¿Por qué diferentes materiales tienen diferente resistencia?

La cantidad de corriente que fluye a través de un cable es directamente proporcional al voltaje en sus extremos. Esto significa que cuanto mayor sea el voltaje en los extremos de un cable, mayor será la corriente en ese cable. Pero para el mismo voltaje en diferentes cables hechos de diferentes materiales, la corriente será diferente. Es decir, si el voltaje en diferentes cables aumenta de la misma manera, entonces el aumento en la intensidad de la corriente ocurrirá en diferentes cables de diferentes maneras, y esto depende de las propiedades de un cable en particular.

Para cada cable, la dependencia del valor actual del voltaje aplicado es individual, y esta dependencia se llama resistencia eléctrica del conductor R… La resistencia en forma general se puede encontrar mediante la fórmula R = U / I, es decir, como la relación entre el voltaje aplicado a un conductor y la cantidad de corriente que se produce a ese voltaje en ese conductor.

Cuanto mayor sea el valor de la corriente en un alambre a un voltaje dado, menor será su resistencia, y mientras más voltaje se deba aplicar al alambre para producir una corriente dada, mayor será la resistencia del alambre.

A partir de la fórmula para encontrar la resistencia, puede expresar la corriente I = U / R, esta expresión se llama Ley de Ohm… De él se puede ver que cuanto mayor es la resistencia del cable, menor es la corriente.

La resistencia, por así decirlo, evita el flujo de corriente, evita que el voltaje eléctrico (campo eléctrico en el cable) cree una corriente aún mayor. Así, la resistencia caracteriza a un conductor en particular y no depende del voltaje aplicado al conductor. Cuando se aplica un voltaje mayor, la corriente será mayor, pero la relación U/I, es decir, la resistencia R, no cambiará.

De hecho, la resistencia de un cable depende de la longitud del cable, de su área de sección transversal, de la sustancia del cable y de su temperatura actual. La sustancia de un conductor está relacionada con su resistencia eléctrica a través del valor de la llamada resistencia.

La resistencia es lo que caracteriza el material de un conductor, mostrando cuánta resistencia tendrá un conductor hecho de una sustancia determinada si dicho conductor tiene un área de sección transversal de 1 metro cuadrado y una longitud de 1 metro. Los cables de 1 metro de largo y 1 metro cuadrado de sección transversal, compuestos de diferentes sustancias, tendrán diferentes resistencias eléctricas.

La conclusión es que para cualquier sustancia (generalmente hay rieles, ya que los cables suelen estar hechos de metales) tiene su propia estructura atómica y molecular. Con respecto a los metales, podemos hablar sobre la estructura de la red cristalina y la cantidad de electrones libres, es diferente para diferentes metales. Cuanto menor es la resistencia específica de una sustancia dada, mejor conduce la corriente eléctrica el conductor hecho de ella, es decir, mejor pasa los electrones a través de sí mismo.

La plata, el cobre y el aluminio tienen baja resistividad. El hierro y el tungsteno son mucho más grandes, sin mencionar las aleaciones, la resistencia de algunas de las cuales supera a los metales puros en cientos de veces. La concentración de portadores de carga libres en los cables es significativamente mayor que en los dieléctricos, por lo que la resistencia de los cables siempre es mayor.

Como se señaló anteriormente, la capacidad de todas las sustancias para conducir corriente está relacionada con la presencia en ellas de portadores de corriente (portadores de carga): partículas cargadas móviles (electrones, iones) o cuasipartículas (por ejemplo, agujeros en un semiconductor) que pueden moverse en una sustancia dada a lo largo de una gran distancia, simplemente podemos decir que queremos decir que tal partícula o cuasipartícula debe ser capaz de viajar en una sustancia dada una distancia arbitrariamente grande, al menos macroscópica.

Dado que la densidad de corriente es mayor, cuanto mayor es la concentración de portadores de carga libres y mayor su velocidad media de movimiento, la movilidad, que depende del tipo de portador de corriente en un entorno específico dado, también es importante. Cuanto mayor sea la movilidad de los portadores de carga, menor será la resistencia de este medio.

Un cable más largo tiene una mayor resistencia eléctrica. Después de todo, cuanto más largo es el cable, más iones de la red cristalina se encuentran en el camino de los electrones que forman la corriente. Y esto significa que cuantos más obstáculos de este tipo encuentran los electrones en el camino, más se ralentizan, lo que significa que disminuye magnitud actual.

Un conductor con una sección transversal grande da más libertad a los electrones, como si no se movieran en un tubo estrecho, sino en un camino ancho. Los electrones se mueven más fácilmente en condiciones más espaciosas, formando una corriente, porque rara vez chocan con los nodos de la red cristalina. Esta es la razón por la que un cable más grueso tiene menos resistencia eléctrica.

Como resultado, la resistencia de un conductor es directamente proporcional a la longitud del conductor, la resistencia específica de la sustancia de la que está hecho e inversamente proporcional al área de su sección transversal. La fórmula de resistencia definitiva incluye estos tres parámetros.

Pero no hay temperatura en la fórmula anterior. Mientras tanto, se sabe que la resistencia de un conductor depende fuertemente de su temperatura. El hecho es que el valor de referencia de la resistencia de las sustancias generalmente se mide a una temperatura de + 20 ° C. Por lo tanto, aquí todavía se tiene en cuenta la temperatura. Hay tablas de referencia de resistencia para diferentes temperaturas de la sustancia.

Los metales se caracterizan por un aumento de la resistencia a medida que aumenta su temperatura.

Esto se debe a que a medida que aumenta la temperatura, los iones de la red cristalina comienzan a vibrar cada vez más e interfieren cada vez más con el movimiento de los electrones.Pero en los electrolitos, los iones llevan carga, por lo tanto, a medida que aumenta la temperatura del electrolito, la resistencia, por el contrario, disminuye, porque la disociación de los iones se acelera y se mueven más rápido.

En semiconductores y dieléctricos, la resistencia eléctrica disminuye al aumentar la temperatura. Esto se debe a que la concentración de la mayoría de los portadores de carga aumenta al aumentar la temperatura. El valor que explica el cambio en la resistencia eléctrica en función de la temperatura se llama coeficiente de temperatura de resistencia.