Γιατί ορισμένα υλικά έχουν ηλεκτρική αντίσταση;
1. Κινητικότητα ηλεκτρονίων:
* Διευθυντές: Σε υλικά όπως τα μέταλλα, τα ηλεκτρόνια συνδέονται χαλαρά με τα άτομα τους και μπορούν να κινούνται ελεύθερα σε όλο το υλικό. Αυτά τα "ελεύθερα ηλεκτρόνια" μπορούν εύκολα να φέρουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα.
* μονωτήρες: Σε μονωτήρες, τα ηλεκτρόνια συνδέονται στενά με τα άτομα τους. Χρειάζεται πολλή ενέργεια για να τα απελευθερώσει, να τους κάνει πολύ κακούς αγωγούς και να έχουν υψηλή αντίσταση.
2. Διάσπαση και συγκρούσεις:
* Καθώς τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός υλικού, συγκρούονται με άτομα και άλλα ηλεκτρόνια. Αυτές οι συγκρούσεις προκαλούν την απώλεια ενέργειας, η οποία εκδηλώνεται ως αντίσταση.
* Θερμοκρασία: Η αυξημένη θερμοκρασία προκαλεί τα άτομα να δονείται περισσότερο, οδηγώντας σε περισσότερες συγκρούσεις και υψηλότερη αντίσταση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα καλώδια θερμαίνονται όταν μεταφέρετε το ρεύμα.
3. Ακαθαρσίες και ελαττώματα:
* Οι ακαθαρσίες μέσα σε ένα υλικό μπορούν να δημιουργήσουν "εμπόδια" για να πλοηγηθούν τα ηλεκτρόνια, να παρεμποδίσουν τη ροή τους και να αυξήσουν την αντίσταση.
* Τα κρυσταλλικά ελαττώματα (που λείπουν ή δεν έχουν τοποθετηθεί άτομα) λειτουργούν επίσης ως κέντρα σκέδασης, συμβάλλοντας στην αντίσταση.
4. Κβαντικά εφέ:
* Σε ατομικό επίπεδο, η αντίσταση επηρεάζεται επίσης από κβαντικά μηχανικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια μπορούν να "διασκορπιστούν" από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος του υλικού, ακόμη και ελλείψει ακαθαρσιών.
5. Τύποι αντίστασης:
* ohmic αντίσταση: Αυτός είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος, όπου η αντίσταση είναι σταθερή ανεξάρτητα από την εφαρμοζόμενη τάση (π.χ. αντιστάσεις σε ηλεκτρονικά κυκλώματα).
* Μη ohmic αντίσταση: Ορισμένα υλικά παρουσιάζουν αντίσταση που αλλάζει με την εφαρμοζόμενη τάση (π.χ. διόδους, τρανζίστορ). Αυτό οφείλεται σε πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μέσα στο υλικό.
Συνοπτικά:
Η ηλεκτρική αντίσταση προκύπτει από την εγγενή δυσκολία των ηλεκτρονίων να ρέει ελεύθερα μέσω ενός υλικού. Αυτή η δυσκολία προκαλείται από ένα συνδυασμό κινητικότητας ηλεκτρονίων, συγκρούσεων με άτομα, ακαθαρσίες και κβαντικές επιδράσεις. Ο βαθμός αντίστασης ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των υλικών, με τους αγωγούς να έχουν χαμηλή αντίσταση και μονωτήρες να έχουν υψηλή αντίσταση.
