Pourquoi différents matériaux ont une résistance différente

La quantité de courant circulant dans un fil est directement proportionnelle à la tension à ses extrémités. Cela signifie que plus la tension aux extrémités d'un fil est élevée, plus le courant dans ce fil est important. Mais pour la même tension sur différents fils faits de matériaux différents, le courant sera différent. Autrement dit, si la tension sur différents fils augmente de la même manière, l'augmentation de l'intensité du courant se produira dans différents fils de différentes manières, et cela dépend des propriétés d'un fil particulier.

Pour chaque fil, la dépendance de la valeur du courant à la tension appliquée est individuelle, et cette dépendance est appelée résistance électrique du conducteur R… La résistance sous forme générale peut être trouvée par la formule R = U / I, c'est-à-dire comme le rapport de la tension appliquée à un conducteur à la quantité de courant qui se produit à cette tension dans ce conducteur.

Plus la valeur du courant dans un fil à une tension donnée est élevée, plus sa résistance est faible, et plus la tension qui doit être appliquée au fil pour produire un courant donné est grande, plus la résistance du fil est grande.

À partir de la formule pour trouver la résistance, vous pouvez exprimer le courant I = U / R, cette expression s'appelle Loi d'Ohm… On peut en déduire que plus la résistance du fil est grande, plus le courant est faible.

La résistance, pour ainsi dire, empêche la circulation du courant, empêche la tension électrique (champ électrique dans le fil) de créer un courant encore plus important. Ainsi, la résistance caractérise un conducteur particulier et ne dépend pas de la tension appliquée au conducteur. Lorsqu'une tension plus élevée est appliquée, le courant sera plus élevé, mais le rapport U / I, c'est-à-dire la résistance R, ne changera pas.

En fait, la résistance d'un fil dépend de la longueur du fil, de sa section transversale, de la substance du fil et de sa température actuelle. La substance d'un conducteur est liée à sa résistance électrique par la valeur de ce qu'on appelle résistance.

La résistance est ce qui caractérise le matériau d'un conducteur, indiquant la résistance d'un conducteur constitué d'une substance donnée si un tel conducteur a une section transversale de 1 mètre carré et une longueur de 1 mètre. Des fils de 1 mètre de long et 1 mètre carré de section, constitués de différentes substances, auront des résistances électriques différentes.

En fin de compte, pour toute substance (généralement, il y a les métaux, car les fils sont souvent constitués de métaux) a sa propre structure atomique et moléculaire. En ce qui concerne les métaux, on peut parler de la structure du réseau cristallin et du nombre d'électrons libres, c'est différent pour différents métaux. Plus la résistance spécifique d'une substance donnée est faible, mieux le conducteur qui en est constitué conduit le courant électrique, c'est-à-dire mieux il fait passer les électrons à travers lui-même.

L'argent, le cuivre et l'aluminium ont une faible résistivité. Le fer et le tungstène sont beaucoup plus gros, sans parler des alliages dont la résistance de certains dépasse des centaines de fois celle des métaux purs. La concentration de porteurs de charge libres dans les fils est nettement plus élevée que dans les diélectriques, c'est pourquoi la résistance des fils est toujours plus élevée.

Comme indiqué ci-dessus, la capacité de toutes les substances à conduire le courant est liée à la présence en elles de porteurs de courant (porteurs de charge) - des particules chargées mobiles (électrons, ions) ou des quasi-particules (par exemple, des trous dans un semi-conducteur) qui peuvent se déplacer dans une substance donnée sur une longue distance, nous pouvons simplement dire que nous voulons dire qu'une telle particule ou quasi-particule doit être capable de parcourir dans une substance donnée une distance arbitrairement grande, au moins macroscopique.

La densité de courant étant plus élevée, plus la concentration de porteurs de charge libres est importante et plus leur vitesse moyenne de déplacement est élevée, la mobilité, qui dépend du type de porteur de courant dans un environnement spécifique donné, est également importante. Plus la mobilité des porteurs de charge est grande, plus la résistance de ce milieu est faible.

Un fil plus long a une résistance électrique plus élevée. Après tout, plus le fil est long, plus les ions du réseau cristallin se rencontrent sur le chemin des électrons qui forment le courant. Et cela signifie que plus les électrons rencontrent d'obstacles sur leur chemin, plus ils sont ralentis, ce qui signifie qu'il diminue magnitude actuelle.

Un conducteur de grande section donne plus de liberté aux électrons, comme s'ils se déplaçaient non pas dans un tube étroit, mais dans un large chemin. Les électrons se déplacent plus facilement dans des conditions plus spacieuses, formant un courant, car ils entrent rarement en collision avec les nœuds du réseau cristallin. C'est pourquoi un fil plus épais a moins de résistance électrique.

En conséquence, la résistance d'un conducteur est directement proportionnelle à la longueur du conducteur, à la résistance spécifique de la substance à partir de laquelle il est fabriqué et inversement proportionnelle à sa section transversale. La formule de résistance ultime inclut ces trois paramètres.

Mais il n'y a pas de température dans la formule ci-dessus. Parallèlement, on sait que la résistance d'un conducteur dépend fortement de sa température. Le fait est que la valeur de référence de la résistance des substances est généralement mesurée à une température de + 20 ° C. Par conséquent, ici, la température est toujours prise en compte. Il existe des tableaux de référence de résistance pour différentes températures de substance.

Les métaux se caractérisent par une augmentation de la résistance à mesure que leur température augmente.

En effet, à mesure que la température augmente, les ions du réseau cristallin commencent à vibrer de plus en plus et interfèrent de plus en plus avec le mouvement des électrons.Mais dans les électrolytes, les ions portent une charge, donc, à mesure que la température de l'électrolyte augmente, la résistance, au contraire, diminue, car la dissociation des ions s'accélère et ils se déplacent plus vite.

Dans les semi-conducteurs et les diélectriques, la résistance électrique diminue avec l'augmentation de la température. En effet, la concentration de la plupart des porteurs de charge augmente avec l'augmentation de la température. La valeur qui rend compte de la variation de la résistance électrique en fonction de la température est appelée coefficient de température de résistance.