ความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟ

แนวคิดของความต้านทานไฟฟ้าและการนำไฟฟ้า

ร่างกายใด ๆ ที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านมีความต้านทานบางอย่าง คุณสมบัติของวัสดุตัวนำที่ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าผ่านเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า

ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์อธิบายธรรมชาติของความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำโลหะด้วยวิธีนี้ เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปตามเส้นลวด จะพบอะตอมและอิเล็กตรอนอื่นๆ ระหว่างทางนับครั้งไม่ถ้วน และเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมัน ย่อมสูญเสียพลังงานบางส่วนไป อิเล็กตรอนมีความต้านทานต่อการเคลื่อนที่อยู่แล้ว ตัวนำโลหะต่าง ๆ ที่มีโครงสร้างอะตอมต่างกันมีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าต่างกัน

สิ่งเดียวกันนี้อธิบายถึงความต้านทานของตัวนำของเหลวและก๊าซต่อการผ่านของกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เราต้องไม่ลืมว่าในสารเหล่านี้ ไม่ใช่อิเล็กตรอน แต่เป็นอนุภาคที่มีประจุของโมเลกุลที่มีการต่อต้านระหว่างการเคลื่อนที่ของพวกมัน

ความต้านทานแสดงด้วยตัวอักษรละติน R หรือ r

โอห์มถือเป็นหน่วยของความต้านทานไฟฟ้า

โอห์มคือความต้านทานของคอลัมน์ปรอทสูง 106.3 ซม. โดยมีหน้าตัด 1 มม. 2 ที่อุณหภูมิ 0 ° C

ตัวอย่างเช่น ถ้าความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟคือ 4 โอห์ม ก็จะเขียนดังนี้: R = 4 โอห์ม หรือ r = 4 th

สำหรับการวัดค่าความต้านทานที่มีค่ามาก จะใช้หน่วยที่เรียกว่าเมกะโอห์ม

หนึ่งเมกะโอห์ม เท่ากับ หนึ่งล้านโอห์ม

ยิ่งมีความต้านทานของเส้นลวดมากเท่าใด ก็ยิ่งนำกระแสไฟฟ้าได้แย่ลงเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งมีความต้านทานของเส้นลวดน้อยเท่าใด กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งผ่านเส้นลวดนี้ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นสำหรับลักษณะของตัวนำ (จากมุมมองของทางเดินของกระแสไฟฟ้าผ่าน) ไม่เพียง แต่คำนึงถึงความต้านทานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงค่าผกผันของความต้านทานและเรียกว่าการนำไฟฟ้า

การนำไฟฟ้าเรียกว่าความสามารถของวัสดุในการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านตัวมันเอง

เนื่องจากสื่อนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน จึงแสดงเป็น 1 /R สื่อนำไฟฟ้าจึงแทนด้วยอักษรละติน g

อิทธิพลของวัสดุของตัวนำ ขนาด และอุณหภูมิแวดล้อมต่อค่าความต้านทานไฟฟ้า

ความต้านทานของสายไฟที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับวัสดุที่ทำ เพื่อกำหนดลักษณะความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุต่าง ๆ แนวคิดที่เรียกว่า ความต้านทาน.

ความต้านทาน เรียกว่าความต้านทานของเส้นลวดที่มีความยาว 1 ม. และพื้นที่หน้าตัด 1 มม. 2 ความต้านทานแสดงด้วยตัวอักษรกรีก r วัสดุแต่ละชนิดที่ใช้ทำตัวนำมีความต้านทานเฉพาะของตัวเอง

ตัวอย่างเช่น ความต้านทานของทองแดงคือ 0.017 นั่นคือลวดทองแดงที่มีความยาว 1 ม. และหน้าตัด 1 มม. 2 มีความต้านทาน 0.017 โอห์ม ความต้านทานของอลูมิเนียมคือ 0.03 ความต้านทานของเหล็กคือ 0.12 ความต้านทานของค่าคงที่คือ 0.48 และความต้านทานของนิโครมคือ 1-1.1

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับที่นี่: ความต้านทานไฟฟ้าคืออะไร?

ความต้านทานของเส้นลวดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของเส้นลวด นั่นคือ ยิ่งเส้นลวดยาวเท่าใด ความต้านทานไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความต้านทานของเส้นลวดแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัด กล่าวคือ ยิ่งลวดหนา ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำ และในทางกลับกัน ลวดยิ่งบาง ความต้านทานก็จะยิ่งสูงขึ้น

เพื่อให้เข้าใจความสัมพันธ์นี้ได้ดีขึ้น ลองจินตนาการถึงภาชนะสื่อสารสองคู่ คู่หนึ่งมีท่อบางเชื่อมต่อกัน และอีกคู่หนึ่งมีท่อหนา เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อภาชนะหนึ่ง (แต่ละคู่) เต็มไปด้วยน้ำ การถ่ายโอนไปยังภาชนะอื่นผ่านท่อหนาจะเกิดขึ้นได้เร็วกว่าผ่านท่อที่บางมาก นั่นคือ ท่อหนาจะมีแรงต้านการไหลของน้ำน้อยกว่า ในทำนองเดียวกันกระแสไฟฟ้าจะผ่านลวดหนาได้ง่ายกว่าลวดบางนั่นคือตัวแรกมีความต้านทานน้อยกว่าตัวหลัง

ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำมีค่าเท่ากับความต้านทานเฉพาะของวัสดุที่ตัวนำนี้ทำขึ้น คูณด้วยความยาวของตัวนำและหารด้วยพื้นที่ของพื้นที่หน้าตัดของ ตัวนำ:

R = p l / S,

ที่ไหน — R — ความต้านทานของลวด, โอห์ม, ล. — ความยาวของเส้นลวดเป็น m, C — พื้นที่หน้าตัดของเส้นลวด, mm2

พื้นที่หน้าตัดของเส้นลวดกลม คำนวณโดยสูตร:

S = Pi xd2 / 4

โดยที่ Pi เป็นค่าคงที่เท่ากับ 3.14; d — เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด

และนี่คือวิธีกำหนดความยาวของเส้นลวด:

ล = S R / p,

สูตรนี้ทำให้สามารถกำหนดความยาวของเส้นลวด หน้าตัด และความต้านทานได้ หากทราบปริมาณอื่นๆ ที่รวมอยู่ในสูตร

หากจำเป็นต้องกำหนดพื้นที่หน้าตัดของเส้นลวด สูตรจะนำไปสู่รูปแบบต่อไปนี้:

S = p l / R

การแปลงสูตรเดียวกันและแก้ความเท่าเทียมกันในรูปของ p เราพบความต้านทานของเส้นลวด:

R = RS / ลิตร

ควรใช้สูตรหลังในกรณีที่ทราบความต้านทานและขนาดของตัวนำ แต่ไม่ทราบวัสดุ และยิ่งกว่านั้นเป็นการยากที่จะระบุจากลักษณะที่ปรากฏ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องกำหนดความต้านทานของลวดและใช้ตารางเพื่อค้นหาวัสดุที่มีความต้านทานดังกล่าว

อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อความต้านทานของสายไฟคืออุณหภูมิ

เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานของลวดโลหะจะเพิ่มขึ้นและเมื่อลดลงก็จะลดลง ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงสำหรับตัวนำโลหะบริสุทธิ์นี้เกือบจะเท่ากันและเฉลี่ย 0.4% ต่อ 1 °C... ความต้านทานของตัวนำที่เป็นของเหลวและถ่านหินจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างของสสารให้คำอธิบายต่อไปนี้สำหรับการเพิ่มความต้านทานของตัวนำโลหะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเมื่อถูกความร้อน ตัวนำจะได้รับพลังงานความร้อนซึ่งจะถูกส่งไปยังอะตอมทั้งหมดของสารอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อันเป็นผลให้ความเข้มของการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ที่เพิ่มขึ้นของอะตอมสร้างความต้านทานมากขึ้นต่อการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ความต้านทานของตัวนำเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลง สภาวะที่ดีขึ้นจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการเคลื่อนที่ตามทิศทางของอิเล็กตรอนและความต้านทานของตัวนำจะลดลง สิ่งนี้อธิบายถึงปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ — ตัวนำยิ่งยวดของโลหะ

ตัวนำยิ่งยวดการลดลงของความต้านทานของโลหะเป็นศูนย์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิติดลบมาก -273° ° เรียกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของโลหะจะแข็งตัวอยู่กับที่ ไม่ถูกรบกวนจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน