Elektritakistus. Eritakistus

Elektronid ei saa metallist elektrijuhis vabalt liikuda, sest juht koosneb ioonidest[joonealune: aatom, mis on loovutanud või endaga liitnud ühe või mitu elektroni], mis on elektronidest palju suuremad. Ioonid jäävad suunatult liikuvatele elektronidele ette ja takistavad nende liikumist. Et olukorda paremini mõista, kujutleme, et meil on vaja liikuda läbi pallimere, kus iga palli läbimõõt on umbes 1 kilomeeter ja pallid asuvad üksteisest samuti umbes kilomeetri kaugusel. Pallid aga ei seisa paigal, vaid võnguvad pidevalt juhuslikus suunas umbes 100 m ulatuses. Ja meil tuleb mööduda ühes sekundis miljardist sellisest pallist. Kas on võimalik, et me ühegi palliga kokku ei puutu? Tõenäoliselt mitte. Põrkeid on kindlasti palju. Samamoodi on ka elektronidega, kui nad liiguvad metallis. Igal põrkel annavad elektronid osa oma suunatud liikumise energiast ioonidele, mis hakkavad seetõttu veidi kiiremini võnkuma ja see tõstab juhi temperatuuri.

Teeme katse. Ühendame reguleeritava pingeallika jadamisi lambi ja ampermeetriga. Lülitame voolu sisse ja registreerime ampermeetriga voolutugevuse. Siis muudame pinge 2 korda suuremaks ja vaatame, kuidas voolutugevus muutub. Näeme, et voolutugevus suureneb samuti 2 korda. Katse näitab, et voolutugevus juhis oleneb sellele rakendatud pingest: mida suurem on pinge, seda suurem on voolutugevus. Põhjus on selles, et suurem pinge tekitab tugevama elektrivälja, mis omakorda suurendab elektronide suunatud liikumise kiirust ehk voolutugevust.

Kui selliseid katseid rohkem teha, selgub, et ühe ja sama tarviti puhul on voolutugevus võrdeline pingega, st pinge ja voolutugevuse suhe on jääv suurus: $$ \frac{U}{I}=\mathit{const}.$$ Seda suurust nimetatakse juhi takistuseks[mõiste: takistus – keha omadus elektrivoolu liikumist takistada] ja tähistatakse tähega R. Seega võib öelda, et juhi takistus $R=\frac{U}{I}.$

Takistuse ühik on 1 oom (1 Ω) ja juhi takistus on 1 oom, kui juhi otstele rakendatud pinge 1 volt korral on voolutugevus juhis 1 amper: $\mathrm{1\; \Omega }=\frac{\mathrm{1\; V}}{\mathrm{1\; A}}.$

Takistusi on väga erinevaid. Näiteks tavalise 1 m pikkuse vaskjuhtme takistus on 20 mΩ ja 2-tollise (~5 cm) raudnaela takistus on 3 mΩ. Inimkeha takistus kahe käe vahel on tavaolukorras u 1–2 kΩ, kuid võib küündida ka kuni 100 kΩ-ni, sest inimkeha takistus oleneb väga paljudest teguritest (nt niiskus, nahakahjustused jms).

Takistust saab leida kaudselt, st arvutades. Selleks tuleb eelnevalt mõõta pinge ning voolutugevus ja seejärel saab valemist $R=\frac{U}{I}$ arvutada takistuse. Takistuse otseseks mõõtmiseks kasutatakse oommeetrit[mõiste: oommeeter – mõõteriist takistuse mõõtmiseks]. On olemas nii analoog-  kui ka digitaalsed oommeetrid. Oommeetrid on tihti multimeetri koosseisus.

Juhi takistus oleneb juhi omadustest. Võrdleme kahte eri pikkusega juhet. Pikemas juhtmes peavad elektronid läbima ioonide vahel pikema tee ja seetõttu takistavad ioonid elektronide liikumist rohkem kui lühemas juhtmes. Järelikult, juhi takistus on seda suurem, mida pikem on juhe.

Nüüd võrdleme kahte eri läbimõõduga juhet. Kui juhtme ristlõikepindala[joonealune: sellise kujutise pindala, mis saadakse keha läbilõikamisel keha teljega rist oleva tasandiga] on suur, st juhe on jäme, siis mahub juhist korraga läbi rohkem elektrone kui peenikesest juhtmest. Järelikult, juhi takistus on seda väiksem, mida suurem on juhtme ristlõikepindala. 

Olukorda võib võrrelda inimeste liikumisega koridoris, sest mida lühem ja laiem on koridor, seda rohkem inimesi sealt korraga läbi mahub, st seda vähem koridor inimeste liikumist takistab. Seega saame öelda, et juhi takistus R on võrdeline juhi pikkusega l (R ~ l) ja pöördvõrdeline juhi ristlõikepindalaga S $\mathrm{(}R ~ \frac{1}{S}\mathrm{)}$.

Ioonide suurus ja omavaheline kaugus võib eri ainetes olla väga erinev. Mida väiksemad on ioonid ja mida suurem on nendevaheline kaugus, seda kergem on elektronidel nende vahelt läbi liikuda. Seda aine omadust kirjeldab eritakistus, mille tähis on ρ (loe: roo). Eritakistus on suurem nendel ainetel, mis takistavad elektronide liikumist rohkem ja siis on ka juhi takistus suurem. Täpsemad uurimised näitavad, et juhi takistus on võrdeline eritakistusega: R ~ ρ.

Kui koondada kõik takistust mõjutavad keha omadused ühte valemisse, saame: $R=\rho \frac{l}{S}.$

Kui sellest valemist avaldada eritakistus $(\rho =\frac{R·S}{l})$, saab kindlaks teha eritakistuse mõõtühiku. Eritakistuse ühik on $$ \frac{\mathrm{1\; \Omega } · {\mathrm{1\; m}}^2}{\mathrm{1\; m}}=\mathrm{1\; \Omega }·\mathrm{m}.$$ Öeldakse, et aine eritakistus on arvuliselt võrdne sellest ainest tehtud ühikulise pikkuse ja ühikulise ristlõikepindalaga keha takistusega.

Kuna näiteks elektrijuhtmete ristlõikepindala on pigem ruutmillimeetrites, kasutatakse eritakistuse ühikuna ka 1 $$ \frac{\mathrm{\Omega } · {\mathrm{mm}}^2}{\mathrm{m}}$$.