Теоретичні відомості

Електричний опір металів зв’язаний з розсіянням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки і структурних неоднорідностях.

Зауважимо, що опір провідника в першому наближенні не залежить від сили струму, який проходить по провіднику, а залежить від його геометричних розмірів, форми та від матеріалу провідника і його стану. Для однорідних провідників циліндричної форми:

(1.1)

де - довжина провідника,- площа поперечного перерізу,- коефіцієнт пропорційності, який залежить від матеріалу та фізичного стану провідника. Його називаютьпитомим опором матеріалу. Одиницею виміру в СІ є ом на метр: = Ом.м.

Питомий опір провідників значною мірою залежить від домішок, а також від способу виготовлення провідників. Найменший питомий опір мають срібло і мідь. На практиці для передавання електричної енергії використовують дріт із міді або алюмінію. Для виготовлення реостатів, котушок опору використовують сплави з великим питомим опором (ніхром, нікелін).

Питомий опір провідників залежить не лише від хімічного складу речовини, а й від його стану, зокрема температури. Залежність питомого опору однорідної речовини від температури характеризують температурним коефіцієнтом питомого опору :

(1.2)

Температурний коефіцієнт питомого опору чисельно дорівнює відносній зміні опору провідника при зміні його температури на 1 К.

Величина для різних речовин різна. Відповідно до класичної електронної теорії Друде - Лоренца, значення температурного коефіцієнта питомого опору чистих металів у твердому стані має бути близьким до температурного коефіцієнта розширення ідеального газу, тобто. Він також може дещо змінюватися при зміні температури даної речовини. Деякі сплави мають досить малі значення, наприклад, для константану=0,1*10-4К-1. Дріт із таких сплавів використовують для виготовлення еталонів опору, котушок вимірювальних місткових схем тощо.

Як показують досліди, для кожного хімічно чистого металевого провідника існує певний інтервал температур, в якому залежність питомого опору від температури має лінійний характер, тобто:

=(1+)

(1.3)

де - питомий опір, що відповідає початку температурного інтервалу. Здебільшого за початок цього інтервалу беруть температуруС.

Залежність опору металів від температури покладено в основу роботи приладів для вимірювання температури (термометри опору), енергії випромінювання (болометри) та автоматичних пристроїв для термостатування, терморегулювання будь-яких процесів з великою точністю.

З отриманих формул можна зробити висновок, що при збільшенні температури питомий опір металу повинен дещо зростати. Пояснюється це тим, що при підвищенні температури посилюються коливання вузлів кристалічних решіток, зменшується довжина вільного пробігу електронів і, як наслідок, зростає опір. Таким чином, температурний коефіцієнт питомого опору є величиною позитивною.

У деяких металах і сплавах виявлене явище надпровідності (сплави вісмуту із золотом, карбідів молібдену й вольфраму, свинцю, цинку, алюмінію та ін.), що полягає в тому, що нижче деякої критичної температури питомі опори цих речовин стають досить малими.

Однак існують метали, в яких питомий опір при плавленні зменшується. Збільшення питомого опору спостерігається у тих металів, в яких при плавленні збільшується об’єм, тобто зменшується густина. У металів, що зменшують свій об’єм при плавленні, питомий опір зменшується. Прикладом таких металів є: вісмут зменшується на 54%; галій – на 53%; сурма - на 28-29%.

Домішки до чистих металів, а також порушення їхньої структури, як правило, приводять до збільшення питомого опору.

Якщо при сплавленні двох металів відбувається утворення твердого розчину, тобто, при затвердінні вони спільно кристалізуються і атоми одного металу входять у кристалічні решітки другого, то відбувається істотне збільшення питомого опору