Elektrinė varža ir superlaidumas

Šioje temoje nagrinėjama elektrinė varža, jos priklausomybė nuo įvairių veiksnių, pavyzdžiui, laidininko matmenų, medžiagos ir temperatūros. Taip pat aptariamas superlaidumo reiškinys – visiškas elektrinės varžos išnykimas, esant labai žemai temperatūrai. Galiausiai, sužinoma apie superlaidininkų savybes ir jų sandarą.

Elektrinės varžos samprata
Elektronai, veikiami elektrinio lauko, juda kryptingai, tačiau susiduria su kristalinės gardelės jonais. Šie susidūrimai lemia elektronų kinetinės energijos praradimą, mažinantį elektronų greitį ir srovės stiprį. Šis pasipriešinimas elektros srovės tekėjimui vadinamas elektrine varža. Ji yra pagrindinė laidininko charakteristika, nurodanti, kaip stipriai laidininkas priešinasi elektros srovės tekėjimui, panašiai kaip trintis mechanikoje.
Superlaidumas
Artėjant prie absoliučiojo nulio (\(-273 \text{ °C}\)), daugelio medžiagų savitoji elektrinė varža staiga sumažėja iki nulio. Šis reiškinys vadinamas superlaidumu. Superlaidumo būsenoje elektronai juda be pasipriešinimo, nesusidurdami su jonais. Medžiagos, pasižyminčios superlaidumu, vadinamos superlaidininkais. Jose elektros srovė gali tekėti be energijos nuostolių neribotą laiką. Superlaidumo priežastis – elektronų porų susidarymas dėl pakitusios kristalinės gardelės struktūros labai žemoje temperatūroje. Teigiami jonai apsupa elektronus, sukurdami didesnį teigiamąjį krūvį, kuris traukia kitą elektroną, sudarydamas porą. Šios poros juda be pasipriešinimo. Superlaidumu pasižymi aliuminis, alavas, įvairūs lydiniai, bet ne taurieji metalai (auksas, sidabras). Aukščiausios temperatūros superlaidininkai yra keraminės medžiagos.
Varžos priklausomybė nuo laidininko parametrų
Laidininko elektrinė varža priklauso nuo jo geometrinių matmenų ir medžiagos, iš kurios jis pagamintas. Varža yra atvirkščiai proporcinga laidininko skerspjūvio plotui (\(R \sim 1/S\)): mažesnio skerspjūvio laidininke elektronai stipriau sąveikauja su jonais, todėl varža didesnė. Varža yra tiesiogiai proporcinga laidininko ilgiui (\(R \sim l\)): ilgesniame laidininke elektronai susiduria su daugiau jonų. Skirtingų medžiagų laidininkai, turintys tuos pačius matmenis, turi skirtingą varžą. Ši priklausomybė apibūdinama savitąja elektrine varža (\(\rho\)), kuri priklauso nuo medžiagos rūšies ir būsenos. Bendroji formulė: \(R = \rho(l/S)\), kur \(R\) – varža, \(\rho\) – savitoji varža, \(l\) – ilgis, \(S\) – skerspjūvio plotas.
Varžos priklausomybė nuo temperatūros
Laidininko varža keičiasi kintant temperatūrai. Kaitinant metalinį laidininką, jo elektringosios dalelės juda greičiau, dėl ko padidėja elektronų susidūrimų su jonais dažnis. Tai mažina elektronų kryptingo judėjimo greitį ir srovės stiprį, didinant varžą. Metalų varžos priklausomybė nuo temperatūros yra tiesinė: \(\rho = \rho_0(1 + \alpha t)\), kur \(\rho\) – varža esant temperatūrai \(t\), \(\rho_0\) – varža esant \(0 \text{ }^\circ\text{C}\), \(\alpha\) – temperatūrinis varžos koeficientas. Temperatūrinis koeficientas (\(\alpha\)) rodo santykinį varžos pokytį temperatūrai pakitus 1 K. Grynųjų metalų \(\alpha \approx 1/273 \text{ K}^{-1}\). Kai kurių lydinių (pvz., konstantano) \(\alpha\) yra labai mažas, o savitoji varža – didelė, todėl jie naudojami etaloniniams varžams.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com