В металлах электроны находятся в состоянии хаотического движения, интенсивность которого пропорциональна температуре проводника и зависит от структуры кристаллической решетки. Если к проводнику приложено напряжение, то движение электрических зарядов становится упорядоченным, но величина тока зависит в конечном итоге от длины свободного пробега электрона, определяющей сопротивление проводника R.
Разные материалы при одинаковой температуре имеют разные проводимости. Каждый материал характеризуется удельным сопротивлением ρ - сопротивлением проводника единичной длины и единичной площади. Тогда сопротивление проводника: ,
где R -сопротивление проводника
ρ - удельное сопротивление
-длина проводника
S -площадь поперечного сечения
Связь между током и напряжением на участке цепи с сопротивлением Rустановил Георг Ом в 1826 году:
(1.4)
Измеряется сопротивление в Омах. 1 Ом - это сопротивление участка цепи, по которому течет ток 1 А, при напряжении на его концах 1 В. Удельным сопротивлением считают сопротивление между гранями куба с ребром 1 м, изготовленного из данного материала. Единица измерения удельного сопротивления Ом·м.
Элементы цепи, обладающие сопротивлением, называют резисторами. Сопротивление проводников зависит от температуры, т.к. с увеличением температуры увеличивается тепловое движение ионов, мешающее дрейфу электронов. Эта зависимость для каждого материала описывается формулой:
ρ = ρ0(1+αtº),
где ρ0 - удельное сопротивление при t = 0ºC
α -температурный коэффициент сопротивления, определяющие его изменения при изменении температуры на 1ºC.
Таблица 1.1. Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления проводников.
Материал | Удельное сопротивление, ρ (Ом ·м)·10 - 9 | Температурный коэффициент сопротивления α (1/град) |
Серебро | 1,6 | 0,0035 |
Медь | 1,8 | 0,0041 |
Алюминий | 2,95 | 0,0040 |
Сталь | 14,6 | 0,0057 |
Вольфрам | 5,3 | 0,0058 |