В начале 1820-х гг. А. Ампер вводит в физику понятие силы тока и находит способы измерения этой силы. Немецкий ученый Г. С. Ом решает заняться исследованиями электричества, а в первую очередь изучением количественных соотношений напряжения и силы тока. В 1826 г. в результате своих изысканий Ом пришел к выводу, что напряжение прямо пропорционально силе тока и неизвестной величине, которая выражает собой противодействие среды движущимся зарядам. Электрическое сопротивление проводника сдерживало течение тока.

На протяжении последующих десятилетий закон не обращал на себя внимания. Лишь с начала второй половины XIX столетия известные исследователи электрических явлений, такие как Г. Кирхгоф, К. Гаусс, Э. X. Ленц и Б. С. Якоби, признали исключительную важность закона Ома для изучения свойств тока и его работы. Они стали широко применять понятие электрического сопротивления в своих изысканиях и тем самым ввели закон в употребление. На сегодняшний день не найдется ни одного инженера, который не знал бы закона Ома. Между прочим, в 1881 г., уже после смерти этого физика, Международный конгресс электриков решил назвать единицу сопротивления именем ученого — первооткрывателя данного свойства проводников.

Сегодня известно, что движение зарядов в проводнике происходит весьма удивительным образом. В любом твердом теле, обладающем кристаллической решеткой, всегда существуют свободные электроны. Они являются общими для всех атомов, расположенных в узлах решетки, и переходят с орбиты вокруг одного атома на орбиту вокруг другого. Если проводник замкнут в цепь, то движение электронов становится цикличным. Оно приобретает характер непрерывного движения. Это движение хаотическое, оно обусловлено присутствием внутри кристаллической решетки энергии, увеличивающей энтропию.

Если на концах замкнутой цепи создать разность потенциалов (напряжение), то заряды придут в упорядоченное движение. Оно и называется электрическим током. Однако характер движения электронов не будет претерпевать существенных изменений. Заряженные частицы по-прежнему перемещаются в таком проводнике, перепрыгивая от одного заряженного ядра к другому. Это их сильно тормозит и вызывает, т. о., потерю энергии.

Нетрудно понять, что расходуемая электронами энергия превращается в теплоту. Разные вещества обладают неодинаковым сопротивлением, поскольку имеют различное атомарное или молекулярное строение. Положительно заряженные атомные ядра в узлах решетки неодинаково воздействуют на поток свободных электронов, но в зависимости от величины своих зарядов и плотности размещения в решетке.

Реально ли победить электрическое сопротивление. Полностью этого добиться невозможно, однако значительно уменьшить его вполне допустимо. Эффект сверхпроводимости был открыт в 1911 г. нидерландским физиком Г. Камерлинг-Ониссом. Он установил, что при очень низких температурах металлы и сплавы почти на 100 % утрачивают способность тормозить ток, поэтому электрическая энергия начинает в полном смысле слова течь по проводнику, не испытывая и малейших затрат. К сожалению, физиков вскоре ждало разочарование, поскольку использовать сверхпроводники для передачи тока высокого напряжения невозможно.

Требовались дальнейшие исследования, которые были призваны установить, что именно мешает человеку применять в промышленности перспективные материалы. Природа загадочного явления получила научное объяснение только в 1957 г. в работах отечественного физика Н. Н. Боголюбова и американцев Дж. Бардина, Дж. Шриффера и Л. Купера. Оказывается, в сверхпроводниках электроны объединяются в пары. Ток парных зарядов обладает уникальными свойствами, поскольку при движении частиц на строго определенной скорости они не испытывают трения. Во всех остальных случаях электроны встречают сопротивление со стороны атомных ядер.

Сегодня установлено, что ряд материалов можно заставить работать, как сверхпроводники, при сравнительно высоких температурах. Это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости. Изучены и многие другие любопытные свойства проводников такого рода. Возможности практического применения открытого явления рассматривает криоэлектроника и ряд других наук. Приставка в названии криоэлектроники, происходящая от греческого слова krios, означает в переводе на русский язык «мороз, холод» и подразумевает, что такая электроника работает при специальном охлаждении.

Проводники способны не только увеличивать свои проводящие способности, но и снижать их. Во-первых, проводимость вещества зависит от размеров конкретного образца.

Если взять ничтожно мелкую частицу металла, то она не обязательно будет проводником, хотя сам металл таковым является. С уменьшением размеров свойство проводимости электрического тока постепенно убывает. Причиной тому служат физические особенности природы электронов, переносящих электрический ток.

Эти частицы ведут себя одновременно и как электромагнитные волны. Если внутри крупицы металла определенных размеров электроны-корпускулы и могли бы передвигаться, то волны здесь двигаться никак не могут. Для проявления волновых свойств электронов в крупицах определенного размера просто не хватает места. Предельный размер был найден опытным путем, он составляет 10 нм. Именно такую величину должны иметь крупицы проводника, чтобы он полностью потерял свои проводящие свойства.

Может показаться, что эти исследования носят чисто академический характер. На самом же деле практическое значение открытия колоссально, поскольку оно показывает нам на предел миниатюризации интегральных схем. Современные чипы уже давно собираются из элементов, габариты которых отвечают уровню микромира.

Утрата проводимости при уменьшении размеров до 10 нм служит естественным препятствием для дальнейшей миниатюризации схем и заставляет искать обходные пути для последующего развития электронной техники. Кроме того, открытие проливает свет на перспективы нанотехнологий.

Электрическое сопротивление зачастую очень вредно, поскольку поглощает колоссальное количество энергии. Трудно вообразить, сколько драгоценного электричества, получаемого с таким трудом, расходуется впустую — превращается в теплоту, идущую на бесцельный нагрев проводов. Вредная работа электрического тока, однако, нашла свое применение во многих устройствах. В первую очередь это касается такой бытовой техники, как электрообогревательные приборы, чайники, утюги, кипятильники, титаны.

Здесь перевод тока в теплоту не только оправдан, но и необходим. Можно подумать, что в таких устройствах сопротивление материала стремится к бесконечности. Таким образом, движение электронов внезапно прекращается, и они отдают всю свою энергию. Но на самом деле этого не происходит. Если бы движение электронов было приостановлено, то цепь мгновенно оказалась бы разорванной, а прибор отключенным. Произошло бы самоотключение. Однако в действительности ток все равно продолжает течь через прибор, преодолевая его колоссальное сопротивление.

Есть и более оригинальные способы применения вредного электрического сопротивления в современной бытовой технике. Во-первых, это различные реостаты, т. е. переменные сопротивления, которые используются в электронике в качестве основного устройства для переключения режима работы. Скажем, ручки для регулировки громкости связаны с реостатом. Благодаря изменению сопротивления цепи происходит изменение в ней силы тока, соответственно меняется и величина производимой устройством работы. Во-вторых, это осветительные приборы, в которых используются лампы накаливания.

Использовать электричество для освещения впервые начали в 1860-х гг., однако применялись такие осветительные приборы только на маяках. В быту и на предприятиях использовать первые лампы было крайне неудобно. Дуговая лампа представляла собой электрическую дугу, открытую в 1812 г. англичанином Дэви. Однако на самом деле первую электрическую дугу создал русский изобретатель В. В. Петров в 1803 г. На его книгу в России не обратили внимания, а за рубежом она была неизвестна, т. к. технических переводчиков с русского языка в то время за границей не было. Поэтому значение для дальнейшего развития электротехники имела именно лампа Дэви. К сожалению, ее приходилось часто регулировать. По мере выгорания углей, между которыми горела электрическая дуга, их концы расходились слишком далеко. Увеличение расстояния приводило к разрыву в цепи и прекращению работы лампы. Дуга гасла. Дуговую лампу значительно усовершенствовал другой выдающийся русский изобретатель П. Н. Яблочков. В 1876 г. он запатентовал свое изобретение — продукт многолетних трудов. Детище ученого получило в технике название свечи Яблочкова.