Električni otpor i vodljivost
| Elektromagnetizam |
|
| Ključne stavke |
| Elektricitet • Magnetizam |
| Elektrostatika |
| Magnetostatika |
| Elektrodinamika |
| Električna mreža |
| Kovarijantna formulacija |
Naučnici
|
Električni otpor (znak: R) je fizička veličina kojom se izražava omjer napona i električne struje, što je za mnoge materijale stalna vrijednost (Ohmov zakon). Električni otpor, suprotan je pojam od vodljivosti. Električna provodljivost (oznaka: G) je definisana kao količnik jačine struje i napona, tj. obrnuto je proporcionalna otporu.[1]
Suština otpora leži u činjenici da se elektroni u svom pokretu sudaraju sa česticama provodnika i greju ga. Što duži i tanji provodnik, veći je i njegov otpor.[2]
Materijali s puno slobodnih elektrona dobro provode struju, odnosno pružaju mali otpor. To su u prvom redu metali, a posebno mali otpor imaju srebro i bakar. Od njih se izrađuju električni vodovi. Željezo ima oko 7 puta veći otpor od bakra. Izuzetno veliki otpor karakterizira izolatore. Neki materijali pružaju umjereno veliki otpor prolasku struje, pa se koriste za namjerno zagrijavanje ili za povećanje otpora strujnih kola, odnosno kao električni grijači i otpornici.
Formula za električnu provodljivost (G) glasi:
gdje je:
- I jačina električne struje
- U električni napon
- R električni otpor
Formula za električni otpor (R) glasi:
gdje je:
- ρ (čita se ro) specifični otpor, zavisan o vrsti materijala, kojega pruža žica presjeka i dužine 1 m
- S presjek vodiča u
- dužina vodiča u m
Mjerna jedinica električnog otpora u Međunarodnom sustavu (SI) je om, a mjerna jedinica za električnu provodljivost simens (S).[3]
Od svih supstanci metali imaju najveću koncentraciju slobodnih elektrona. Slobodni elektroni se u metalima kreću haotično. Kada se metal nađe u električnom polju, slobodni elektroni pod dejstvom električnih sila počnu da se kreću u jednom smeru. Električna struja u metalima je usmereno kretanje slobodnih elektrona.
Uslov za pojavu električne struje u provodniku je:
- električno polje,
- razlika potencijala na krajevima provodnika (napon).
Elektroliti su vodeni rastvori kiselina, baza i soli. Kada se kiseline, baze i soli nađu u vodi dolazi do razlaganja njihovih molekula na pozitivne i negativne jone. Ova se pojava zove elektrolitička disocijacija. Kada se vodeni rastvori kiselina, baza i soli nađu u električnom polju joni pod dejstvom električnih sila počnu da se kreću usmereno. Pozitivni katjoni se kreću ka negatvnom polu izvora (katodi) a negativni anjoni ka pozitivnom polu izvora (anodi) električnog polja.
Električna struja u tečnostima je usmereno kretanje jona.
U gasovima se javlja električna struja pri smanjenoj gustini i visokom naponu. Pri normalnom atmosferskom pritisku i normalnoj (sobnoj) temperaturi u gasovima se ne javlja električna struja. Gas je inače izolator. Svojstva izolatora gas gubi u procesu jonizacije njegovih molekula i atoma što se dešava prilikom zagrevanja ili delovanjem gama i x zraka. Tada vazduh postaje provodnik.
Pojava električne struje u gasovima se zove električno pražnjenje koje je praćeno pojavom svetlosti, toplote i zvuka.
Električna struja u gasovima je usmereno kretanje jona i elektrona.
Kod čistih metala (bakar, aluminij, zlato, srebro, itd.) otpor raste s porastom temperature. Kod nekih legura otpor se ne mijenja s temperaturom. Otpor ugljena, čak i pada kada ga zagrijavamo.
Porast temperature od 1˚C uzrokuje porast svakog oma otpora za α Ω, pri čemu α zovemo temperaturnim koeficijentom električnog otpora, ovisnim o vrsti materijala od koga je izrađen otpornik. Za metale njegova vrijednost iznosi oko 0,004 Ω.
Porast otpora otpornika dR (Ω) zbog porasta temperature od dt ˚C daje izraz:
dR = R20 x dt x α (Ω)
gdje je R20 otpor kod temperature od približno 20˚C
Posljedica nižeg otpora termičkih trošila kod nižih temperatura su strujni udari prilikom priključenja jakih hladnih grijača ili velikog broja hladnih sijalica. Jakost struje stabilizira se na normalnu vrijednost tek kad se otporna žica usije na normalnu radnu temperaturu.
Neki materijali kao ugljen, smanjuju otpor s porastom temperature. Čak i staklo, koje je pri normalnom rasponu temperatura poznato kao jako dobar izolator, na temperaturi taljenja postaje takoreći supervodljivo. Neki opet, kao manganin i konstantan, zadržavaju približno isti otpor u razumnom rasponu temperatura, pa se koriste za posebne namjene u tehnici. Neke materije postaju supervodljive kod jako niskih temperatura, drastično smanjujući električni otpor. Poluvodiči zagrijavanjem smanjuju otpor u zapornom smjeru, pa njihovo pregrijavanje može ugroziti funkcioniranje elektroničkih uređaja.
Za specifični otpor i temperaturni koeficijent pojedinih materijala vidi specifična električna vodljivost i otpor.
- ↑ Električna provodljivost iz Elektronik Kompendium, izdavač literature o elektrotehnici, elektronici njem.
- ↑ Osnove elektrotehnike za početnike
- ↑ Električna provodljivost u međunarodnom sistemu jedinica SI iz leksikona na slobodnom univerzitetu u Berlinu Arhivirano 2010-02-13 na Wayback Machine-u njem.
