เหตุใดวัสดุที่แตกต่างกันจึงมีความต้านทานต่างกัน

ปริมาณของกระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันที่ปลายสาย ซึ่งหมายความว่ายิ่งแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายมากเท่าใด กระแสในสายนั้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่สำหรับแรงดันไฟฟ้าเดียวกันบนสายไฟที่ทำจากวัสดุต่างกัน กระแสไฟฟ้าจะแตกต่างกัน นั่นคือหากแรงดันไฟฟ้าของสายไฟต่าง ๆ เพิ่มขึ้นในลักษณะเดียวกัน การเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในสายไฟต่าง ๆ ในลักษณะต่าง ๆ และขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสายไฟเฉพาะ

สำหรับแต่ละสายการพึ่งพาค่าปัจจุบันของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้นั้นเป็นรายบุคคลและการพึ่งพานี้เรียกว่า ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำ R… ความต้านทานในรูปแบบทั่วไปสามารถหาได้จากสูตร R = U / I นั่นคืออัตราส่วนของแรงดันที่จ่ายให้กับตัวนำต่อปริมาณกระแสที่เกิดขึ้นที่แรงดันนั้นในตัวนำนั้น

ยิ่งค่าของกระแสในเส้นลวดที่แรงดันไฟฟ้ากำหนดมากเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น และยิ่งต้องใช้แรงดันไฟฟ้ามากขึ้นในเส้นลวดเพื่อสร้างกระแสที่กำหนด ความต้านทานของเส้นลวดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

จากสูตรการหาค่าความต้านทาน คุณสามารถแสดง I = U / R ปัจจุบันได้ นิพจน์นี้เรียกว่า กฎของโอห์ม…จากนี้จะเห็นได้ว่ายิ่งลวดมีความต้านทานมากเท่าใดกระแสก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

ความต้านทานป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าป้องกันแรงดันไฟฟ้า (สนามไฟฟ้าในเส้นลวด) จากการสร้างกระแสไฟฟ้าที่มากขึ้น ดังนั้นความต้านทานจะแสดงลักษณะของตัวนำเฉพาะและไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวนำ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น กระแสจะสูงขึ้น แต่อัตราส่วน U / I ซึ่งก็คือความต้านทาน R จะไม่เปลี่ยนแปลง

ในความเป็นจริง ความต้านทานของเส้นลวดขึ้นอยู่กับความยาวของเส้นลวด พื้นที่หน้าตัด เส้นลวด และอุณหภูมิปัจจุบัน สารของตัวนำเกี่ยวข้องกับความต้านทานไฟฟ้าผ่านค่าที่เรียกว่า ความต้านทาน.

ความต้านทานเป็นสิ่งที่กำหนดลักษณะของวัสดุของตัวนำ โดยแสดงให้เห็นว่าตัวนำที่ทำจากสารที่กำหนดจะมีความต้านทานเท่าใดหากตัวนำดังกล่าวมีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเมตรและยาว 1 เมตร สายไฟยาว 1 เมตรและหน้าตัด 1 ตารางเมตร ประกอบด้วยสารต่างๆ กัน จะมีความต้านทานไฟฟ้าต่างกัน

บรรทัดล่างคือสำหรับสารใด ๆ (โดยปกติจะมี โลหะเนื่องจากสายไฟมักทำจากโลหะ) มีโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลของตัวเอง เกี่ยวกับโลหะ เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับโครงสร้างของตาข่ายคริสตัลและจำนวนอิเล็กตรอนอิสระได้ ซึ่งแตกต่างกันไปตามโลหะต่างๆ ยิ่งความต้านทานจำเพาะของสารที่กำหนดต่ำลงเท่าใด ตัวนำที่ทำจากสารนั้นก็จะยิ่งนำกระแสไฟฟ้าได้ดีขึ้นเท่านั้น นั่นคือยิ่งส่งผ่านอิเล็กตรอนผ่านตัวมันเองได้ดีขึ้นเท่านั้น

เงิน ทองแดง และอะลูมิเนียมมีค่าความต้านทานต่ำ เหล็กและทังสเตนมีขนาดใหญ่กว่ามาก ไม่ต้องพูดถึงโลหะผสม ความต้านทานของโลหะบางชนิดมีมากกว่าโลหะบริสุทธิ์หลายร้อยเท่า ความเข้มข้นของพาหะอิสระในสายไฟนั้นสูงกว่าในไดอิเล็กตริกอย่างมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมความต้านทานของสายไฟจึงสูงกว่าเสมอ

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ความสามารถของสสารทั้งหมดในการนำกระแสไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ในตัวพาหะ (ตัวพาประจุ) ซึ่งได้แก่ อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ (อิเล็กตรอน ไอออน) หรืออนุภาคเสมือน (เช่น รูในเซมิคอนดักเตอร์) ที่สามารถ เคลื่อนที่ในสสารหนึ่งๆ ในระยะทางไกล เราสามารถพูดง่ายๆ ว่าอนุภาคหรือควอซิพีเพิลดังกล่าวต้องสามารถเดินทางในสสารหนึ่งๆ ในระยะทางที่มากตามอำเภอใจ อย่างน้อยด้วยกล้องจุลทรรศน์

เนื่องจากความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงขึ้น ยิ่งมีความเข้มข้นของตัวพาประจุอิสระมากขึ้นและความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ก็จะยิ่งสูงขึ้น ความคล่องตัวซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของตัวพากระแสในสภาพแวดล้อมเฉพาะที่กำหนดจึงมีความสำคัญเช่นกัน ยิ่งตัวพาประจุมีความคล่องตัวมากเท่าใด ความต้านทานของตัวกลางก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น

สายที่ยาวกว่าจะมีความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่า ท้ายที่สุดยิ่งลวดยาว ไอออนจากโครงตาข่ายคริสตัลก็ยิ่งพบในเส้นทางของอิเล็กตรอนที่ก่อตัวเป็นกระแส และนี่หมายความว่ายิ่งพบสิ่งกีดขวางดังกล่าวมากเท่าไหร่อิเล็กตรอนก็ยิ่งช้าลงเท่านั้นซึ่งหมายความว่ามันจะลดลง ขนาดปัจจุบัน.

ตัวนำที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่ให้อิสระแก่อิเล็กตรอนมากขึ้น ราวกับว่าพวกมันไม่ได้เคลื่อนที่ในท่อแคบ แต่เป็นทางเดินกว้าง อิเลคตรอนเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าในสภาวะที่กว้างขวางกว่า ก่อตัวเป็นกระแส เนื่องจากพวกมันไม่ค่อยชนกับโหนดของตาข่ายคริสตัล ด้วยเหตุนี้ลวดที่หนาจึงมีความต้านทานไฟฟ้าน้อยกว่า

เป็นผลให้ความต้านทานของตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำ ความต้านทานเฉพาะของสารที่ถูกสร้างขึ้น และแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของมัน สูตรต้านทานสูงสุดประกอบด้วยพารามิเตอร์ทั้งสามนี้

แต่ไม่มีอุณหภูมิในสูตรข้างต้น ในขณะเดียวกัน เป็นที่ทราบกันดีว่าความต้านทานของตัวนำนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของมันเป็นอย่างมาก ความจริงก็คือค่าอ้างอิงของความต้านทานของสารมักจะวัดที่อุณหภูมิ + 20 ° C ดังนั้นที่นี่จึงยังคงคำนึงถึงอุณหภูมิ มีตารางอ้างอิงความต้านทานสำหรับอุณหภูมิของสารต่างๆ

โลหะมีความต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

นี่เป็นเพราะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ไอออนของตาข่ายคริสตัลเริ่มสั่นมากขึ้นและรบกวนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนมากขึ้นเรื่อยๆแต่ในอิเล็กโทรไลต์ ไอออนมีประจุ ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น ความต้านทานจะลดลง ในทางกลับกัน เนื่องจากการแตกตัวของไอออนจะเร่งตัวขึ้นและพวกมันจะเคลื่อนที่เร็วขึ้น

ในเซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริก ความต้านทานไฟฟ้าจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะความเข้มข้นของตัวพาประจุส่วนใหญ่เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ค่าที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้าตามฟังก์ชันของอุณหภูมิเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน.