Điện trở của dây dẫn

Khái niệm về điện trở và độ dẫn điện

Bất kỳ cơ thể nào mà dòng điện chạy qua đều có một điện trở nhất định đối với nó. Tính chất ngăn không cho dòng điện chạy qua của vật liệu dẫn điện gọi là điện trở.

Lý thuyết điện tử giải thích bản chất của điện trở của dây dẫn kim loại theo cách này. Các electron tự do, khi di chuyển dọc theo dây dẫn, vô số lần chạm trán với các nguyên tử và các electron khác trên đường đi của chúng và khi tương tác với chúng, chắc chắn chúng sẽ mất đi một phần năng lượng. Dù sao thì các electron cũng có khả năng chống lại chuyển động của chúng. Các dây dẫn kim loại khác nhau với các cấu trúc nguyên tử khác nhau có khả năng chống lại dòng điện khác nhau.

Điều tương tự cũng giải thích điện trở của chất dẫn điện lỏng và chất khí đối với dòng điện chạy qua. Tuy nhiên, chúng ta không được quên rằng trong các chất này, không phải electron mà là các hạt phân tử tích điện gặp phải lực cản trong quá trình chuyển động của chúng.

Điện trở được biểu thị bằng các chữ cái Latinh R hoặc r.

Ôm được lấy làm đơn vị của điện trở.

Ôm là điện trở của cột thủy ngân cao 106,3 cm có tiết diện 1 mm2 ở nhiệt độ 0°C.

Ví dụ, nếu điện trở của dây là 4 ôm, thì nó được viết như sau: R = 4 ôm hoặc r = 4 th.

Để đo điện trở có giá trị lớn, một đơn vị gọi là megohm được sử dụng.

Một megohm bằng một triệu ôm.

Điện trở của dây dẫn càng lớn thì dẫn điện càng kém và ngược lại, điện trở của dây dẫn càng thấp thì dòng điện càng dễ đi qua dây dẫn này.

Do đó, đối với các đặc tính của một dây dẫn (từ quan điểm dòng điện chạy qua nó), người ta không chỉ tính đến điện trở của nó mà còn tính đến giá trị nghịch đảo của điện trở và được gọi là độ dẫn điện.

Độ dẫn điện được gọi là khả năng của vật liệu cho dòng điện chạy qua chính nó.

Vì độ dẫn điện là nghịch đảo của điện trở nên nó được biểu thị bằng 1 /R, độ dẫn điện được ký hiệu bằng chữ Latinh g.

Ảnh hưởng của vật liệu làm dây dẫn, kích thước của dây dẫn và nhiệt độ môi trường đến giá trị điện trở

Điện trở của các dây khác nhau phụ thuộc vào vật liệu chúng được làm. Để đặc trưng cho điện trở của các vật liệu khác nhau, khái niệm về cái gọi là Sức chống cự.

Điện trở gọi là điện trở của một sợi dây có chiều dài 1 m, tiết diện 1 mm2. Điện trở được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp r. Mỗi vật liệu làm dây dẫn đều có điện trở riêng.

Ví dụ, điện trở của đồng là 0,017, nghĩa là một dây đồng dài 1 m và tiết diện 1 mm2 có điện trở 0,017 ôm. Điện trở của nhôm là 0,03, điện trở của sắt là 0,12, điện trở của hằng số là 0,48 và điện trở của nichrom là 1-1,1.

Đọc thêm về nó ở đây: Điện trở là gì?

Điện trở của dây dẫn tỷ lệ thuận với chiều dài của nó, nghĩa là dây dẫn càng dài thì điện trở của nó càng lớn.

Điện trở của dây dẫn tỷ lệ nghịch với tiết diện của nó, nghĩa là dây càng dày thì điện trở càng thấp và ngược lại, dây càng mỏng thì điện trở càng cao.

Để hiểu rõ hơn về mối quan hệ này, hãy tưởng tượng hai cặp bình thông nhau, một cặp bình có ống nối mỏng và ống kia dày. Rõ ràng là khi một trong các bình (từng cặp) chứa đầy nước, việc chuyển nó sang bình khác qua một đường ống dày sẽ diễn ra nhanh hơn nhiều so với qua một đường ống mỏng, tức là. một đường ống dày sẽ có ít lực cản hơn đối với dòng nước. Tương tự như vậy, dòng điện đi qua một sợi dây dày sẽ dễ dàng hơn là đi qua một sợi dây mỏng, tức là dây dẫn trước có điện trở nhỏ hơn dây dẫn mỏng.

Điện trở của dây dẫn bằng điện trở cụ thể của vật liệu làm nên dây dẫn này, nhân với chiều dài của dây dẫn và chia cho diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn. Nhạc trưởng:

R = p l / S,

trong đó — R — điện trở của dây, ôm, l — chiều dài của dây tính bằng m, C — diện tích mặt cắt ngang của dây, mm2.

Diện tích tiết diện của dây tròn tính theo công thức:

S = Pi xd2 / 4

trong đó Pi là một giá trị không đổi bằng 3,14; d - đường kính của dây.

Và đây là cách xác định độ dài của dây:

l = S R / p,

Công thức này cho phép xác định chiều dài của dây, tiết diện và điện trở của nó, nếu biết các đại lượng khác có trong công thức.

Nếu cần xác định diện tích tiết diện của dây thì công thức dẫn về dạng sau:

S = p l / R

Biến đổi cùng công thức và giải hằng đẳng thức theo p, ta tìm được điện trở của dây:

R = RS/l

Công thức thứ hai nên được sử dụng trong trường hợp đã biết điện trở và kích thước của dây dẫn, nhưng vật liệu của nó chưa được biết và hơn nữa rất khó xác định từ bề ngoài của nó. Để làm được điều này, cần xác định điện trở của dây và sử dụng bảng để tìm vật liệu có điện trở như vậy.

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến điện trở của dây là nhiệt độ.

Người ta đã chứng minh rằng khi nhiệt độ tăng, điện trở của dây kim loại tăng và khi nhiệt độ giảm thì điện trở giảm. Sự tăng hoặc giảm điện trở này đối với dây dẫn kim loại nguyên chất gần như giống nhau và trung bình 0,4% trên 1 ° C... Điện trở của dây dẫn lỏng và than giảm khi nhiệt độ tăng.

Lý thuyết điện tử về cấu trúc của vật chất đưa ra lời giải thích sau đây cho sự gia tăng điện trở của dây dẫn kim loại với sự gia tăng nhiệt độ.Khi được làm nóng, dây dẫn nhận được năng lượng nhiệt, chắc chắn sẽ truyền đến tất cả các nguyên tử của chất, do đó cường độ chuyển động của chúng tăng lên. Sự chuyển động tăng lên của các nguyên tử tạo ra lực cản lớn hơn đối với chuyển động có hướng của các electron tự do, đó là lý do tại sao điện trở của dây dẫn tăng lên. Khi nhiệt độ giảm, các điều kiện tốt hơn được tạo ra cho chuyển động có hướng của các electron và điện trở của dây dẫn giảm. Điều này giải thích một hiện tượng thú vị - tính siêu dẫn của kim loại.

Hiện tượng siêu dẫnGiảm điện trở của kim loại về 0 xảy ra ở nhiệt độ âm rất lớn -273° ° Cái gọi là độ không tuyệt đối. Ở nhiệt độ không độ tuyệt đối, các nguyên tử kim loại dường như đông cứng tại chỗ, hoàn toàn không bị chuyển động của các electron chuyển động.