เมื่อความต่างศักย์ถูกนำไปใช้กับวัสดุอิเล็กตรอนในวัสดุจะเริ่มเคลื่อนที่จากขั้วลบไปยังขั้วบวกซึ่งจะทำให้เกิดกระแสในวัสดุ แต่ในระหว่างการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้พวกมันได้รับการชนกันหลายครั้งกับอิเล็กตรอนอื่นในเส้นทางของพวกมัน การชนกันเหล่านี้ทำให้เกิดการต่อต้านการไหลของอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความต้านทานต่อวัสดุ คุณสมบัติความต้านทานของวัสดุมีประโยชน์ในวงจรไฟฟ้า ปัจจัยหลายอย่างมีผลต่อค่าความต้านทานของวัสดุ ค่าความต้านทานจำเพาะของวัสดุช่วยให้เราทราบถึงความสามารถในการต้านทานของวัสดุชนิดใดชนิดหนึ่ง
Resistivity คืออะไร?
วัสดุถูกแบ่งตามคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าเช่นตัวนำเซมิคอนดักเตอร์และฉนวน ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุหมายถึงความต้านทานของวัสดุต่อหน่วยความยาวและต่อพื้นที่หน้าตัดของหน่วยที่อุณหภูมิที่กำหนด
เมื่อความต่างศักย์ถูกนำไปใช้กับสารคุณสมบัติความต้านทานของสารจะต่อต้านการไหลของกระแสผ่าน คุณสมบัติของสารนี้จะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิและยังขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่สารนั้นประกอบขึ้นด้วย วัดความต้านทานของสาร
สูตรสำหรับความต้านทาน
สูตรนี้ได้มาจากกฎแห่งการต่อต้าน มีกฎสี่ประการสำหรับความต้านทานของสาร
ความต้านทาน - สมการ
กฎหมายฉบับแรก
ระบุว่า ความต้านทาน ของสาร R เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาว L เช่น R ∝ L. ดังนั้นเมื่อความยาวของสารเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ความต้านทานก็เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
กฎข้อที่สอง
ตามกฎหมายนี้ ความต้านทาน R ของสารเป็นสัดส่วนทางอ้อมกับพื้นที่หน้าตัด A เช่น R ∝ 1 / A ดังนั้นการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสารเป็นสองเท่าค่าความต้านทานจะลดลงครึ่งหนึ่ง
กฎข้อที่สาม
กฎหมายนี้ระบุว่า ความต้านทาน ของวัสดุขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
กฎข้อที่สี่
ตามกฎหมายนี้ ความต้านทาน มูลค่าของลวดสองเส้นที่ประกอบด้วยวัสดุที่แตกต่างกันจะแตกต่างกันแม้ว่าจะมีความยาวและพื้นที่หน้าตัดเท่ากันก็ตาม
จากกฎเหล่านี้ค่าความต้านทานของตัวนำที่มีความยาว L และพื้นที่หน้าตัด A สามารถหาได้เป็น
R ∝ L / A
R = ρL / A
ที่นี่ρคือประสิทธิภาพร่วมของความต้านทานที่เรียกว่า Resistivity ของความต้านทานจำเพาะ
ดังนั้นความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุจึงได้รับเป็น
ρ = RA / L
หน่วย S.I ของมันคือ Ohm-Meter ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ 'ρ'
การจำแนกประเภทความต้านทานสำหรับตัวนำสารกึ่งตัวนำและฉนวน
สารนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก ในตัวนำที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นความเร็วของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในวัสดุก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน สิ่งนี้นำไปสู่การชนกันมากมาย ส่งผลให้เวลาเฉลี่ยของการชนกันของอิเล็กตรอนลดลง สารนี้แปรผกผันกับเวลาเฉลี่ยของการชนกันของอิเล็กตรอน ดังนั้นเมื่อเวลาเฉลี่ยของการชนลดลงค่าความต้านทานของตัวนำจะเพิ่มขึ้น
ในสารกึ่งตัวนำเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะเกิดการแตกพันธะโควาเลนต์มากขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มจำนวนตัวพาที่มีประจุไฟฟ้าอิสระในสาร ด้วยตัวพาประจุที่เพิ่มขึ้นนี้การนำของสารจะเพิ่มขึ้นซึ่งจะทำให้ความต้านทานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ลดลง ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเซมิคอนดักเตอร์จะเพิ่มขึ้น
ช่วยในการเปรียบเทียบวัสดุต่างๆตามความสามารถในการนำไฟฟ้า มันเป็นการนำไฟฟ้าซึ่งกันและกัน ตัวนำ มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและค่าความต้านทานต่ำ ฉนวนมีค่าความต้านทานสูงและค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ค่าความต้านทานและการนำไฟฟ้าสำหรับ สารกึ่งตัวนำ อยู่ตรงกลาง
ค่าสำหรับตัวนำที่ดีเช่นทองแดงวาดด้วยมือที่ 200C คือ 1.77 × 10-8โอห์มเมตรและในทางกลับกันสิ่งนี้สำหรับฉนวนที่ดีมีตั้งแต่ 1012ถึง 10ยี่สิบโอห์มเมตร
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของการเพิ่มขึ้นของความต้านทาน1Ω ตัวต้านทาน ของวัสดุต่อ 10อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ 'α'
การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของวัสดุที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะได้รับเป็น
dρ / dt = ρ. α
ในที่นี้dρคือการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทาน หน่วยของมันคือโอห์ม - มสอง/ ม. ‘ρ’ คือค่าความต้านทานของสาร 'dt' คือการเปลี่ยนแปลงของค่าอุณหภูมิ ‘α’ คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน
ค่าความต้านทานใหม่สำหรับวัสดุเมื่อผ่านการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสามารถคำนวณได้จากสมการข้างต้น ขั้นแรกจำนวนการเปลี่ยนแปลงของค่าจะคำนวณโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ จากนั้นค่าจะถูกเพิ่มเข้าไปในค่าก่อนหน้าเพื่อคำนวณค่าใหม่
สิ่งนี้มีประโยชน์มากในการคำนวณค่าความต้านทานของวัสดุที่อุณหภูมิต่างๆ ความต้านทานและความต้านทานทั้งสองคำเกี่ยวข้องกับการต่อต้านที่เกิดจากกระแสที่ไหล แต่เป็นคุณสมบัติที่แท้จริงของวัสดุ สายทองแดงทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงความยาวและพื้นที่หน้าตัดมีค่าความต้านทานเท่ากันในขณะที่ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของความยาวและพื้นที่หน้าตัด
วัสดุทุกชิ้นมีคุณค่า ค่าความต้านทานทั่วไปสำหรับวัสดุประเภทต่างๆสามารถระบุได้เป็น - สำหรับความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดคือ 0 สำหรับความต้านทานของโลหะคือ 10-8สำหรับเซมิคอนดักเตอร์และค่าความต้านทานอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวแปรสำหรับค่าความต้านทานของฉนวนอยู่ที่ 1016สำหรับฉนวนซุปเปอร์ค่าความต้านทานคือ ‘∞’
เวลา 200C ค่าความต้านทานของเงินคือ 1.59 × 10-8สำหรับทองแดง 1.68 × 10-8. ค่าความต้านทานทั้งหมดสำหรับวัสดุต่างๆสามารถพบได้ใน a ตาราง . ไม้ถือเป็นฉนวนชั้นสูง แต่จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปริมาณความชื้นที่มีอยู่ในนั้น ในหลาย ๆ กรณีการคำนวณความต้านทานของวัสดุโดยใช้สูตรความต้านทานเป็นเรื่องยากเนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุ ในกรณีเช่นนี้จะใช้สมการเชิงอนุพันธ์ย่อยที่เกิดจากสมการความต่อเนื่องของสมการ J และสมการของปัวซองสำหรับ E สายไฟสองเส้นที่มีความยาวต่างกันและพื้นที่หน้าตัดต่างกันมีค่าเท่ากันหรือไม่?
