do eletrólito aumenta, a resistência, ao contrário, diminui, porque a dissociação dos íons acelera e eles se movem mais rapidamente.

Em semicondutores e dielétricos, a resistência elétrica diminui com o aumento da temperatura. Isso ocorre porque a concentração da maioria dos portadores de carga aumenta com o aumento da temperatura. O valor que explica a variação da resistência elétrica em função da temperatura é chamado coeficiente de temperatura de resistência.