Har bir moddaning o'ziga xos qarshiligi bor. Bundan tashqari, qarshilik o'tkazgichning haroratiga bog'liq bo'ladi. Keling, buni quyidagi tajriba orqali tasdiqlaylik.
Keling, tokni po'lat spiral orqali o'tkazamiz. Spiralli sxemada biz ampermetrni ketma-ket ulaymiz. Bu qandaydir qiymatni ko'rsatadi. Endi biz spiralni gaz pechining olovida qizdiramiz. Ampermetr tomonidan ko'rsatilgan joriy qiymat kamayadi. Ya'ni, oqim kuchi o'tkazgichning haroratiga bog'liq bo'ladi.
Haroratga qarab qarshilikning o'zgarishi
Faraz qilaylik, 0 daraja haroratda o'tkazgichning qarshiligi R0 ga, t haroratda esa qarshilik R ga teng bo'lsa, u holda qarshilikning nisbiy o'zgarishi t haroratning o'zgarishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi:
- (R-R0)/R=a*t.
Ushbu formulada a - mutanosiblik koeffitsienti bo'lib, u harorat koeffitsienti deb ham ataladi. Bu moddaga ega bo'lgan qarshilikning haroratga bog'liqligini tavsiflaydi.
Qarshilikning harorat koeffitsienti son jihatdan 1 Kelvin bilan qizdirilganda o'tkazgich qarshiligining nisbiy o'zgarishiga teng.
Barcha metallar uchun harorat koeffitsienti Noldan yuqori. Harorat o'zgarishi bilan u biroz o'zgaradi. Shuning uchun, agar harorat o'zgarishi kichik bo'lsa, u holda harorat koeffitsienti doimiy va bu harorat oralig'idagi o'rtacha qiymatga teng deb hisoblanishi mumkin.
Elektrolit eritmalarining qarshiligi harorat oshishi bilan kamayadi. Ya'ni, ular uchun harorat koeffitsienti bo'ladi noldan kam.
Supero'tkazuvchilarning qarshiligi o'tkazgichning qarshiligiga va o'tkazgichning o'lchamiga bog'liq. Supero'tkazuvchilarning o'lchamlari qizdirilganda biroz o'zgarganligi sababli, o'tkazgichning qarshiligi o'zgarishining asosiy komponenti qarshilik hisoblanadi.
Supero'tkazuvchilar qarshiligining haroratga bog'liqligi
O'tkazgich qarshiligining haroratga bog'liqligini topishga harakat qilaylik.
Yuqorida olingan formulaga R=p*l/S R0=p0*l/S qarshilik qiymatlarini almashtiramiz.
Biz quyidagi formulani olamiz:
- p=p0(1+a*t).
Ushbu bog'liqlik quyidagi rasmda keltirilgan.
Keling, nima uchun qarshilik kuchayishini aniqlashga harakat qilaylik
Haroratni oshirganimizda, kristall panjara tugunlarida ionlarning tebranishlari amplitudasi ortadi. Shuning uchun erkin elektronlar ular bilan tez-tez to'qnashadi. To'qnashuvda ular harakat yo'nalishini yo'qotadilar. Natijada, oqim kamayadi.
Ushbu maqolada biz qarshilikni va uning u orqali o'tadigan kuchlanish va oqim bilan o'zaro ta'sirini ko'rib chiqamiz. Maxsus formulalar yordamida rezistorni qanday hisoblashni bilib olasiz. Maqolada, shuningdek, yorug'lik va harorat sensori sifatida maxsus rezistorlardan qanday foydalanish mumkinligi ko'rsatilgan.
Elektr g'oyasi
Yangi boshlanuvchi elektr tokini tasavvur qila olishi kerak. Agar siz elektr o'tkazgich orqali harakatlanadigan elektronlardan iborat ekanligini tushunsangiz ham, uni aniq tasavvur qilish juda qiyin. Shuning uchun men suv tizimi bilan oddiy o'xshashlikni taklif qilaman, uni har kim qonunlarni chuqur o'rganmasdan osongina tasavvur qilishi va tushunishi mumkin.
Elektr tokining to'liq tankdan (yuqori kuchlanish) bo'sh idishga (past kuchlanish) suv oqimiga qanday o'xshashligiga e'tibor bering. Suv va elektr tokining bu oddiy o'xshashligida valf oqim cheklovchi qarshilikka o'xshaydi.
Ushbu o'xshashlikdan siz abadiy eslab qolishingiz kerak bo'lgan ba'zi qoidalarni olishingiz mumkin:
- Tugunga qancha oqim oqsa, undan shunchalik ko'p oqib chiqadi
- Oqim o'tishi uchun o'tkazgichning uchlarida turli potentsiallar bo'lishi kerak.
- Ikkita idishdagi suv miqdorini batareya zaryadiga solishtirish mumkin. Turli idishlardagi suv darajasi bir xil bo'lganda, u oqimni to'xtatadi va batareya zaryadsizlanganda elektrodlar o'rtasida farq bo'lmaydi va oqim oqimi to'xtaydi.
- Qarshilik pasayganda elektr toki kuchayadi, xuddi vana qarshiligining pasayishi bilan suvning oqim tezligi oshadi.
Men ushbu oddiy o'xshashlik asosida yana ko'p xulosalar yozishim mumkin edi, lekin ular quyida Ohm qonunida tasvirlangan.
Rezistor
Rezistorlar oqimni boshqarish va cheklash uchun ishlatilishi mumkin, shuning uchun rezistorning asosiy parametri uning qarshiligi bo'lib, u bilan o'lchanadi. Omaha. Vatt (Vt) bilan o'lchanadigan va rezistorning haddan tashqari qizib ketmasdan va yonib ketmasdan qancha energiya yo'qotishi mumkinligini ko'rsatadigan rezistorning kuchi haqida unutmasligimiz kerak. Shuni ham ta'kidlash kerakki, rezistorlar faqat oqimni cheklash uchun emas, balki yuqori kuchlanishdan pastroq kuchlanish ishlab chiqarish uchun kuchlanish bo'luvchi sifatida ham ishlatilishi mumkin. Ba'zi sensorlar qarshilik yorug'lik, harorat yoki mexanik ta'sirga qarab o'zgarishiga asoslanadi, bu maqolaning oxirida batafsil yozilgan.
Ohm qonuni
Bu 3 ta formula Ohm qonunining asosiy formulasidan olinganligi aniq, ammo ular murakkabroq formulalar va diagrammalarni tushunish uchun o'rganilishi kerak. Siz ushbu formulalardan har qandayining ma'nosini tushunishingiz va tasavvur qilishingiz kerak. Misol uchun, ikkinchi formula qarshilikni o'zgartirmasdan kuchlanishni oshirish oqimning oshishiga olib kelishini ko'rsatadi. Biroq, oqimni oshirish kuchlanishni oshirmaydi (garchi bu matematik jihatdan to'g'ri bo'lsa ham), chunki kuchlanish potentsial farq bo'lib, elektr tokini hosil qiladi, aksincha emas (2-suv idishining analogiyasiga qarang). Formula 3 ma'lum kuchlanish va oqimdagi oqim cheklovchi rezistorning qarshiligini hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Bular ushbu qoidaning ahamiyatini ko'rsatadigan misollardir. Maqolani o'qib chiqqandan so'ng ularni o'zingiz qanday ishlatishni bilib olasiz.
Rezistorlarning ketma-ket va parallel ulanishi
Rezistorlarni parallel yoki ketma-ket ulashning oqibatlarini tushunish juda muhim va ketma-ket va parallel qarshilik uchun ushbu oddiy formulalar yordamida sxemalarni tushunish va soddalashtirishga yordam beradi:
Ushbu misol sxemasida R1 va R2 parallel ravishda ulangan va formulaga muvofiq bitta R3 rezistor bilan almashtirilishi mumkin:
Ikki rezistor parallel ulangan bo'lsa, formulani quyidagicha yozish mumkin:
Sxemalarni soddalashtirish uchun ishlatilishiga qo'shimcha ravishda, ushbu formula sizda mavjud bo'lmagan rezistor qiymatlarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin.
Shuni ham yodda tutingki, R3 qiymati har doim boshqa 2 ekvivalent rezistornikidan kichik bo'ladi, chunki parallel rezistorlarni qo'shish qo'shimcha yo'llarni beradi.
elektr toki, umumiy sxema qarshiligini kamaytirish.
Ketma-ket ulangan rezistorlar bitta rezistor bilan almashtirilishi mumkin, uning qiymati bu ikkisining yig'indisiga teng bo'ladi, chunki bu ulanish qo'shimcha oqim qarshiligini ta'minlaydi. Shunday qilib, ekvivalent qarshilik R3 juda oddiy hisoblab chiqilgan: R 3 = R 1 + R 2
Rezistorlarni hisoblash va ulash uchun Internetda qulay onlayn kalkulyatorlar mavjud.
Oqim cheklovchi rezistor
Oqim cheklovchi rezistorlarning eng asosiy roli qurilma yoki o'tkazgich orqali o'tadigan oqimni boshqarishdir. Ularning qanday ishlashini tushunish uchun avvaliga qaraylik oddiy diagramma, bu erda chiroq to'g'ridan-to'g'ri 9V batareyaga ulangan. Chiroq, ma'lum bir vazifani bajarish uchun (masalan, yorug'lik chiqaradigan) elektr energiyasini iste'mol qiladigan har qanday boshqa qurilma singari, uning joriy iste'molini aniqlaydigan ichki qarshilikka ega. Shunday qilib, bundan buyon har qanday qurilma ekvivalent qarshilik bilan almashtirilishi mumkin.
Endi chiroq qarshilik sifatida ko'rib chiqiladi, biz undan o'tadigan oqimni hisoblash uchun Ohm qonunidan foydalanishimiz mumkin. Ohm qonuniga ko'ra, rezistordan o'tadigan tok kuchlanishi rezistorning qarshiligiga bo'lingan kuchlanish farqiga teng: I=V/R yoki aniqrog'i:
I=(V 1 -V 2)/R
bu erda (V 1 -V 2) - qarshilikdan oldin va keyin kuchlanish farqi.
Endi yuqoridagi rasmga qarang, u erda oqim cheklovchi rezistor qo'shilgan. Nomidan ko'rinib turibdiki, bu chiroqqa o'tadigan oqimni cheklaydi. Siz shunchaki to'g'ri R1 qiymatini tanlab, chiroq orqali o'tadigan oqim miqdorini boshqarishingiz mumkin. Katta rezistor oqimni sezilarli darajada kamaytiradi, kichik rezistor esa tokni kamroq kamaytiradi (bizning suv analogimizdagi kabi).
Matematik jihatdan u quyidagicha yoziladi:
Formuladan kelib chiqadiki, agar R1 qiymati oshsa, oqim kamayadi. Shunday qilib, oqimni cheklash uchun qo'shimcha qarshilik ishlatilishi mumkin. Biroq, shuni ta'kidlash kerakki, bu qarshilikning isishiga olib keladi va siz uning kuchini to'g'ri hisoblashingiz kerak, bu haqda keyinroq muhokama qilinadi.
uchun onlayn kalkulyatordan foydalanishingiz mumkin.
Rezistorlar kuchlanishni ajratuvchi sifatida
Nomidan ko'rinib turibdiki, rezistorlar kuchlanishni ajratuvchi sifatida ishlatilishi mumkin, boshqacha qilib aytganda, ular kuchlanishni bo'lish orqali kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin. Formula: 
Agar ikkala rezistor bir xil qiymatga ega bo'lsa (R 1 =R 2 =R), u holda formulani quyidagicha yozish mumkin: 
Ajratuvchining yana bir keng tarqalgan turi - 6B-rasmda ko'rsatilganidek, bitta rezistor erga ulanganda (0V).
6A formulada Vb ni 0 ga almashtirsak, biz quyidagilarni olamiz: 
Nodal tahlil
Endi, elektron sxemalar bilan ishlashni boshlaganingizda, ularni tahlil qilish va barcha kerakli kuchlanishlarni, oqimlarni va qarshiliklarni hisoblashni bilish muhimdir. Elektron sxemalarni o'rganishning ko'plab usullari mavjud va eng keng tarqalgan usullardan biri bu tugun usuli bo'lib, unda siz oddiygina qoidalar to'plamini qo'llaysiz va barcha kerakli o'zgaruvchilarni bosqichma-bosqich hisoblaysiz.
Nodal tahlil qilish uchun soddalashtirilgan qoidalar
Tugun ta'rifi
Tugun zanjirdagi har qanday ulanish nuqtasidir. Bir-biri bilan bog'langan, boshqa komponentlar bo'lmagan nuqtalar bitta tugun sifatida ko'rib chiqiladi. Shunday qilib, bir nuqtaga cheksiz miqdordagi o'tkazgichlar bitta tugun hisoblanadi. Bitta tugunga birlashtirilgan barcha nuqtalar bir xil kuchlanishga ega.
Filial ta'rifi
Tarmoq ketma-ket ulangan 1 yoki undan ortiq komponentlarning yig'indisi bo'lib, ushbu sxemaga ketma-ket ulangan barcha komponentlar bitta tarmoq sifatida qaraladi.
Barcha kuchlanishlar odatda erga nisbatan o'lchanadi, bu har doim 0 volt.
Oqim har doim yuqori kuchlanishli tugundan pastroq bo'lgan tugunga oqadi.
Tugundagi kuchlanishni quyidagi formula yordamida tugun yaqinidagi kuchlanishdan hisoblash mumkin:
V 1 -V 2 =I 1 *(R 1)
Keling, harakat qilaylik:
V 2 =V 1 -(I 1 *R 1)
Bu erda V 2 - izlanayotgan kuchlanish, V 1 - ma'lum bo'lgan mos yozuvlar kuchlanishi, I 1 - 1-tugundan 2-tugunga oqadigan oqim va R 1 - 2 tugun orasidagi qarshilik.
Ohm qonunida bo'lgani kabi, 2 ta qo'shni tugunning kuchlanishi va qarshilik ma'lum bo'lsa, tarmoq oqimini aniqlash mumkin:
I 1 =(V 1 -V 2)/R 1
Tugunning joriy kirish oqimi joriy chiqish oqimiga teng, shuning uchun uni quyidagicha yozish mumkin: I 1 + I 3 =I 2
Ushbu oddiy formulalarning ma'nosini tushunishingiz juda muhimdir. Misol uchun, yuqoridagi rasmda oqim V1 dan V2 gacha oqadi va shuning uchun V2 ning kuchlanishi V1 dan kam bo'lishi kerak.
Tegishli qoidalarni to'g'ri vaqtda qo'llash orqali siz sxemani tez va oson tahlil qilishingiz va tushunishingiz mumkin. Bu mahorat amaliyot va tajriba orqali erishiladi.
Kerakli qarshilik kuchini hisoblash
Rezistorni sotib olayotganda sizga savol berilishi mumkin: "Siz qanday quvvat rezistorlarini xohlaysiz?" yoki ular faqat 0,25 Vt rezistorlarni berishi mumkin, chunki ular eng mashhurdir.
Agar siz 220 ohmdan yuqori qarshilik bilan ishlasangiz va quvvat manbai 9V yoki undan kam quvvat bilan ta'minlansa, siz 0,125 Vt yoki 0,25 Vt rezistorlar bilan ishlashingiz mumkin. Ammo kuchlanish 10V dan ortiq bo'lsa yoki qarshilik qiymati 220 ohmdan kam bo'lsa, siz qarshilik kuchini hisoblashingiz kerak, aks holda u yonib ketishi va qurilmani buzishi mumkin. Kerakli qarshilik kuchini hisoblash uchun siz rezistordagi kuchlanishni (V) va u orqali o'tadigan oqimni (I) bilishingiz kerak:
P=I*V
bu erda oqim amperda (A), kuchlanish voltda (V) va Pda - quvvat sarfi vattda (Vt) o'lchanadi.
Fotosuratda turli xil quvvatlarning rezistorlari ko'rsatilgan, ular asosan o'lchamlari bilan farqlanadi.
Rezistorlar turlari
Rezistorlar har xil bo'lishi mumkin, ular oddiy o'zgaruvchan rezistorlardan (potentsiometrlardan) harorat, yorug'lik va bosimga javob beradiganlargacha. Ulardan ba'zilari ushbu bo'limda muhokama qilinadi.
O'zgaruvchan qarshilik (potentsiometr)
Yuqoridagi rasmda o'zgaruvchan qarshilikning sxematik ko'rinishi ko'rsatilgan. U ko'pincha potansiyometr deb ataladi, chunki u kuchlanishni ajratuvchi sifatida ishlatilishi mumkin.
Ular hajmi va shakli jihatidan farq qiladi, lekin ularning barchasi bir xil ishlaydi. O'ng va chapdagi terminallar sobit nuqtaga ekvivalentdir (chapdagi rasmdagi Va va Vb kabi) va o'rta terminal potansiyometrning harakatlanuvchi qismi bo'lib, chap va chap tomonning qarshilik nisbatini o'zgartirish uchun ham ishlatiladi. o'ng terminallar. Shuning uchun, potansiyometr kuchlanish bo'luvchi bo'lib, u Va dan Vb gacha bo'lgan har qanday kuchlanishga o'rnatiladi.
Bundan tashqari, o'zgaruvchan rezistor yuqoridagi rasmda (o'ngda) bo'lgani kabi Vout va Vb pinlarini ulash orqali oqim cheklovchi rezistor sifatida ishlatilishi mumkin. Tasavvur qiling-a, oqim chap terminaldan o'ngga, harakatlanuvchi qismga etib borguncha qarshilik orqali qanday o'tadi va uning bo'ylab oqadi, ikkinchi qismga esa juda kam oqim oqadi. Shunday qilib, har qanday elektron komponentlarning, masalan, chiroqning oqimini sozlash uchun potansiyometrdan foydalanishingiz mumkin.
LDR (yorug'likni sezuvchi rezistorlar) va termistorlar
Yorug'lik, harorat yoki bosimga javob beradigan ko'plab rezistorli sensorlar mavjud. Ularning aksariyati tashqi omillar ta'sirida o'zgarib turadigan rezistorlarning qarshiligiga qarab o'zgarib turadigan kuchlanish bo'luvchining bir qismi sifatida kiritilgan.
Fotorezistor (LDR)
11A-rasmda ko'rib turganingizdek, fotorezistorlar o'lchamlari bo'yicha farqlanadi, ammo ularning barchasi yorug'lik ta'sirida qarshiligi pasayib, qorong'ilikda kuchayadigan rezistorlardir. Afsuski, fotorezistorlar yorug'lik darajasidagi o'zgarishlarga nisbatan sekin ta'sir qiladi va juda past aniqlikka ega, ammo ulardan foydalanish juda oson va mashhur. Odatda, fotorezistorlarning qarshiligi quyoshda 50 ohmdan, to'liq zulmatda 10 megohmdan oshib ketishi mumkin.
Yuqorida aytib o'tganimizdek, qarshilikni o'zgartirish bo'luvchidan kuchlanishni o'zgartiradi. Chiqish kuchlanishini quyidagi formula bo'yicha hisoblash mumkin: 
Agar LDR qarshiligi 10 MŌ dan 50 Ō gacha o'zgarib turadi deb hisoblasak, u holda V chiqish mos ravishda 0,005 V dan 4,975 V gacha bo'ladi.
Termistor fotorezistorga o'xshaydi, ammo termistorlar fotorezistorlarga qaraganda ko'proq turlarga ega, masalan, termistor harorat oshishi bilan qarshiligi pasayadigan salbiy harorat koeffitsienti (NTC) termistor yoki ijobiy harorat koeffitsienti (PTC) bo'lishi mumkin. , uning qarshiligi harorat oshishi bilan ortadi. Endi termistorlar atrof-muhit parametrlarining o'zgarishiga juda tez va aniq javob beradi.
Rangli kodlash yordamida qarshilik qiymatini aniqlash haqida o'qishingiz mumkin.
6.2. Supero'tkazuvchilarning elektr qarshiligi. Harorat va bosimga qarab o'tkazgich qarshiligining o'zgarishi. Supero'tkazuvchanlik
Ifodasidan ko'rinib turibdiki, o'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligi, demak, elektr qarshiligi va qarshiligi o'tkazgichning materialiga va uning holatiga bog'liq. Supero'tkazuvchilar holati turli xil tashqi bosim omillariga (mexanik kuchlanishlar, tashqi kuchlar, siqilish, kuchlanish va boshqalar, ya'ni metall o'tkazgichlarning kristalli tuzilishiga ta'sir qiluvchi omillar) va haroratga qarab o'zgarishi mumkin.
Supero'tkazuvchilarning elektr qarshiligi (qarshilik) o'tkazgichning shakli, o'lchami, materiali, bosim va haroratga bog'liq:
. (6.21)
Bunday holda, o'tkazgichlarning elektr qarshiligi va o'tkazgichlarning qarshiligining haroratga bog'liqligi, tajribada aniqlanganidek, chiziqli qonunlar bilan tavsiflanadi:
; (6.22)
, (6.23)
bu erda t va o, R t va R o mos ravishda t = 0 o C da o'ziga xos qarshilik va o'tkazgich qarshiligi;
yoki 
.
(6.24)
(6.23) formuladan o'tkazgichlar qarshiligining haroratga bog'liqligi munosabatlar bilan aniqlanadi:
,
(6.25)
Bu erda T - termodinamik harorat.
G 
Supero'tkazuvchilar qarshiligining haroratga bog'liqligi 6.2-rasmda ko'rsatilgan. Metalllarning qarshiligi ning absolyut harorat T ga bog'liqligi grafigi 6.3-rasmda keltirilgan.
BILAN 
Metalllarning klassik elektron nazariyasiga ko'ra, ideal kristall panjarada (ideal o'tkazgich) elektronlar elektr qarshiligini boshdan kechirmasdan harakat qiladi ( = 0). Zamonaviy tushunchalar nuqtai nazaridan, metallarda elektr qarshiligining paydo bo'lishiga olib keladigan sabablar kristall panjaradagi begona aralashmalar va nuqsonlar, shuningdek, amplitudasi haroratga bog'liq bo'lgan metall atomlarining termal harakatidir.
Mattissen qoidasi elektr qarshiligining (T) haroratga bog‘liqligi murakkab funksiya bo‘lib, ikkita mustaqil haddan iborat:
,
(6.26)
bu yerda ost – qoldiq qarshilik;
id - metallning ideal qarshiligi, u mutlaqo sof metalning qarshiligiga mos keladi va faqat atomlarning issiqlik tebranishlari bilan belgilanadi.
Formulalar (6.25) asosida T 0 bo'lganda ideal metallning qarshiligi nolga moyil bo'lishi kerak (6.3-rasmdagi 1 egri chiziq). Biroq, haroratga bog'liq bo'lgan qarshilik id va dam olish mustaqil atamalarining yig'indisidir. Shuning uchun metallning kristall panjarasida aralashmalar va boshqa nuqsonlar mavjudligi sababli haroratning pasayishi bilan qarshilik (T) qandaydir doimiy yakuniy qiymat resga intiladi (6.3-rasmdagi 2-egri). Ba'zan minimaldan o'tib, haroratning yanada pasayishi bilan bir oz ortadi (6.3-rasmdagi 3-egri chiziq). Qoldiq qarshiligining qiymati panjaradagi nuqsonlarning mavjudligiga va aralashmalar tarkibiga bog'liq va ularning konsentratsiyasi ortishi bilan ortadi. Agar kristall panjaradagi nopokliklar va nuqsonlar soni minimal darajaga tushirilsa, unda metallarning elektr qarshiligiga ta'sir qiluvchi yana bir omil qoladi - atomlarning termal tebranishi, kvant mexanikasiga ko'ra, hatto mutlaq nolda ham to'xtamaydi. harorat. Ushbu tebranishlar natijasida panjara ideal bo'lishni to'xtatadi va kosmosda o'zgaruvchan kuchlar paydo bo'ladi, ularning harakati elektronlarning tarqalishiga olib keladi, ya'ni. qarshilikning paydo bo'lishi.
Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, ba'zi metallar (Al, Pb, Zn va boshqalar) va ularning qotishmalarining T (0,1420 K) past haroratlarda har bir moddaga xos kritik deb ataladigan qarshiligi keskin nolga tushadi, ya'ni e. . metall mutlaq o'tkazgichga aylanadi. Supero'tkazuvchanlik deb ataladigan bu hodisa birinchi marta 1911 yilda G. Kamerlingh Onnes tomonidan simob uchun kashf etilgan. Aniqlanishicha, T = 4,2 K da simob elektr tokiga qarshilikni butunlay yo'qotadi. Qarshilikning pasayishi bir necha yuzdan bir daraja oralig'ida juda keskin sodir bo'ladi. Keyinchalik, boshqa sof moddalarda va ko'plab qotishmalarda qarshilikning yo'qolishi kuzatildi. Supero'tkazuvchi holatga o'tish harorati har xil, lekin har doim juda past.
Supero'tkazuvchi material halqasida (masalan, elektromagnit induksiya yordamida) elektr tokini qo'zg'atish orqali uning kuchi bir necha yil davomida kamaymasligini kuzatish mumkin. Bu bizga o'ta o'tkazgichlar qarshiligining yuqori chegarasini (10 -25 Omm dan kam) topish imkonini beradi, bu misning past haroratdagi qarshiligidan (10 -12 Omm) ancha kichikdir. Shuning uchun o'ta o'tkazgichlarning elektr qarshiligi nolga teng deb taxmin qilinadi. Supero'tkazuvchi holatga o'tishdan oldin qarshilik juda boshqacha bo'lishi mumkin. Ko'pgina supero'tkazgichlar xona haroratida juda yuqori qarshilikka ega. Supero'tkazuvchi holatga o'tish har doim juda keskin sodir bo'ladi. Sof monokristallarda u darajaning mingdan biridan kamroq harorat oralig'ini egallaydi.
BILAN 
Sof moddalar orasida alyuminiy, kadmiy, rux, indiy va galiy o'ta o'tkazuvchanlikni namoyon qiladi. Tadqiqot davomida kristall panjaraning tuzilishi, materialning bir xilligi va tozaligi o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tish xarakteriga sezilarli ta'sir ko'rsatishi ma'lum bo'ldi. Buni, masalan, turli xil tozalikdagi qalayning o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tishning eksperimental egri chiziqlari ko'rsatilgan 6.4-rasmda ko'rish mumkin (egri 1 - bir kristalli qalay; 2 - polikristal qalay; 3 - aralashmalar bilan polikristal qalay).
1914 yilda K. Onnes o'ta o'tkazuvchanlik holati magnit induksiya sodir bo'lganda magnit maydon tomonidan yo'q qilinishini aniqladi. B kritik qiymatdan oshib ketadi. Induksiyaning kritik qiymati supero'tkazgich materialiga va haroratga bog'liq. Supero'tkazuvchanlikni yo'q qiladigan tanqidiy maydonni o'ta o'tkazuvchi oqimning o'zi ham yaratishi mumkin. Shuning uchun, o'ta o'tkazuvchanlikni yo'q qiladigan tanqidiy oqim kuchi mavjud.
1933 yilda Meysner va Oxsenfeld o'ta o'tkazuvchan jism ichida magnit maydon yo'qligini aniqladilar. Tashqi doimiy magnit maydonda joylashgan o'ta o'tkazgich sovutilganda, o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tish paytida magnit maydon o'z hajmidan butunlay siqib chiqadi. Bu supero'tkazgichni ideal o'tkazgichdan ajratib turadi, bunda qarshilik nolga tushganda induksiya magnit maydon hajmida o'zgarishsiz qolishi kerak. Magnit maydonning o'tkazgich hajmidan siljishi fenomeni Meysner effekti deb ataladi. Meissner effekti va elektr qarshiligining yo'qligi o'ta o'tkazgichning eng muhim xususiyatlari hisoblanadi.
Supero'tkazuvchilar hajmida magnit maydonning yo'qligi magnit maydonning umumiy qonunlaridan unda faqat sirt oqimi mavjud degan xulosaga kelishimizga imkon beradi. U jismoniy jihatdan haqiqiy va shuning uchun sirt yaqinida bir oz yupqa qatlamni egallaydi. Oqimning magnit maydoni o'tkazgich ichidagi tashqi magnit maydonni yo'q qiladi. Shu nuqtai nazardan, supero'tkazgich rasmiy ravishda ideal diamagnetik kabi harakat qiladi. Biroq, u diamagnetik emas, chunki uning ichki magnitlanishi (magnitlanish vektori) nolga teng.
O'ta o'tkazuvchanlik hodisasi kuzatiladigan sof moddalar oz sonli. Supero'tkazuvchanlik ko'pincha qotishmalarda kuzatiladi. Sof moddalarda faqat Meysner effekti yuzaga keladi, qotishmalarda esa magnit maydon hajmdan to'liq chiqarib yuborilmaydi (qisman Meysner effekti kuzatiladi).
Toʻliq Meysner effekti kuzatiladigan moddalar birinchi turdagi oʻta oʻtkazgichlar, qisman boʻlganlari esa ikkinchi turdagi oʻta oʻtkazgichlar deyiladi.
Ikkinchi turdagi supero'tkazgichlarda magnit maydon hosil qiluvchi dumaloq oqimlar mavjud, ammo ular butun hajmni to'ldirmaydi, lekin unda alohida filamentlar shaklida taqsimlanadi. Qarshilikka kelsak, u I turdagi supero'tkazgichlarda bo'lgani kabi nolga teng.
Jismoniy tabiatiga ko'ra, o'ta o'tkazuvchanlik elektronlardan tashkil topgan suyuqlikning ortiqcha suyuqligidir. O'ta suyuqlik suyuqlikning ortiqcha suyuqlik komponenti va uning boshqa qismlari o'rtasida energiya almashinuvining to'xtashi tufayli yuzaga keladi, natijada ishqalanish yo'qoladi. Bu holda muhim narsa suyuqlik molekulalarining boshqa darajalardan ancha keng energiya bo'shlig'i bilan ajratilgan eng past energiya darajasida "kondensatsiyalanish" imkoniyatidir, bu o'zaro ta'sir kuchlari ularni bartaraf eta olmaydi. Bu shovqinni o'chirishning sababi. Ko'p zarrachalarni eng past darajada topa olish uchun ular Bose-Eynshteyn statistikasiga bo'ysunishlari kerak, ya'ni. butun sonli spinga ega edi.
Elektronlar Fermi-Dirak statistikasiga bo'ysunadi va shuning uchun eng past energiya darajasida "kondensatsiyalana olmaydi" va super suyuqlik elektron suyuqligini hosil qiladi. Elektronlar orasidagi itarilish kuchlari asosan kristall panjaraning musbat ionlarining jozibador kuchlari bilan qoplanadi. Biroq, kristall panjaraning tugunlarida atomlarning termal tebranishlari tufayli elektronlar o'rtasida jozibador kuch paydo bo'lishi mumkin va ular keyin juftlarga birlashadi. Elektron juftlari butun spinli zarrachalar kabi harakat qiladi, ya'ni. Bose-Eynshteyn statistikasiga bo'ysunish. Ular kondensatsiyalanishi va o'ta o'tkazuvchan elektr tokini hosil qiluvchi elektron juftlarining super suyuqlik oqimini hosil qilishi mumkin. Eng past energiya darajasidan yuqori bo'lgan energiya bo'shlig'i mavjud bo'lib, elektron juftlik boshqa zaryadlar bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasi tufayli bartaraf eta olmaydi, ya'ni. energiya holatini o'zgartira olmaydi. Shuning uchun elektr qarshiligi yo'q.
Elektron juftlarning hosil bo'lish imkoniyati va ularning ortiqcha suyuqliklari kvant nazariyasi bilan izohlanadi.
Supero'tkazuvchi materiallardan amaliy foydalanish (o'ta o'tkazgich magnitlarining o'rashlarida, kompyuter xotirasi tizimlarida va boshqalar) past tanqidiy haroratlari tufayli qiyin. Hozirda kashf etilgan va faol izlanishlar olib borilmoqda keramik materiallar, 100 K dan yuqori haroratlarda o'ta o'tkazuvchanlikka ega (yuqori haroratli supero'tkazgichlar). O'ta o'tkazuvchanlik hodisasi kvant nazariyasi bilan izohlanadi.
Supero'tkazuvchilar qarshiligining harorat va bosimga bog'liqligi texnologiyada haroratni (qarshilik termometrlari) va katta, tez o'zgaruvchan bosimlarni (elektr deformatsiya o'lchagichlar) o'lchash uchun ishlatiladi.
SI tizimida o'tkazgichlarning elektr qarshiligi Ohmm bilan, qarshilik esa Ohm bilan o'lchanadi. Bir Om - 1V kuchlanishda 1A to'g'ridan-to'g'ri oqim oqadigan o'tkazgichning qarshiligi.
Elektr o'tkazuvchanligi formula bilan aniqlangan miqdordir
. (6.27)
SI o'tkazuvchanlik birligi siemens hisoblanadi. Bir siemens (1 sm) - 1 Ohm qarshilikka ega bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismining o'tkazuvchanligi.
Bu nima? Bu nimaga bog'liq? Uni qanday hisoblash mumkin? Bularning barchasi bugungi maqolada muhokama qilinadi!
Va hammasi ancha oldin boshlangan. 1800-yillarning uzoq va dahshatli janoblari hurmatli janob Georg Om o'z laboratoriyasida kuchlanish va oqim bilan o'ynadi va uni o'tkaza oladigan turli xil narsalardan o'tkazdi. Kuzatuvchi odam bo'lib, u bitta qiziqarli munosabatlarni o'rnatdi. Ya'ni, agar biz bir xil o'tkazgichni olsak, unda undagi oqim kuchi qo'llaniladigan kuchlanish bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Xo'sh, ya'ni agar siz qo'llaniladigan kuchlanishni ikki baravar oshirsangiz, oqim kuchi ikki baravar ko'payadi. Shunga ko'ra, hech kim qandaydir mutanosiblik koeffitsientini olish va kiritish bilan bezovta qilmaydi:
Bu erda G koeffitsienti deyiladi o'tkazuvchanlik dirijyor. Amalda, ko'pincha odamlar o'zaro o'tkazuvchanlik bilan ishlaydi. U xuddi shunday deb ataladi elektr qarshilik va R harfi bilan belgilanadi:
Elektr qarshiligi uchun Georg Om tomonidan olingan bog'liqlik quyidagicha ko'rinadi:
Janoblar, biz katta ishonch bilan Ohm qonunini yozdik. Ammo hozircha bu narsaga e'tibor bermaylik. Menda deyarli u uchun alohida maqola tayyor va biz bu haqda gaplashamiz. Keling, ushbu ifodaning uchinchi komponenti - qarshilik haqida batafsilroq to'xtalib o'tamiz.
Birinchidan, bu o'tkazgichning xususiyatlari. Qarshilik kuchlanish bilan oqimga bog'liq emas, chiziqli bo'lmagan qurilmalar kabi ba'zi holatlar bundan mustasno. Biz ularga albatta etib boramiz, lekin keyinroq, janoblar. Endi biz oddiy metallar va boshqa chiroyli, oddiy - chiziqli narsalarni ko'rib chiqamiz.
Qarshilik bilan o'lchanadi Omaha. Bu juda mantiqiy - kim kashf etgan bo'lsa, uni o'z nomi bilan atagan. Kashfiyot uchun ajoyib rag'bat, janoblar! Ammo biz o'tkazuvchanlikdan boshlaganimizni eslaysizmi? Qaysi harf G harfi bilan belgilanadi? Demak, uning ham o'ziga xos o'lchami bor - Siemens. Ammo, odatda, hech kim bu haqda qayg'urmaydi, ular bilan deyarli hech kim ishlamaydi.
Qiziquvchan ong albatta savol beradi - qarshilik, albatta, ajoyib, lekin u aslida nimaga bog'liq? Javoblar bor. Keling, nuqtama-nuqtaga o'taylik. Tajriba shuni ko'rsatadi qarshilik hech bo'lmaganda bog'liq:
- o'tkazgichning geometrik o'lchamlari va shakli;
- material;
- Supero'tkazuvchilar harorati.
Endi har bir nuqtani batafsil ko'rib chiqaylik.
Janoblar, tajriba shuni ko'rsatadiki, doimiy haroratda Supero'tkazuvchilarning qarshiligi uning uzunligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va uning maydoniga teskari proportsionaldir
uning
ko'ndalang kesim. Ya'ni, o'tkazgich qanchalik qalinroq va qisqaroq bo'lsa, uning qarshiligi shunchalik past bo'ladi. Aksincha, uzun va ingichka o'tkazgichlar nisbatan yuqori qarshilikka ega.Bu 1-rasmda tasvirlangan.Ushbu bayonot, shuningdek, elektr toki va suv ta'minotining ilgari keltirilgan o'xshashligidan ham tushunarli: suvning qalin qisqa quvur orqali oqishi ingichka va uzun quvurdan ko'ra osonroqdir va uzatish mumkin. O bir vaqtning o'zida katta hajmdagi suyuqlik.
1-rasm - qalin va ingichka o'tkazgichlar
Buni matematik formulalar bilan ifodalaymiz:
Bu yerga R- qarshilik, l- o'tkazgich uzunligi, S- uning ko'ndalang kesimi maydoni.
Kimdir kimgadir proportsional deb aytsak, biz har doim koeffitsientni kiritishimiz va proportsionallik belgisini teng belgi bilan almashtirishimiz mumkin:
Ko'rib turganingizdek, bu erda bizda yangi koeffitsient mavjud. U deyiladi Supero'tkazuvchilar qarshiligi.
Bu nima? Janoblar, bu 1 metr uzunlikdagi va 1 m 2 tasavvurlar maydoniga ega bo'lgan o'tkazgichning qarshilik qiymatiga ega bo'lishi aniq. Uning o'lchami haqida nima deyish mumkin? Buni formuladan ifodalaymiz:
Qiymat jadval shaklida va unga bog'liq Supero'tkazuvchilar material.
Shunday qilib, biz muammosiz ro'yxatimizning ikkinchi bandiga o'tdik. Ha, ikkita o'tkazgich bir xil shakl va o'lchamda, lekin dan turli materiallar turli qarshilikka ega bo‘ladi. Va bu faqat ular turli o'tkazgich qarshiligiga ega bo'lishi bilan bog'liq. Ba'zi keng qo'llaniladigan materiallar uchun qarshilik qiymati r bo'lgan jadval.
Janoblar, biz kumushning elektr tokiga nisbatan eng kam qarshilikka ega ekanligini ko'ramiz, dielektriklar esa, aksincha, juda yuqori qarshilikka ega. Bu tushunarli. Dielektriklar tok o'tkazmasligi uchun dielektriklardir.
Endi, men taqdim etgan plastinkadan (yoki Google, agar kerakli material bo'lmasa) foydalanib, kerakli qarshilikka ega simni osongina hisoblashingiz yoki ma'lum bir tasavvurlar maydoni va uzunligi bilan simingiz qanday qarshilikka ega bo'lishini taxmin qilishingiz mumkin.
Muhandislik amaliyotimda shunga o'xshash holat bo'lganini eslayman. Biz lazerli nasos chiroqini quvvatlantirish uchun kuchli o'rnatishni amalga oshirayotgan edik. U erdagi kuch shunchaki aqldan ozgan edi. Va "agar biror narsa noto'g'ri bo'lsa" bu kuchni o'zlashtirish uchun ishonchli simdan 1 Ohm qarshilik qilishga qaror qilindi. Nima uchun aynan 1 Ohm va u qaerda o'rnatilgan, biz hozir ko'rib chiqmaymiz. Bu mutlaqo boshqa maqola uchun suhbat. Agar biror narsa sodir bo'lsa, bu rezistor o'nlab megavatt quvvat va o'nlab kilojoul energiyani o'zlashtirishi kerak edi va tirik qolish maqsadga muvofiqligini bilish kifoya. Mavjud materiallar ro'yxatini o'rganib chiqqach, men ikkitasini tanladim: nikrom va fechral. Ular issiqlikka chidamli edi, yuqori haroratga bardosh bera oldi va qo'shimcha ravishda nisbatan yuqori elektr qarshiligiga ega edi, bu esa, bir tomondan, unchalik nozik bo'lmagan (ular darhol yonib ketadi) va juda uzoq emas (sizda bor edi) oqilona o'lchamlarga mos kelish uchun) simlar, ikkinchisida esa - kerakli 1 ohmni oling. Takroriy hisob-kitoblar va Rossiya sim sanoati uchun bozor takliflarini tahlil qilish natijasida (bu atama), men nihoyat fechralga qaror qildim. Ma'lum bo'lishicha, simning diametri bir necha millimetr va uzunligi bir necha metr bo'lishi kerak. Men aniq raqamlarni keltirmayman, sizlardan bir nechtasi ular bilan qiziqadi va men bu hisob-kitoblarni arxivning chuqurligidan qidirishga dangasaman. Simning haddan tashqari qizishi, agar u orqali o'nlab kilojoul energiya o'tgan bo'lsa, (termodinamik formulalar yordamida) ham hisoblab chiqilgan. Bu bizga mos keladigan bir necha yuz daraja bo'lib chiqdi.
Xulosa qilib aytamanki, ushbu uy qurilishi rezistorlari ishlab chiqarilgan va sinovlardan muvaffaqiyatli o'tgan, bu berilgan formulaning to'g'riligini tasdiqlaydi.
Biroq, biz elektr qarshiligining haroratga bog'liqligini ham ko'rib chiqishimiz kerakligini unutib, hayotdan olingan holatlar haqida lirik chekinishlarga berilib ketdik.
Keling, taxmin qilaylik - bu nazariy jihatdan qanchalik bog'liq bo'lishi mumkin Supero'tkazuvchilarning haroratga nisbatan qarshiligi? Haroratning ko'tarilishi haqida nimalarni bilamiz? Kamida ikkita fakt.
Birinchisi: harorat oshishi bilan moddaning barcha atomlari tezroq va katta amplituda tebranishni boshlaydi. Bu zaryadlangan zarrachalarning yo'naltirilgan oqimining statsionar zarralar bilan tez-tez va kuchliroq to'qnashishiga olib keladi. Hamma tik turgan olomondan o‘tish boshqa, hamma telbalardek yugurib o‘tish boshqa narsa. Shu sababli, yo'nalishli harakatning o'rtacha tezligi pasayadi, bu oqim kuchining pasayishiga teng. Xo'sh, ya'ni o'tkazgichning oqimga qarshiligining oshishiga.
Ikkinchi: harorat oshishi bilan birlik hajmdagi erkin zaryadlangan zarralar soni ortadi. Issiqlik tebranishlarining katta amplitudasi tufayli atomlar osonroq ionlanadi. Ko'proq erkin zarralar - ko'proq oqim. Ya'ni qarshilik pasayadi.
Hammasi bo'lib, harorat ortib borayotgan moddalarda ikkita jarayon kurashadi: birinchi va ikkinchi. Gap shundaki, kim g'alaba qozonadi. Amaliyot shuni ko'rsatadiki, metallarda birinchi jarayon ko'pincha g'alaba qozonadi, elektrolitlarda esa ikkinchi jarayon. Xo'sh, ya'ni harorat oshishi bilan metallning qarshiligi ortadi. Va agar siz elektrolit olsangiz (masalan, eritma bilan suv). mis sulfat), keyin uning qarshiligi harorat oshishi bilan kamayadi.
Birinchi va ikkinchi jarayonlar bir-birini to'liq muvozanatlashtiradigan va qarshilik amalda haroratga bog'liq bo'lmagan holatlar bo'lishi mumkin.
Shunday qilib, qarshilik haroratga qarab o'zgaradi. Haroratda qoldiring t 1, qarshilik bor edi R 1. Va haroratda t 2 aylandi R 2. Keyin ham birinchi, ham ikkinchi holat uchun quyidagi ifodani yozishimiz mumkin:
a miqdori, janoblar, deyiladi qarshilikning harorat koeffitsienti. Bu koeffitsientni ko'rsatadi qarshilikning nisbiy o'zgarishi harorat 1 darajaga o'zgarganda. Misol uchun, agar o'tkazgichning 10 gradusdagi qarshiligi 1000 Ohm, 11 gradusda esa 1001 Ohm bo'lsa, bu holda
Qiymat jadval shaklida. Xo'sh, ya'ni bizning oldimizda qanday material borligiga bog'liq. Masalan, temir uchun bitta qiymat, mis uchun esa boshqa bo'ladi. Ma'lumki, metallar uchun (harorat oshishi bilan qarshilik kuchayadi) α>0
, va elektrolitlar uchun (harorat oshishi bilan qarshilik kamayadi) α<0.
Janoblar, bugungi dars uchun bizda dirijyorning paydo bo'ladigan qarshiligiga ta'sir qiladigan ikkita miqdor mavjud va shu bilan birga u oldimizda qanday material ekanligiga bog'liq. Bular o'tkazgichning qarshiligi bo'lgan r va qarshilikning harorat koeffitsienti a. Ularni birlashtirishga harakat qilish mantiqan to'g'ri. Va shunday qilishdi! Oxiri nima bo'ldi? Va bu erda:
r 0 qiymati mutlaqo bir ma'noli emas. Bu o'tkazgichning qarshilik qiymati Dt=0. Va u hech qanday aniq raqamlarga bog'lanmagan, lekin butunlay biz - foydalanuvchilar tomonidan aniqlanganligi sababli, r ham nisbiy qiymatdir. Bu ma'lum bir haroratda o'tkazgichning qarshiligining qiymatiga teng bo'lib, biz uni nol mos yozuvlar nuqtasi sifatida qabul qilamiz.
Janoblar, savol tug'iladi - buni qayerda ishlatish kerak? Va, masalan, termometrlarda. Misol uchun, bunday platina qarshilik termometrlari mavjud. Amaliyot printsipi shundaki, biz platina simining qarshiligini o'lchaymiz (hozir aniqlaganimizdek, bu haroratga bog'liq). Ushbu sim harorat sensori hisoblanadi. Va o'lchangan qarshilik asosida biz atrof-muhit harorati qanday degan xulosaga kelishimiz mumkin. Ushbu termometrlar yaxshi, chunki ular juda keng harorat oralig'ida ishlashga imkon beradi. Aytaylik, bir necha yuz daraja haroratda. U erda hali ham bir nechta termometrlar ishlay oladi.
Va qiziqarli fakt sifatida - oddiy akkor chiroq o'chirilgan bo'lsa, u yoqilgandan ko'ra ancha past qarshilik qiymatiga ega. Aytaylik, oddiy 100 Vt chiroq uchun sovuq holatdagi filamentning qarshiligi taxminan 50 - 100 Ohm bo'lishi mumkin. Oddiy ish paytida u 500 Ohm darajasiga ko'tariladi. Qarshilik deyarli 10 barobar ortadi! Lekin bu erda isitish 2000 daraja atrofida! Aytgancha, yuqoridagi formulalar va tarmoqdagi oqimni o'lchash asosida siz filamentning haroratini aniqroq baholashga harakat qilishingiz mumkin. Qanaqasiga? O'zingiz o'ylab ko'ring. Ya'ni, chiroqni yoqqaningizda, birinchi navbatda, ish oqimidan bir necha baravar yuqori bo'lgan oqim u orqali o'tadi, ayniqsa yoqish momenti rozetkadagi sinus to'lqinining cho'qqisiga to'g'ri kelsa. To'g'ri, chiroq isinmaguncha, qarshilik faqat qisqa vaqt ichida past bo'ladi. Keyin hamma narsa normal holatga qaytadi va oqim normal bo'ladi. Biroq, bunday oqim kuchlanishlari lampalar yoqilganda tez-tez yonib ketishining sabablaridan biridir.
Men shu yerda tugatishni taklif qilaman, janoblar. Maqola odatdagidan bir oz uzoqroq chiqdi. Umid qilamanki, siz juda charchamadingiz. Barchangizga katta omad va yana ko'rishguncha!
Bizga qo'shiling