ความต้านทานไฟฟ้าคืออะไร?

กระแสไฟฟ้า I ในสสารใดๆ ถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในทิศทางที่แน่นอนเนื่องจากการใช้พลังงานภายนอก (ความต่างศักย์ U) สารแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่ส่งผลต่อการไหลของกระแสในรูปแบบต่างๆ คุณสมบัติเหล่านี้ประเมินโดยความต้านทานไฟฟ้า R

Georg Ohm พิจารณาปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของความต้านทานไฟฟ้าของสารที่กำหนดในเชิงประจักษ์ สูตรของการพึ่งพาอาศัยกัน ของแรงดันและกระแสซึ่งตั้งชื่อตามเขา หน่วยต้านทาน SI ได้รับการตั้งชื่อตามเขา 1 โอห์มคือค่าความต้านทานที่วัดได้ที่ 0°C สำหรับคอลัมน์ที่เป็นเนื้อเดียวกันของปรอทที่มีความยาว 106.3 ซม. โดยมีพื้นที่หน้าตัด 1 มม.2

คำนิยาม

ในการประเมินและนำไปใช้ในทางปฏิบัติวัสดุสำหรับการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า คำว่า «ความต้านทานตัวนำ» ถูกนำมาใช้... คำคุณศัพท์ "เฉพาะเจาะจง" ที่เพิ่มเข้ามาหมายถึงค่าสัมประสิทธิ์การใช้ของค่าอ้างอิงปริมาตรที่ยอมรับสำหรับสารที่เป็นปัญหา ทำให้สามารถประเมินพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของวัสดุต่างๆ ได้

ในกรณีนี้จะพิจารณาว่าความต้านทานของเส้นลวดเพิ่มขึ้นตามความยาวที่เพิ่มขึ้นและส่วนตัดขวางที่ลดลง ระบบ SI ใช้ปริมาตรของเส้นลวดที่เป็นเนื้อเดียวกันยาว 1 เมตรและ 1 ตร.ม. ในส่วนตัดขวาง... ในการคำนวณทางเทคนิคจะใช้หน่วยปริมาตรที่ล้าสมัยแต่สะดวกนอกระบบ ซึ่งประกอบด้วยความยาว 1 เมตรและพื้นที่ ของ 1 mm.2... สูตรสำหรับความต้านทาน ρ แสดงไว้ในรูป

เพื่อกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสาร จะมีการแนะนำคุณลักษณะอื่น — ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ ข. เป็นสัดส่วนผกผันกับค่าความต้านทานกำหนดความสามารถของวัสดุในการทำกระแสไฟฟ้า: b = 1 / p

ความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

การนำไฟฟ้าของวัสดุได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ สารกลุ่มต่างๆ จะทำงานไม่เหมือนกันเมื่อได้รับความร้อนหรือเย็นลง คุณสมบัตินี้คำนึงถึงสายไฟฟ้าที่ใช้งานกลางแจ้งในสภาพอากาศร้อนและเย็น

เลือกวัสดุและความต้านทานเฉพาะของตัวนำโดยคำนึงถึงเงื่อนไขการใช้งาน

การเพิ่มขึ้นของความต้านทานของสายไฟต่อการไหลของกระแสในระหว่างการให้ความร้อนนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่ออุณหภูมิของโลหะเพิ่มขึ้น ความเข้มของการเคลื่อนที่ของอะตอมและพาหะของประจุไฟฟ้าในทุกทิศทางจะเพิ่มขึ้น ซึ่งสร้างอุปสรรคที่ไม่จำเป็น ต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในทิศทางเดียว และลดค่าของฟลักซ์

หากอุณหภูมิของโลหะลดลง สภาวะของการไหลของกระแสจะดีขึ้นเมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิวิกฤต ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดจะปรากฏในโลหะหลายชนิด เมื่อความต้านทานไฟฟ้าของพวกมันมีค่าเป็นศูนย์ คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูง

อุตสาหกรรมไฟฟ้าใช้ผลกระทบของอุณหภูมิต่อการนำไฟฟ้าของโลหะในการผลิตหลอดไส้ธรรมดา ของพวกเขา ด้ายนิโครม เมื่อกระแสผ่านไป มันจะถูกให้ความร้อนจนถึงสถานะที่ปล่อยฟลักซ์ส่องสว่างออกมา ภายใต้สภาวะปกติ ความต้านทานของนิโครมจะอยู่ที่ประมาณ 1.05 ÷ 1.4 (โอห์ม ∙ mm2) / ม.

เมื่อเปิดหลอดไฟภายใต้แรงดันไฟฟ้ากระแสไฟจำนวนมากผ่านไส้หลอดซึ่งทำให้โลหะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลาเดียวกันความต้านทานของวงจรไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นโดย จำกัด กระแสเริ่มต้นไว้ที่ค่าเล็กน้อยที่จำเป็นเพื่อให้ได้แสงสว่าง . ด้วยวิธีนี้ การควบคุมความแรงของกระแสอย่างง่ายดำเนินการโดยใช้เกลียวนิโครม ไม่จำเป็นต้องใช้บัลลาสต์ที่ซับซ้อนซึ่งใช้ในแหล่งกำเนิดแสง LED และหลอดฟลูออเรสเซนต์

ความต้านทานของวัสดุที่ใช้ในทางวิศวกรรมเป็นอย่างไร

โลหะมีค่าที่ไม่ใช่เหล็กมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้ดีที่สุด ดังนั้นหน้าสัมผัสที่สำคัญในอุปกรณ์ไฟฟ้าจึงทำด้วยเงิน แต่สิ่งนี้จะเพิ่มราคาสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด ตัวเลือกที่ยอมรับได้มากที่สุดคือการใช้โลหะที่ถูกกว่า ตัวอย่างเช่น ความต้านทานของทองแดงเท่ากับ 0.0175 (โอห์ม ∙ mm2) / m ค่อนข้างเหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์ดังกล่าว

โลหะมีตระกูล - ทอง เงิน แพลทินัม แพลเลเดียม อิริเดียม โรเดียม รูทีเนียม และออสเมียม ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามความทนทานต่อสารเคมีสูงและรูปลักษณ์ที่สวยงามในเครื่องประดับเป็นหลักนอกจากนี้ ทองคำ เงิน และแพลทินัมยังมีความเป็นพลาสติกสูง และโลหะกลุ่มแพลทินัมเป็นวัสดุทนไฟ และเฉื่อยทางเคมีเช่นเดียวกับทองคำ ข้อดีของโลหะมีค่าเหล่านี้รวมกัน

โลหะผสมทองแดงที่มีค่าการนำไฟฟ้าดีถูกนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่จำกัดการไหลของกระแสขนาดใหญ่ผ่านหัววัดของแอมมิเตอร์ที่ทรงพลัง

ความต้านทานของอลูมิเนียม 0.026 ÷ 0.029 (ohm ∙ mm2) / m สูงกว่าทองแดงเล็กน้อย แต่การผลิตและราคาของโลหะนี้ต่ำกว่า มันยังเบากว่าอีกด้วย สิ่งนี้อธิบายถึงการใช้ไฟฟ้าอย่างกว้างขวางสำหรับการผลิตสายไฟภายนอกและแกนสายเคเบิล

ความต้านทานของเหล็ก 0.13 (โอห์ม ∙ มม.2) / ม. ยังช่วยให้สามารถใช้ส่งกระแสไฟฟ้าได้ แต่สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียพลังงานที่มากขึ้น โลหะผสมเหล็กมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น ดังนั้น เส้นเหล็กจึงถูกถักทอเข้าไปในตัวนำอะลูมิเนียมเหนือศีรษะของสายไฟฟ้าแรงสูงที่ได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อแรงแตกหัก

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อน้ำแข็งก่อตัวบนสายไฟหรือลมกระโชกแรง

โลหะผสมบางชนิด เช่น คอนสแตนตินและนิเกิลไลน์ มีลักษณะต้านทานที่เสถียรทางความร้อนภายในช่วงที่กำหนด ความต้านทานไฟฟ้าของ Nickeline แทบไม่เปลี่ยนจาก 0 ถึง 100 องศาเซลเซียส ดังนั้นขดลวดรีโอสแตทจึงทำจากนิกเกิล

ในเครื่องมือวัด มีการใช้คุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงอย่างเข้มงวดในค่าความต้านทานของแพลทินัมในส่วนที่เกี่ยวกับอุณหภูมิ หากกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ส่งผ่านลวดแพลทินัมและค่าความต้านทานถูกคำนวณ จะแสดงอุณหภูมิของแพลทินัมสิ่งนี้ทำให้สเกลสามารถจบการศึกษาในองศาที่สอดคล้องกับค่าโอห์ม วิธีนี้ช่วยให้คุณวัดอุณหภูมิด้วยความแม่นยำของเศษส่วนขององศา

บางครั้ง เพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ คุณจำเป็นต้องทราบความต้านทานทั่วไปหรือเฉพาะของสายเคเบิล... เพื่อจุดประสงค์นี้ ไดเร็กทอรีผลิตภัณฑ์สายเคเบิลจะให้ค่าความต้านทานแบบเหนี่ยวนำและแบบแอคทีฟของแกนเดี่ยวสำหรับแต่ละค่าของ ภาพตัดขวาง ใช้เพื่อคำนวณโหลดที่อนุญาต ความร้อนที่เกิดขึ้น กำหนดเงื่อนไขการใช้งานที่อนุญาต และเลือกการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ

ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของโลหะจะขึ้นอยู่กับวิธีการประมวลผล การใช้แรงดันในการเปลี่ยนรูปพลาสติกจะรบกวนโครงสร้างตาข่ายคริสตัล เพิ่มจำนวนข้อบกพร่อง และเพิ่มความต้านทาน เพื่อลดการใช้การอบอ่อนแบบตกผลึกอีกครั้ง

การยืดหรือบีบอัดโลหะทำให้เกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นซึ่งแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอิเล็กตรอนลดลงและความต้านทานลดลงบ้าง

เมื่อออกแบบระบบสายดินจำเป็นต้องคำนึงถึง ความต้านทานของดิน… มันแตกต่างจากคำจำกัดความจากวิธีการข้างต้นและวัดเป็นหน่วย SI — โอห์ม เมตร. ด้วยความช่วยเหลือจะมีการประเมินคุณภาพของการกระจายกระแสไฟฟ้าภายในพื้นดิน
ขึ้นอยู่กับความต้านทานของดินต่อความชื้นและอุณหภูมิของดิน:

การนำไฟฟ้าของดินได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย ได้แก่ ความชื้นในดิน ความหนาแน่น ขนาดอนุภาค อุณหภูมิ ความเข้มข้นของเกลือ กรด และเบส