3. Elektriskā strāva metālos

Metāli ir labi elektrības vadītāji. Tāpēc tieši metālus izmanto elektropārvades līnijās, dažādos kabeļos, elektromotora un elektromagnēta tinumos utt.

 

 

Kā jau zināms no ķīmijas, metāls ir kristāliskā viela. Metāla kristālisko režģi veido pozitīvie joni, starp kuriem brīvi pārvietojas elektroni.

 

 

Katrs metāla atoms dod aptuveni vienu brīvo elektronu no ārējās elektronu čaulas. Šie elektroni (negatīvs lādiņš) nav pārāk cieši saistīti ar atoma kodolu (pozitīvs lādiņš).
Brīvo elektronu enerģija nav atkarīga no temperatūras, un tās kustība nav siltumkustība. Brīvo elektronu koncentrācija metālos ir ${10}^{28}-{10}^{29}{m}^{-3}$.
Ja ārējā elektriskā lauka nav, tad brīvo elektronu kustība ir haotiska. Ja metālu ievietot elektriskā laukā, tad uz elektroniem darbojas vienā virzienā vērsts spēks, kas izraisa brīvo elektronu virzītu kustību, t.i. strāvu.

 

 

Tātad, lādiņnesēji metālos ir brīvie elektroni, t.i. metāliem piemīt elektronu vadītspēja.

Katru metālu raksturo īpatnējā elektrovadītspēja $\mathrm{\sigma }=\frac{1}{\mathrm{\rho }}$, kur $\mathrm{\rho }$ — īpatnējā elektriskā pretestība.

 

Metālu īpatnējā pretestība ir atkarīga no temperatūras. Pieaugot temperatūrai, īpatnējā pretestība palielinās pēc likuma $\mathrm{\rho }={\mathrm{\rho }}_0\cdot (1+\mathrm{\alpha }\cdot t)$, kur

${\mathrm{\rho }}_0$ — īpatnējā pretestība $0{}^{0}C$ temperatūrā,

$\mathrm{\alpha }$ — elektriskās pretestības termiskais koeficients,

\(t\) — temperatūra.

 

 

Atbilstoši formulai $R=\frac{\mathrm{\rho }\cdot l}{S}$ palielinoties temperatūrai, arī pieaug metāla pretestība.

Pretestības palielināšana ir saistīta ar intensīvāko kristāliskā režģa jonu svārstībām, kas palielina pretestību elektronu virzītai kustībai. Piemēram, sildelementos dota parādība nav vēlama. Lai izvairītos no sasilšanas, izmanto sakausējumus ar mazo pretestības termisko koeficientu, piemēram, no konstantāna (izgatavo siltumelementus, termopārus, reostatus) vai manganīna (izmanto mērierīcēs ar augsto precizitātes klasi).