Již víme, že podstatou elektrického proudu v kovovém vodiči je usměrněný pohyb volných elektronů. Při tomto pohybu elektrony narážejí jednak na ionty kovu (popř. na další atomy obsažené v látce), jednak na sebe navzájem. Tím se jejich pohyb brzdí. Říkáme, že vodič klade elektrickému proudu odpor nebo–li rezistenci. Jednotkou odporu je ohm (Ω) pojmenovaný na počest George Ohma. Poprvé odpor jednoho ohmu realizoval Werner Siemens jako odpor sloupku rtuti o průřezu 1 mm2 a délce 106 cm při teplotě 0 °C. Jeho definice jednotky byla přijata v roce 1884 jako součást nové soustavy elektrických a magnetických jednotek navržených Wilhelmem Weberem. Odpor se měří ohmmetrem.
Georg Simon Ohm.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Různé vodiče mají různý odpor. Spojovací vodiče v elektrickém obvodu mají malý odpor, aby co nejméně zmenšovaly proud procházející obvodem. Naopak poměrně velký odpor mají odporové dráty tepelných spotřebičů a odporová vlákna žárovek, která se díky velkému odporu při dostatečném napětí značně zahřívají. Pokusy můžeme zjistit, že odpor závisí na délce vodiče, průřezu vodiče a na materiálu vodiče (vyjádříme pomocí měrného odporu ρ rezistivita v Ω m). Platí tedy vztah, který znal už v roce 1821 Humprey Davy
Hodnota měrného odporu závisí na stavu látky a pro některé materiály při teplotě 20 °C je uvedena v tabulce
|
Materiál |
Měrný odpor [Ω m] |
Materiál |
Měrný odpor [Ω m] |
|---|---|---|---|
|
stříbro |
16 · 10-3 |
konstantan |
500 · 10-3 |
|
měď |
18 · 10-3 |
PVC |
1013 |
|
hliník |
27 · 10-3 |
slída |
5 · 1014 |
|
železo |
100 · 10-3 |
jantar |
>1014 |
|
ocel |
200 · 10-3 |
|
|
Látky, které mají velký měrný odpor, jsou izolanty. Nejdokonalejším izolantem je jantar, dále se jako izolanty užívají např. PVC, slída, sklo, porcelán atd.
V roce 1858 experimentálně Rudolf Clausius zjistil, že odpor vodiče závisí také na teplotě podle vztahu.
kde R0 je odpor při teplotě 0 °C, α teplotní součinitel odporu. Jeho jednotka je K–1. Hodnoty součinitele α najdeme rovněž v MFChT. Velmi malou hodnotu součinitele α (přibližně 3 · 10–4 K–1) má slitina kovů zvaná konstantan, jejíž odpor se při zahřívání mění jen nepatrně (zůstává prakticky konstantní). Z konstantanu se vyrábějí odporové spirály tepelných vodičů, termostaty – např. do žehliček, elektrických vařičů, odporových teploměrů, které patří mezi nejcitlivější. Můžeme jimi změřit až miliontiny stupně. Pro většinu kovů je při běžných teplotách součinitel α > 0, proto se jejich odpor s rostoucí teplotou zvětšuje. Některé látky, např. uhlík, elektrolyty a polovodiče mají α < 0 a jejich odpor se s rostoucí teplotou zmenšuje. Pro větší rozsah teplot tento vztah neplatí přesně. Pro kovy platí poměrně přesně Lorentzův – Lorenzův zákon, který dává do souvislosti tepelnou a elektrickou vodivost kovů
kde λ je tepelná vodivost a ρ je měrný odpor, k je Boltzmanova konstanta (k = 1,38 · 10–23 J K–1) a e je elementární náboj (e = 1,6 · 10–19 C).
Na měrný odpor některých kovů má vliv i magnetické pole (vizmut), osvětlení (selen) nebo skupenství kovu.
Převrácenou hodnotu odporu nazýváme vodivost
Jednotkou vodivosti je siemens, pojmenovaný na počest Wernera Siemense.
Werner Siemens.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
