Tại sao các vật liệu khác nhau có sức đề kháng khác nhau

Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn. Điều này có nghĩa là hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn càng lớn thì dòng điện chạy trong dây dẫn đó càng lớn. Nhưng đối với cùng một điện áp trên các dây khác nhau làm bằng vật liệu khác nhau, dòng điện sẽ khác nhau. Đó là, nếu điện áp trên các dây khác nhau tăng theo cùng một cách, thì sự gia tăng cường độ dòng điện sẽ xảy ra ở các dây khác nhau theo những cách khác nhau và điều này phụ thuộc vào đặc tính của một dây cụ thể.

Đối với mỗi dây, sự phụ thuộc của giá trị hiện tại vào điện áp đặt vào là riêng lẻ và sự phụ thuộc này được gọi là điện trở của dây dẫn R… Điện trở ở dạng chung có thể được tìm theo công thức R = U / I, nghĩa là tỷ số giữa điện áp đặt vào một dây dẫn với cường độ dòng điện xuất hiện ở điện áp đó trong dây dẫn đó.

Giá trị dòng điện trong dây ở một điện áp nhất định càng lớn thì điện trở của nó càng thấp và điện áp phải đặt vào dây càng nhiều để tạo ra dòng điện nhất định thì điện trở của dây càng lớn.

Từ công thức tìm điện trở, bạn có thể biểu thị dòng điện I = U / R, biểu thức này được gọi là Định luật Ohm… Từ đó có thể thấy rằng điện trở của dây càng lớn thì dòng điện càng nhỏ.

Có thể nói, điện trở ngăn dòng điện chạy qua, ngăn điện áp (điện trường trong dây dẫn) tạo ra dòng điện thậm chí còn lớn hơn. Như vậy, điện trở đặc trưng cho một vật dẫn cụ thể và không phụ thuộc vào hiệu điện thế đặt vào vật dẫn đó. Khi đặt điện áp cao hơn, dòng điện sẽ cao hơn, nhưng tỷ lệ U / I, nghĩa là điện trở R, sẽ không thay đổi.

Trên thực tế, điện trở của dây phụ thuộc vào chiều dài của dây, vào diện tích mặt cắt ngang của nó, vào chất liệu của dây và vào nhiệt độ hiện tại của nó. Chất của một dây dẫn có liên quan đến điện trở của nó thông qua giá trị của cái gọi là sức chống cự.

Điện trở là đặc điểm của vật liệu làm dây dẫn, cho biết dây dẫn làm bằng một chất nhất định sẽ có điện trở bao nhiêu nếu dây dẫn đó có diện tích mặt cắt ngang là 1 mét vuông và chiều dài 1 mét. Dây dài 1 mét và tiết diện 1 mét vuông, bao gồm các chất khác nhau, sẽ có điện trở khác nhau.

Điểm mấu chốt là đối với bất kỳ chất nào (thường có kim loại, vì dây điện thường được làm bằng kim loại) có cấu trúc nguyên tử và phân tử riêng. Về kim loại, chúng ta có thể nói về cấu trúc của mạng tinh thể và số lượng electron tự do, nó khác nhau đối với các kim loại khác nhau. Điện trở cụ thể của một chất nhất định càng thấp thì chất dẫn điện làm từ chất đó dẫn dòng điện càng tốt, tức là chất đó truyền các electron qua chính nó càng tốt.

Bạc, đồng và nhôm có điện trở suất thấp. Sắt và vonfram lớn hơn nhiều, chưa kể đến các hợp kim, điện trở của một số hợp kim vượt quá kim loại nguyên chất hàng trăm lần. Nồng độ hạt mang điện tự do trong dây dẫn cao hơn đáng kể so với trong chất điện môi, đó là lý do tại sao điện trở của dây dẫn luôn cao hơn.

Như đã lưu ý ở trên, khả năng dẫn dòng điện của tất cả các chất có liên quan đến sự hiện diện của các chất mang dòng điện (chất mang điện tích) trong chúng - các hạt tích điện di động (electron, ion) hoặc bán hạt (ví dụ: lỗ trống trong chất bán dẫn) có thể di chuyển trong một chất nhất định trên một khoảng cách dài, chúng ta có thể nói một cách đơn giản rằng chúng ta muốn nói rằng một hạt hoặc quasiparticle như vậy phải có khả năng di chuyển trong một chất nhất định một khoảng cách lớn tùy ý, ít nhất là ở cấp độ vĩ mô.

Do mật độ dòng điện càng cao, mật độ các hạt mang điện tự do càng lớn và tốc độ di chuyển trung bình của chúng càng cao, nên tính linh động, phụ thuộc vào loại hạt tải điện trong một môi trường cụ thể, cũng rất quan trọng. Độ linh động của các hạt mang điện càng lớn thì điện trở của môi trường này càng thấp.

Một dây dài hơn có điện trở cao hơn. Xét cho cùng, dây càng dài thì càng có nhiều ion từ mạng tinh thể gặp nhau trên đường đi của các electron tạo thành dòng điện. Và điều này có nghĩa là các electron gặp phải càng nhiều chướng ngại vật như vậy trên đường đi thì chúng càng bị chậm lại, điều đó có nghĩa là nó giảm độ lớn hiện tại.

Một dây dẫn có tiết diện lớn mang lại nhiều tự do hơn cho các electron, như thể chúng không di chuyển trong một ống hẹp mà trên một con đường rộng. Các electron di chuyển dễ dàng hơn trong điều kiện rộng rãi hơn, tạo thành dòng điện, vì chúng hiếm khi va chạm với các nút của mạng tinh thể. Đây là lý do tại sao một dây dày hơn có ít điện trở hơn.

Do đó, điện trở của dây dẫn tỷ lệ thuận với chiều dài của dây dẫn, điện trở riêng của chất tạo ra nó và tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của nó. Công thức kháng cuối cùng bao gồm ba tham số này.

Nhưng không có nhiệt độ trong công thức trên. Trong khi đó, người ta biết rằng điện trở của dây dẫn phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ của nó. Thực tế là giá trị tham chiếu của điện trở của các chất thường được đo ở nhiệt độ + 20 ° C. Do đó, nhiệt độ vẫn được tính đến ở đây. Có các bảng tham chiếu điện trở cho các nhiệt độ chất khác nhau.

Kim loại được đặc trưng bởi sự gia tăng điện trở khi nhiệt độ của chúng tăng lên.

Điều này là do khi nhiệt độ tăng lên, các ion của mạng tinh thể bắt đầu dao động ngày càng nhiều và ngày càng cản trở chuyển động của các electron.Nhưng trong chất điện phân, các ion mang điện tích, do đó, khi nhiệt độ của chất điện phân tăng lên thì ngược lại, điện trở lại giảm xuống do sự phân ly của các ion tăng nhanh và chúng chuyển động nhanh hơn.

Trong chất bán dẫn và chất điện môi, điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điều này là do nồng độ của hầu hết các hạt mang điện tăng khi nhiệt độ tăng. Giá trị giải thích cho sự thay đổi của điện trở dưới dạng hàm của nhiệt độ được gọi là hệ số nhiệt độ của điện trở.