Контактний електричний опір

Причини виникнення опору

Електрони провідника невпинно й хаотично рухаються, але у випадку, коли до провідника не прикладена напруга, хаотичний рух електронів в середньому не призводить до переносу заряду — електричний струм дорівнює нулю. Електричний струм виникає тоді, коли існує переважний рух електронів у одному напрямку. Така ситуація можлива при наявностіелектрорушійної сили, енергія якої витрачається на переорієнтацію теплового руху електронів.

Під час свого руху електричні заряди взаємодіють з кристалічною ґраткою: зіштовхуються з атомами ґратки (розсіються). При цьому електрони віддають енергію, отриману від електричного поля джерела е.р.с., ґратці. Атоми, що перебувають в коливальному русі навколо положення рівноваги, збільшують амплітуду коливання. Тобто, енергія електричного поля перетворюється в енергію коливання атомів — в тепло.

В джерелі е.р.с. внаслідок кулонівського відштовхування електрони намагаються зайняти рівноважне положення, що відповідає їх найбільшій віддаленності один від одного. Щоб викликати струм, треба порушити цю рівновагу і спрямувати електрони у певному напрямку проти сил поля (в джерелах струму цю роботу виконують сторонні сили, наприклад, хімічні). Розглянуті процеси викликають появу внутрішнього опору джерела е.р.с..

Залежність опору від розмірів провідника

Для провідника довжиною l і поперечним перерізом S опір визначається за формулою

.

де ρ — питомий опір — характеристика матеріалу з якого виготовлений провідник. Питомий опір — це опір провідника кубічної форми з одиничними розмірами. Найменше значення ρ для срібла і золота. Ці матеріали використовують для виготовлення контактів в мікросхемах.

Залежність опору від температури

Причиною виникнення опору є розсіювання (зіткнення) носіїв заряду на атомах ґратки. При збільшенні температури, по-перше, збільшується теплова швидкість електронів; по-друге, збільшується амплітуда коливання атомів відносно їхнього рівноважного положення. Необхідно зазначити, що вплив першого процесу, а саме — збільшення теплової швидкості, в меншій мірі впливає на опір провідника, ніж коливання атомів, оскільки при кімнатній температурі (20^o С) теплова швидкість становить близько 10⁵ см/сек, або 100 км/сек. Тому підвищення температури, наприклад на Δt = 40 — 60 °C, не приведе до суттєвого збільшення швидкості. А от амплітуда коливання атомів може збільшитися в кілька разів. Це викличе збільшення ефективного перетину розсіювання носіїв заряду на атомах і, як наслідок, приведе до збільшення ймовірності розсіювання. Зазначені явища призводять до втрат енергіїносіями заряду. Струм через провідник при цьому зменшиться, тобто опір провідників при нагріванні збільшується.

Опір напівпровідників

В напівпровідниках існує додатковий фактор, що залежить від температури, а саме — може змінюватись концентрація вільних носіїв заряду, якими в напівпровідниках є електрони провідності й дірки. Концентрація вільних носіїв заряду зростає при підвищенні температури за експоненційним законом. Збільшення кількості носіїв, які можуть давати вклад у електричний струм, приводить до зменшення опору.

В залежності від того, яка з причин в досліджуваному матеріалі домінує, при підвищенні температури опір може збільшуватись (метали), або зменшуватись (напівпровідники).

Контактний електричний опір

Контактний електричний опір — опір, який виникає в місці контакту проводів електричного кола внаслідок нещільного прилягання.

Зовнішній опір

Зовнішній опір – загальний опір усіх ділянок електричного кола, крім опору джерела електричного струму. Властивість провідника, від якої залежить сила струму в колі.