ความต้านทานปัจจุบัน: สูตร ความต้านทานไฟฟ้า
ความต้านทานของตัวนำคือความสามารถของวัสดุในการป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้า รวมถึงกรณีผลกระทบทางผิวหนังจากการสลับแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง
คำจำกัดความทางกายภาพ
วัสดุแบ่งออกเป็นคลาสตามความต้านทาน ค่าที่พิจารณา - ความต้านทาน - ถือเป็นกุญแจสำคัญและจะช่วยให้สามารถไล่ระดับสารทั้งหมดที่พบในธรรมชาติได้:
- ตัวนำเป็นวัสดุที่มีความต้านทานสูงถึง 10 μΩ m ใช้กับโลหะส่วนใหญ่, กราไฟท์
- ไดอิเล็กทริก – ความต้านทาน 100 MΩ m - 10 PΩ m คำนำหน้า Peta ใช้ในบริบทของกำลังสิบห้า
- เซมิคอนดักเตอร์เป็นกลุ่มของวัสดุไฟฟ้าที่มีความต้านทานตั้งแต่ตัวนำไปจนถึงไดอิเล็กทริก
เรียกว่าความต้านทานจำเพาะทำให้คุณสามารถกำหนดลักษณะพารามิเตอร์ของการตัดลวดยาว 1 เมตรโดยมีพื้นที่ 1 ตารางเมตร ไม่สะดวกที่จะใช้ตัวเลขบ่อยขึ้น หน้าตัดของสายเคเบิลจริงมีขนาดเล็กกว่ามาก ตัวอย่างเช่น สำหรับ PV-3 พื้นที่คือหลายสิบมิลลิเมตร การคำนวณจะง่ายขึ้นหากคุณใช้หน่วยโอห์ม ตร.มม./ม. (ดูรูป)
ความต้านทานของโลหะ
มีการกำหนดความต้านทาน อักษรกรีก“ro” เพื่อให้ได้ดัชนีความต้านทานเราจะคูณค่าตามความยาวหารด้วยพื้นที่ของตัวอย่าง การแปลงระหว่างหน่วยวัดมาตรฐาน โอห์ม ม. ที่ใช้บ่อยที่สุดในการคำนวณแสดงให้เห็นว่า: ความสัมพันธ์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้กำลังหกของสิบ บางครั้งคุณสามารถค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับความต้านทานของทองแดงได้จากค่าแบบตาราง:
- 168 ไมโครโอห์ม·เมตร;
- 0.00175 ตร.ม. โอห์ม อืม
สังเกตได้ง่ายว่าตัวเลขต่างกันประมาณ 4% ตรวจสอบด้วยการแปลงหน่วย ซึ่งหมายความว่าตัวเลขจะขึ้นอยู่กับเกรดของทองแดง หากจำเป็นต้องคำนวณอย่างแม่นยำ คำถามจะถูกชี้แจงเพิ่มเติมแยกกัน ข้อมูลเกี่ยวกับความต้านทานของตัวอย่างได้มาจากการทดลองล้วนๆ ลวดชิ้นหนึ่งที่มีหน้าตัดและความยาวที่รู้จักเชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสของมัลติมิเตอร์ เพื่อให้ได้คำตอบ คุณต้องแบ่งการอ่านตามความยาวของตัวอย่าง คูณด้วยพื้นที่หน้าตัด ในการทดสอบ จำเป็นต้องเลือกตัวอย่างที่เชื่อถือได้มากขึ้น และลดข้อผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุด ผู้ทดสอบส่วนใหญ่ไม่แม่นยำเพียงพอที่จะรับค่าที่เหมาะสม
ดังนั้นสำหรับผู้ที่กลัวนักฟิสิกส์และหมดหวังที่จะเชี่ยวชาญมัลติมิเตอร์แบบจีนการทำงานกับความต้านทานจึงไม่สะดวก การตัดแบบสำเร็จรูปง่ายกว่ามาก ( อีกต่อไป) ประมาณค่าพารามิเตอร์ของชิ้นงานทั้งหมด ในทางปฏิบัติ เศษส่วนของโอห์มมีบทบาทเล็กน้อย การกระทำเหล่านี้ดำเนินการเพื่อประมาณการสูญเสีย กำหนดโดยตรงจากความต้านทานเชิงแอ็กทีฟของส่วนวงจรและขึ้นอยู่กับกระแสกำลังสอง เมื่อคำนึงถึงสิ่งข้างต้น เราทราบ: ตัวนำในวิศวกรรมไฟฟ้ามักจะแบ่งออกเป็นสองประเภทตามการบังคับใช้:
- วัสดุที่มีความนำไฟฟ้าสูงและมีความต้านทานสูง อดีตใช้ในการสร้างสายเคเบิลส่วนหลัง - ความต้านทาน (ตัวต้านทาน) ไม่มีความแตกต่างที่ชัดเจนในตาราง เงินที่มีความต้านทานต่ำไม่ได้ใช้ในการทำสายไฟเลยและไม่ค่อยใช้สำหรับหน้าสัมผัสอุปกรณ์ ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน
- โลหะผสมที่มีความยืดหยุ่นสูงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีกระแสไหลแบบยืดหยุ่น: สปริง ชิ้นส่วนการทำงานของคอนแทคเตอร์ ความต้านทานควรจะน้อยที่สุด เป็นที่ชัดเจนว่าทองแดงธรรมดาซึ่งมีความเหนียวในระดับสูงนั้นไม่เหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้โดยพื้นฐาน
- โลหะผสมที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวอุณหภูมิสูงหรือต่ำ อดีตทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างแผ่น bimetallic ซึ่งมีโครงสร้างทำหน้าที่เป็นพื้นฐาน หลังก่อตัวกลุ่มของโลหะผสม Invar มักจำเป็นในกรณีที่รูปทรงเรขาคณิตมีความสำคัญ พวกเขามีที่ยึดไส้หลอด (ทดแทนทังสเตนราคาแพง) และจุดเชื่อมต่อแบบสุญญากาศที่จุดเชื่อมต่อกับกระจก แต่บ่อยครั้งที่โลหะผสม Invar ไม่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้า พวกมันถูกใช้เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมือกลและเครื่องมือ
สูตรความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานกับโอห์มมิก
พื้นฐานทางกายภาพของการนำไฟฟ้า
ความต้านทานของตัวนำถือเป็นส่วนกลับของการนำไฟฟ้า ในทฤษฎีสมัยใหม่ ยังไม่ได้รับการระบุอย่างละเอียดถี่ถ้วนว่ากระบวนการก่อตัวในปัจจุบันเกิดขึ้นได้อย่างไร นักฟิสิกส์มักจะชนกำแพงโดยสังเกตปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ในทางใดทางหนึ่งจากมุมมองของแนวคิดที่หยิบยกมาก่อนหน้านี้ ปัจจุบันทฤษฎีวงดนตรีถือว่ามีความโดดเด่น จำเป็นต้องนำมา ทัศนศึกษาระยะสั้นการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร
ในตอนแรกสันนิษฐานว่าสสารนั้นมีประจุบวกและมีอิเล็กตรอนลอยอยู่ในนั้น นี่เป็นความคิดเห็นของลอร์ดเคลวิน (née Thomson) ผู้โด่งดัง ซึ่งต่อมาได้ตั้งชื่อหน่วยวัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ รัทเทอร์ฟอร์ดเป็นคนแรกที่ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับโครงสร้างดาวเคราะห์ของอะตอม ทฤษฎีที่เสนอในปี พ.ศ. 2454 มีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ารังสีอัลฟ่าถูกเบี่ยงเบนโดยสสารที่มีการกระจายตัวสูง (อนุภาคแต่ละตัวเปลี่ยนมุมการบินในปริมาณที่มีนัยสำคัญมาก) ผู้เขียนสรุปตามสถานที่ที่มีอยู่: ประจุบวกของอะตอมกระจุกตัวอยู่ภายใน พื้นที่ขนาดเล็กอวกาศซึ่งเรียกว่าแกนกลาง ความจริงของแต่ละกรณีของการเบี่ยงเบนอย่างรุนแรงของมุมการบินนั้นเกิดจากการที่เส้นทางของอนุภาควิ่งอยู่ใกล้กับนิวเคลียส
นี่เป็นการจำกัดขนาดทางเรขาคณิตของแต่ละองค์ประกอบและสำหรับสสารต่างๆ สรุปได้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนทองคำอยู่ในช่วง 15.00 น. (พิโกเป็นคำนำหน้ากำลังลบสิบสองของสิบ) บอร์ได้พัฒนาทฤษฎีโครงสร้างของสารเพิ่มเติมในปี พ.ศ. 2456 จากการสังเกตพฤติกรรมของไอออนไฮโดรเจน เขาสรุปว่า ประจุของอะตอมคือความสามัคคี และมวลถูกกำหนดให้อยู่ที่ประมาณหนึ่งในสิบหกของน้ำหนักของออกซิเจน บอร์แนะนำว่าอิเล็กตรอนถูกยึดโดยแรงดึงดูดซึ่งกำหนดโดยคูลอมบ์ ดังนั้นมีบางอย่างขัดขวางไม่ให้หล่นลงบนแกนกลาง บอร์แนะนำว่าแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคหมุนในวงโคจรนั้นเป็นความผิด
ซอมเมอร์เฟลด์ได้แก้ไขเค้าโครงที่สำคัญ เขาสันนิษฐานว่าเป็นวงรีของวงโคจรและแนะนำตัวเลขควอนตัมสองตัวที่อธิบายวิถีโคจร - n และ k Bohr ตั้งข้อสังเกต: ทฤษฎีของ Maxwell สำหรับแบบจำลองนี้ล้มเหลว อนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่จะต้องสร้างสนามแม่เหล็กในอวกาศ จากนั้นอิเล็กตรอนจะค่อยๆ ตกลงสู่นิวเคลียส ดังนั้นเราจึงต้องยอมรับว่า มีวงโคจรหลายวงที่ไม่มีการแผ่รังสีพลังงานออกสู่อวกาศ สังเกตได้ง่าย: สมมติฐานขัดแย้งกัน และเตือนอีกครั้งว่า ความต้านทานของตัวนำในฐานะปริมาณทางกายภาพ ไม่ใช่สิ่งที่นักฟิสิกส์สามารถอธิบายได้ในปัจจุบัน
ทำไม ทฤษฎีวงดนตรีเลือกเป็นฐานสมมุติฐานของบอร์ ซึ่งอ่านได้ว่า ตำแหน่งของวงโคจรไม่ต่อเนื่อง มีการคำนวณล่วงหน้า และพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตมีความสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์บางอย่าง ข้อสรุปของนักวิทยาศาสตร์จะต้องเสริมด้วยกลศาสตร์คลื่น เนื่องจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สร้างขึ้นไม่มีอำนาจที่จะอธิบายปรากฏการณ์บางอย่างได้ ทฤษฎีสมัยใหม่พูดว่า: สำหรับแต่ละสารมีสามโซนในสถานะของอิเล็กตรอน:
- แถบวาเลนซ์ของอิเล็กตรอนจับกับอะตอมอย่างแน่นหนา ต้องใช้พลังงานมากในการทำลายการเชื่อมต่อ อิเล็กตรอนวงเวเลนซ์ไม่มีส่วนร่วมในการนำ
- แถบการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอน เมื่อความแรงของสนามเกิดขึ้นในสาร จะก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า (การเคลื่อนที่ตามคำสั่งของตัวพาประจุ)
- Band Gap คือบริเวณที่มีสถานะพลังงานซึ่งมีอิเล็กตรอนเข้ามา สภาวะปกติไม่สามารถอยู่ที่นั่นได้
ประสบการณ์ที่อธิบายไม่ได้ของจุง
ตามทฤษฎีวงดนตรี แถบการนำไฟฟ้าของตัวนำซ้อนทับกับแถบเวเลนซ์ เมฆอิเล็กตรอนก่อตัวขึ้น และถูกพัดพาไปได้ง่ายโดยความแรงของสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแส ด้วยเหตุนี้ ความต้านทานของตัวนำจึงน้อยมาก ยิ่งกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามอย่างไร้ประโยชน์ที่จะอธิบายว่าอิเล็กตรอนคืออะไร เป็นที่ทราบกันดีว่าอนุภาคมูลฐานมีคุณสมบัติเป็นคลื่นและร่างกาย หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กวางข้อเท็จจริงไว้: เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุตำแหน่งของอิเล็กตรอนและพลังงานของอิเล็กตรอนด้วยความน่าจะเป็น 100% ไปพร้อมๆ กัน
ในส่วนเชิงประจักษ์ นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่า การทดลองกับอิเล็กตรอนของ Young ให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ นักวิทยาศาสตร์ส่งกระแสโฟตอนผ่านช่องโล่สองช่องที่ปิดสนิท ส่งผลให้เกิดรูปแบบการรบกวนที่ประกอบด้วยแถบชุดหนึ่ง พวกเขาแนะนำให้ทำการทดสอบด้วยอิเล็กตรอน การล่มสลายเกิดขึ้น:
- หากอิเล็กตรอนผ่านลำแสงผ่านช่องสองช่อง จะเกิดรูปแบบการรบกวนขึ้น เหมือนกับว่าโฟตอนกำลังเคลื่อนที่
- หากปล่อยอิเล็กตรอนทีละตัว จะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง ดังนั้น... อนุภาคหนึ่งสะท้อนออกมาจากตัวมันเอง มีอยู่หลายแห่งพร้อมๆ กัน?
- จากนั้นพวกเขาก็เริ่มพยายามบันทึกช่วงเวลาที่อิเล็กตรอนเคลื่อนผ่านระนาบของโล่ และ... รูปแบบการรบกวนก็หายไป เหลือสองจุดตรงข้ามกับรอยแตก
เอฟเฟกต์นั้นไม่มีอำนาจที่จะอธิบายด้วย จุดทางวิทยาศาสตร์วิสัยทัศน์. ปรากฎว่าอิเล็กตรอน "คาดเดา" เกี่ยวกับการสังเกตที่กำลังดำเนินการและหยุดแสดงคุณสมบัติของคลื่น แสดงให้เห็นข้อจำกัดของแนวคิดฟิสิกส์สมัยใหม่ คงจะดีถ้าเราพอใจกับสิ่งนี้! นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งเสนอให้สังเกตอนุภาคเมื่อพวกมันผ่านช่องนั้นแล้ว (บินไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง) แล้วไงล่ะ? อีกครั้งที่อิเล็กตรอนหยุดแสดงคุณสมบัติของคลื่น
ปรากฎว่า อนุภาคมูลฐานย้อนเวลากลับไป ขณะนั้นเองที่พวกเขาได้ผ่านช่องว่างนั้นไป เราเจาะลึกความลับแห่งอนาคตโดยค้นหาว่าจะมีการสอดแนมหรือไม่ พฤติกรรมก็ถูกปรับตามความเป็นจริง เห็นได้ชัดว่าคำตอบไม่สามารถตีตาวัวได้ ความลึกลับกำลังรอคอยการคลี่คลายจนถึงทุกวันนี้ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีของไอน์สไตน์ซึ่งหยิบยกมาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ได้รับการข้องแวะแล้ว: พบอนุภาคที่มีความเร็วเกินแสง
ความต้านทานของตัวนำเกิดขึ้นได้อย่างไร?
มุมมองสมัยใหม่กล่าวว่า: อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปตามตัวนำด้วยความเร็วประมาณ 100 กม./วินาที ภายใต้อิทธิพลของสนามที่เกิดขึ้นภายในดริฟท์ได้รับคำสั่ง ความเร็วของการเคลื่อนที่ของพาหะตามแนวแรงดึงต่ำ มีค่าไม่กี่เซนติเมตรต่อนาที ในระหว่างการเคลื่อนที่ อิเล็กตรอนจะชนกับอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัล และพลังงานบางส่วนจะกลายเป็นความร้อน และการวัดการเปลี่ยนแปลงนี้มักเรียกว่าความต้านทานของตัวนำ ยิ่งสูงก็ยิ่งมาก พลังงานไฟฟ้ากลายเป็นความร้อน หลักการทำงานของเครื่องทำความร้อนขึ้นอยู่กับสิ่งนี้
ขนานกับบริบทคือการแสดงออกเชิงตัวเลขของค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุซึ่งสามารถเห็นได้ในรูป เพื่อให้ได้ค่าความต้านทาน ให้หารค่าหนึ่งด้วยจำนวนที่ระบุ ความคืบหน้าของการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมมีการกล่าวถึงข้างต้น จะเห็นได้ว่าความต้านทานขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ - การเคลื่อนที่ของอุณหภูมิของอิเล็กตรอนและเส้นทางอิสระซึ่งนำไปสู่โครงสร้างของโครงผลึกของสารโดยตรง คำอธิบาย: ความต้านทานของตัวนำแตกต่างกัน ทองแดงมีอลูมิเนียมน้อยกว่า
ในวิชาฟิสิกส์ ความต้านทานไฟฟ้าเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงความสามารถของตัวนำในการป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้า
ความต้านทานไฟฟ้าคืออะไร
ทุกตัวทุกสารมีความต้านทานไฟฟ้า หากใช้แรงดันไฟฟ้าเท่ากันกับ ร่างกายที่แตกต่างกันกระแสจะไหลผ่านต่างกันเพราะว่า พวกเขามีความต้านทานที่แตกต่างกัน มีสารบางประเภทที่กระแสไม่ไหลผ่านเลย สารดังกล่าวเรียกว่าไดอิเล็กทริก และสารที่ส่งกระแสไฟฟ้าเรียกว่าตัวนำ
ดังที่คุณทราบ กระแสคือการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเข้าสู่ตัวนำซึ่งพวกมันจะผลักอิเล็กตรอนอื่นออกจากโมเลกุลของตัวนำเข้ามาแทนที่ ดูเหมือนว่าอิเล็กตรอนจะส่งกระบองจากโมเลกุลหนึ่งไปอีกโมเลกุลหนึ่ง
นอกจากนี้ตัวนำยังมีอิเล็กตรอนอิสระของตัวเองซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับอะตอมเฉพาะใดๆ อนุภาคทั้งหมดนี้เคลื่อนที่ไปตามตัวนำ เนื่องจากมีอิเล็กตรอนอิสระอยู่ทั่วตัวนำ เมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะไปถึงขั้วบวกทันที
โมเลกุลของสารต่างกันจะยึดอิเล็กตรอนไว้ด้วยจุดแข็งที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น การเคาะอนุภาคออกจากทองคำได้ง่ายกว่าจากทองแดงและมีอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าซึ่งหมายความว่าความต้านทานของทองคำจะน้อยลง โมเลกุลไดอิเล็กทริกปล่อยอิเล็กตรอนอย่างไม่เต็มใจอย่างยิ่ง ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไหลผ่านพวกมัน
วิธีกำหนดค่าความต้านทาน
ความสามารถของตัวนำในการต้านทานกระแสไหลผ่านเรียกว่าความต้านทานและเขียนแทนด้วยตัวอักษร R ความต้านทานนั้นสัมพันธ์กับกระแสและแรงดันไฟฟ้าอย่างเคร่งครัด ถ้าแรงดันไฟฟ้า U ถูกจ่ายไปที่ปลายตัวนำที่มีความต้านทาน R กระแส I จะไหลผ่านมัน
ในโอมาฮา 1 โอห์มคือความต้านทานที่กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ไหลผ่านที่แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์
ตัวนำใด ๆ จะมีความต้านทาน ρ สำหรับตัวนำแต่ละตัว ค่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลง โดยจะระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง ความต้านทานจำเพาะคือความต้านทานที่ครอบครองโดยตัวนำที่มีความยาว l=1 m และพื้นที่หน้าตัด S=1 ตร.ม. ซึ่งหมายความว่าความต้านทานคือ R=ρl/S ยิ่งตัวนำยิ่งยาว ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้น และเมื่อพื้นที่หน้าตัดเพิ่มขึ้น ความต้านทานก็จะลดลง
ควรระลึกไว้ว่าเมื่อตัวนำถูกให้ความร้อนความต้านทานจะเพิ่มขึ้นและเมื่อเย็นตัวลงตรงกันข้ามก็จะลดลง ที่ศูนย์สัมบูรณ์ (- 273° C) ความต้านทานจะใกล้เคียงกับศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด ความต้านทานที่ระบุในหนังสืออ้างอิงจะวัดภายใต้สภาวะปกติ เช่น ที่อุณหภูมิห้อง
ความต้านทานภายในและภายนอก
ไม่เพียงแต่ตัวนำและองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้าเท่านั้นที่มีความต้านทาน แต่ยังมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าด้วย ความต้านทานของแหล่งกำเนิด r เรียกว่าภายใน และความต้านทานโหลด R เรียกว่าภายนอก ปัจจุบัน I ผ่านโหลดจากแหล่งที่มาจะไหลจากลบไปบวกและภายในแหล่งที่มาจากบวกไปลบเช่น โหลดปัจจุบัน เท่ากับปัจจุบันภายในแหล่งที่มา
หากมีแรงดันไฟฟ้า E ที่ขั้วของแหล่งกำเนิด ก็สามารถกำหนดได้โดยสูตร E = IR + Ir จากที่นี่คุณสามารถคำนวณความต้านทานทั้งภายในและภายนอกได้
ถึงเวลาค้นหาว่าแนวต้านคืออะไร ลองนึกภาพตอนนี้เป็นตาข่ายคริสตัลธรรมดา ดังนั้น... ยิ่งคริสตัลอยู่ใกล้กันมากเท่าใด ประจุก็จะยังคงอยู่ในนั้นมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นการพูด ในภาษาง่ายๆ- ยิ่งมีความต้านทานของโลหะมากเท่าไร อย่างไรก็ตามความต้านทานของโลหะธรรมดาสามารถเพิ่มขึ้นได้ชั่วคราวโดยการให้ความร้อน “ทำไม?” ถาม ใช่ เพราะเมื่อถูกความร้อน อะตอมของโลหะจะเริ่มสั่นสะเทือนอย่างเข้มข้นใกล้กับตำแหน่งที่ตรึงไว้ด้วยพันธะ ดังนั้นประจุที่เคลื่อนที่จะชนกับอะตอมบ่อยขึ้น และดังนั้นจึงจะล่าช้าในโหนดของโครงตาข่ายคริสตัลบ่อยขึ้นและมากขึ้น รูปที่ 1 แสดงแผนภาพการประกอบแบบเห็นภาพ สำหรับ "ผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด" ซึ่งคุณสามารถดูวิธีการวัดแรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานได้ทันที ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าบนหลอดไฟได้ อย่างไรก็ตามหากดังที่เห็นจากรูปแบตเตอรี่ของเรามีแรงดันไฟฟ้าเช่น 15V (โวลต์) และความต้านทานอยู่ที่ 10V "ตกลง" บนนั้นจากนั้น 5V ที่เหลือจะไปที่แสง หลอดไฟ
นี่คือลักษณะของกฎของโอห์มสำหรับวงจรปิด
กฎหมายนี้ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงในทุกส่วนโดยไม่ต้องลงรายละเอียด เหล่านั้น. ในกรณีของเรา 15V = 10V + 5V แต่... หากคุณเจาะลึกรายละเอียดเล็กน้อย คุณต้องรู้ว่าสิ่งที่เราเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่นั้นไม่มีอะไรมากไปกว่ามูลค่าเมื่อผู้ใช้เชื่อมต่ออยู่ (ในกรณีของเรา นี่คือหลอดไฟ + ความต้านทาน) หากคุณถอดหลอดไฟที่มีความต้านทานและวัดค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะมีค่ามากกว่า 15V เล็กน้อย นี่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและเรียกว่า EMF ของแบตเตอรี่ - แรงเคลื่อนไฟฟ้า ในความเป็นจริงวงจรจะทำงานดังแสดงในรูปที่ 2 ในความเป็นจริง แบตเตอรี่สามารถจินตนาการได้ว่าเป็นแบตเตอรี่อื่นๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 16V ซึ่งมีความต้านทานภายในของตัวเอง Rin ค่าความต้านทานนี้มีขนาดเล็กมากและถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางเทคโนโลยีของการผลิต จะเห็นได้จากรูปที่เมื่อเชื่อมต่อโหลด แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ส่วนหนึ่งจะ "คงที่" ที่ความต้านทานภายในและเอาต์พุตจะไม่เป็น 16V อีกต่อไป แต่เป็น 15V เช่น 1B จะถูก “ดูดซับ” โดยความต้านทานภายในของมัน กฎของโอห์มสำหรับวงจรปิดก็ใช้ที่นี่เช่นกัน ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในทุกส่วนของวงจรจะเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ 16V = 1V + 10V + 5V หน่วยของความต้านทานเป็นค่าที่เรียกว่าโอห์ม ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Georg Simon Ohm ซึ่งเกี่ยวข้องกับงานนี้ 1 โอห์ม เท่ากับความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำ (เช่น อาจเป็นหลอดไฟ) ระหว่างปลายซึ่งมีแรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์เกิดขึ้นที่กระแสตรง 1 แอมแปร์ ในการกำหนดความต้านทานของหลอดไฟจำเป็นต้องวัดแรงดันไฟฟ้าและวัดกระแสในวงจร (ดูรูปที่ 5) จากนั้นหารค่าแรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์ด้วยค่าปัจจุบัน (R=U/I) ความต้านทานในวงจรไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรม (จุดสิ้นสุดของแรกกับจุดเริ่มต้นของวินาที - ในกรณีนี้สามารถกำหนดได้โดยพลการ) และแบบขนาน (เริ่มต้นด้วยจุดเริ่มต้นสิ้นสุดด้วยจุดสิ้นสุด - และในกรณีนี้ สามารถกำหนดได้ตามใจชอบ) ลองพิจารณาทั้งสองกรณีโดยใช้หลอดไฟเป็นตัวอย่าง - ท้ายที่สุดแล้วไส้หลอดทำจากทังสเตนนั่นคือ เป็นตัวแทนของการต่อต้าน กรณีของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะแสดงในรูปที่ 3
ผลลัพธ์ที่ได้คือพวงมาลัยที่ทุกคนรู้จัก (และดังนั้นเราจะถือว่ามันเข้าใจได้) ด้วยการเชื่อมต่อเช่นนี้ กระแส I จะเท่ากันทุกที่ ไม่ว่าหลอดไฟเหล่านี้จะเหมือนกันซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันหรือต่างกันก็ตาม เราจะต้องจองทันทีว่าโคมไฟที่:
- มีการระบุแรงดันและกระแสเดียวกัน (เช่นหลอดไฟจากไฟฉาย)
- มีการระบุแรงดันไฟฟ้าและกำลังไฟเดียวกัน (คล้ายกับหลอดไฟส่องสว่าง)
ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้า U ของแหล่งพลังงาน "กระจาย" ไปทั่วหลอดไฟทั้งหมดนั่นคือ ยู = U1 + U2 + U3 นอกจากนี้หากหลอดไฟเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าของหลอดไฟทั้งหมดจะเท่ากัน หากหลอดไฟไม่เหมือนกันก็ขึ้นอยู่กับความต้านทานของหลอดไฟแต่ละดวงโดยเฉพาะ ในกรณีแรก แรงดันไฟฟ้าของหลอดไฟแต่ละดวงสามารถคำนวณได้อย่างง่ายดายโดยการหารแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายด้วยจำนวนหลอดไฟทั้งหมด ในกรณีที่สอง คุณต้องเจาะลึกการคำนวณ เราจะพิจารณาทั้งหมดนี้ในงานของส่วนนี้ ดังนั้นเราจึงพบว่าเมื่อเชื่อมต่อตัวนำ (ในกรณีนี้คือหลอดไฟ) แบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้า U ที่ปลายวงจรทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าของตัวนำ (หลอดไฟ) ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม - U = U1 + U2 + U3. ตามกฎของ Omadl ในส่วนของวงจร: U1 = I*R1, U2 = I*R2, U3 = I*R3, U = I*R โดยที่ R1 คือความต้านทานของไส้หลอดของหลอดแรก (ตัวนำ) R2 - อันที่สองและ R3 - อันที่สาม R - อิมพีแดนซ์ของหลอดไฟทั้งหมด การแทนที่ค่า U ด้วย I*R, U1 ด้วย I*R1, U2 ด้วย I*R2, U3 ด้วย I*R3 ในนิพจน์ “U = U1 + U2 +U” เราจะได้ I*R = I*(R1 +R2+R3 ) ดังนั้น R = R1+R2+R3 สรุป: เมื่อตัวนำเชื่อมต่อแบบอนุกรม ความต้านทานรวมจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานของตัวนำทั้งหมด สรุป: ผู้บริโภคหลายรายใช้การเชื่อมต่อตามลำดับ (เช่นโคมไฟพวงมาลัยปีใหม่) โดยมีแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด
กรณีของการเชื่อมต่อตัวนำแบบขนานแสดงในรูปที่ 4
เมื่อตัวนำเชื่อมต่อแบบขนาน จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของตัวนำจะมีจุดเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดร่วมกัน ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าของหลอดทั้งหมด (ตัวนำ) จะเท่ากันไม่ว่าจะออกแบบมาสำหรับหลอดใดและแรงดันไฟฟ้าใดเนื่องจากเชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งกำเนิด โดยธรรมชาติแล้วหากหลอดไฟมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแหล่งจ่ายแรงดัน หลอดไฟก็จะไหม้ แต่ปัจจุบันฉันจะเป็น เท่ากับผลรวมกระแสในหลอดไฟทั้งหมดนั่นคือ ฉัน = I1 + I2 + I3 และหลอดไฟอาจมีกำลังต่างกัน - แต่ละหลอดจะใช้กระแสไฟตามที่ออกแบบไว้ สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้หากเราจินตนาการถึงปลั๊กไฟที่มีแรงดันไฟฟ้า 220V แทนแหล่งที่มาและแทนที่จะนึกถึงหลอดไฟเราจินตนาการถึงเตารีดโคมไฟตั้งโต๊ะและที่ชาร์จโทรศัพท์ที่เชื่อมต่ออยู่ ความต้านทานของอุปกรณ์แต่ละตัวในวงจรดังกล่าวถูกกำหนดโดยการหารแรงดันไฟฟ้าด้วยกระแสไฟฟ้าที่ใช้... อีกครั้ง ตามกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร กล่าวคือ
ให้เราระบุข้อเท็จจริงทันทีว่ามีปริมาณที่ตอบแทนความต้านทานและเรียกว่าการนำไฟฟ้า ถูกกำหนดให้เป็น Y ในระบบ SI ถูกกำหนดให้เป็น Cm (Siemens) ค่าผกผันของการต่อต้านหมายความว่า
โดยไม่ต้องสรุปทางคณิตศาสตร์เราจะพูดทันทีว่าเมื่อเชื่อมต่อตัวนำแบบขนาน (ไม่ว่าจะเป็นหลอดไฟเตารีดไมโครเวฟหรือโทรทัศน์) ส่วนกลับของความต้านทานรวมจะเท่ากับผลรวมของส่วนกลับของความต้านทานของการเชื่อมต่อแบบขนานทั้งหมดที่เชื่อมต่อแบบขนาน ตัวนำเช่น
เมื่อพิจารณาแล้วว่า
บางครั้งในปัญหาพวกเขาเขียน Y = Y1 + Y2 + Y3 มันเป็นเรื่องเดียวกัน นอกจากนี้ยังมีสูตรที่สะดวกกว่าในการค้นหาความต้านทานรวมของความต้านทานที่เชื่อมต่อแบบขนานสองตัว ดูเหมือนว่านี้:
ให้เราสรุป: วิธีการเชื่อมต่อแบบขนานใช้สำหรับเชื่อมต่อหลอดไฟและ เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนไปยังเครือข่ายไฟฟ้า
ดังที่เราค้นพบ การชนกันของอิเล็กตรอนอิสระในตัวนำกับอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัล ยับยั้งการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า... นี่คือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอนอิสระเช่น ดีซีคือ นิติบุคคลทางกายภาพความต้านทานของตัวนำ กลไกความต้านทานต่อกระแสตรงในอิเล็กโทรไลต์และก๊าซมีความคล้ายคลึงกัน สมบัติการนำไฟฟ้าของวัสดุจะกำหนดความต้านทานเชิงปริมาตร ρv ซึ่งเท่ากับความต้านทานระหว่างด้านตรงข้ามของลูกบาศก์ที่มีขอบ 1 เมตร ที่ทำจากวัสดุนี้ ส่วนกลับของความต้านทานต่อปริมาตรเรียกว่าปริมาตรการนำไฟฟ้า และมีค่าเท่ากับ γ = 1/ρv หน่วยของความต้านทานปริมาตรคือ 1 โอห์ม*ม. และหน่วยของค่าการนำไฟฟ้าเชิงปริมาตรคือ 1S/m ความต้านทานของตัวนำต่อกระแสตรงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในกรณีทั่วไปจะสังเกตเห็นการพึ่งพาที่ค่อนข้างซับซ้อน แต่เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงภายในช่วงที่ค่อนข้างแคบ (ประมาณ 200°C) สามารถแสดงได้โดยสูตร:
โดยที่ R2 และ R1 เป็นความต้านทานที่อุณหภูมิ T1 และ T2 ตามลำดับ α คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน เท่ากับการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1°C
แนวคิดที่สำคัญ
อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความต้านทานและใช้ในการจำกัดกระแสเรียกว่าตัวต้านทาน ตัวต้านทานแบบปรับได้ (เช่น สามารถเปลี่ยนความต้านทานได้) เรียกว่ารีโอสแตต
องค์ประกอบตัวต้านทานเป็นแบบจำลองในอุดมคติของตัวต้านทานและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ หรือชิ้นส่วนของตัวต้านทานดังกล่าวที่ต้านทานกระแสตรง โดยไม่คำนึงถึงลักษณะทางกายภาพของปรากฏการณ์นี้ พวกมันถูกใช้ในการวาดวงจรที่เท่ากันและคำนวณโหมดของมัน เมื่อทำอุดมคติแล้ว กระแสที่ผ่านการเคลือบฉนวนของตัวต้านทาน, เฟรมของรีโอสแตตของลวด ฯลฯ จะถูกละเลย
องค์ประกอบต้านทานเชิงเส้นเป็นวงจรสมมูลสำหรับส่วนใดๆ ของอุปกรณ์ไฟฟ้าซึ่งกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้า พารามิเตอร์ของมันคือความต้านทาน R = const R = const หมายความว่าค่าความต้านทานไม่เปลี่ยนแปลง (const หมายถึงค่าคงที่)
หากการพึ่งพากระแสบนแรงดันไฟฟ้าไม่เชิงเส้น วงจรสมมูลจะมีองค์ประกอบต้านทานแบบไม่เชิงเส้นซึ่งระบุโดยคุณลักษณะ I-V แบบไม่เชิงเส้น (คุณลักษณะโวลต์-แอมแปร์) I(U) - อ่านเป็น "และจาก Y" รูปที่ 5 แสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันขององค์ประกอบต้านทานเชิงเส้น (สาย a) และไม่เชิงเส้น (สาย b) ตลอดจนการกำหนดวงจรที่เท่ากัน
- ปริมาณไฟฟ้าที่แสดงคุณลักษณะของวัสดุเพื่อป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้า ความต้านทานอาจมีแนวโน้มเป็นศูนย์ - น้อยที่สุด (ไมล์/ไมโครโอห์ม - ตัวนำ โลหะ) หรือมีขนาดใหญ่มาก (กิกะโอห์ม - ฉนวน ไดอิเล็กทริก) ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ ส่วนกลับของความต้านทานไฟฟ้าคือ
หน่วยวัดความต้านทานไฟฟ้า - โอห์ม- ถูกกำหนดโดยตัวอักษร R พิจารณาการพึ่งพาความต้านทานของกระแสในวงจรปิด
โอห์มมิเตอร์- อุปกรณ์สำหรับ การวัดโดยตรงความต้านทานของวงจร ขึ้นอยู่กับช่วงของค่าที่วัดได้ แบ่งออกเป็นกิกะโอห์มมิเตอร์ (สำหรับความต้านทานขนาดใหญ่ - เมื่อวัดฉนวน) และไมโคร/มิลลิโอห์มมิเตอร์ (สำหรับความต้านทานขนาดเล็ก - เมื่อวัดความต้านทานชั่วคราวของหน้าสัมผัส ขดลวดมอเตอร์ ฯลฯ)
มีโอห์มมิเตอร์หลายประเภทตามการออกแบบจากผู้ผลิตหลายราย ตั้งแต่ระบบเครื่องกลไฟฟ้าไปจนถึงไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เป็นที่น่าสังเกตว่าโอห์มมิเตอร์แบบคลาสสิกจะวัดส่วนที่ใช้งานของความต้านทาน (เรียกว่าโอห์ม)
ความต้านทานใดๆ (โลหะหรือสารกึ่งตัวนำ) ในวงจร เครื่องปรับอากาศมีองค์ประกอบที่ทำงานและเกิดปฏิกิริยา ผลรวมของความต้านทานแบบแอคทีฟและรีแอกทีฟคือ ความต้านทานของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและคำนวณโดยสูตร:
โดยที่ Z คือความต้านทานรวมของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
R คือความต้านทานเชิงแอคทีฟของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
Xc คือค่ารีแอกแตนซ์ของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
(C - ความจุ, w - ความเร็วเชิงมุมของกระแสสลับ)
Xl คือปฏิกิริยารีแอคทีฟของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
(L คือการเหนี่ยวนำ w คือความเร็วเชิงมุมของกระแสสลับ)
ความต้านทานแบบแอคทีฟ- นี่เป็นส่วนหนึ่งของความต้านทานรวมของวงจรไฟฟ้าซึ่งพลังงานจะถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นโดยสมบูรณ์ (เครื่องกล, เคมี, ความร้อน) คุณสมบัติที่โดดเด่นของส่วนประกอบแบบแอคทีฟคือการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดโดยสมบูรณ์ (ไม่มีการคืนพลังงานให้กับเครือข่าย) และรีแอกแตนซ์จะส่งพลังงานส่วนหนึ่งกลับคืนสู่เครือข่าย (คุณสมบัติเชิงลบของส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยา)
ความหมายทางกายภาพของการต่อต้านแบบแอคทีฟ
ทุกวันพุธที่จะจัดขึ้น ค่าไฟฟ้าสร้างอุปสรรคระหว่างทาง (เชื่อกันว่านี่คือโหนดของโครงตาข่ายคริสตัล) ซึ่งดูเหมือนว่าพวกมันจะชนและสูญเสียพลังงานซึ่งถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน
ดังนั้นการลดลง (การสูญเสียพลังงานไฟฟ้า) เกิดขึ้นซึ่งส่วนหนึ่งสูญเสียไปเนื่องจากความต้านทานภายในของตัวกลางนำไฟฟ้า
ค่าตัวเลขที่แสดงถึงความสามารถของวัสดุในการป้องกันการผ่านของประจุเรียกว่าความต้านทาน มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม (โอห์ม) และแปรผกผันกับค่าการนำไฟฟ้า
องค์ประกอบเบ็ดเตล็ด ตารางธาตุ Mendeleev มีความต้านทานไฟฟ้า (p) ที่แตกต่างกัน เช่น มีค่าน้อยที่สุด เงิน (0.016 Ohm*mm2/m), ทองแดง (0.0175 Ohm*mm2/m), ทอง (0.023) และอะลูมิเนียม (0.029) มีความต้านทาน ใช้ในอุตสาหกรรมเป็นวัสดุหลักในการสร้างวิศวกรรมไฟฟ้าและพลังงานทั้งหมด ในทางกลับกัน ไดอิเล็กทริกจะมีค่าการกระแทกสูง ความต้านทานและใช้เป็นฉนวน
ความต้านทานของตัวกลางนำไฟฟ้าอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับหน้าตัด อุณหภูมิ ขนาด และความถี่ของกระแส นอกจาก, สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันมี สื่อต่างๆประจุ (อิเล็กตรอนอิสระในโลหะ ไอออนในอิเล็กโทรไลต์ "รู" ในเซมิคอนดักเตอร์) ซึ่งเป็นปัจจัยกำหนดความต้านทาน
ความหมายทางกายภาพของปฏิกิริยา
ในขดลวดและตัวเก็บประจุเมื่อนำไปใช้พลังงานจะสะสมในรูปของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าซึ่งต้องใช้เวลาระยะหนึ่ง
สนามแม่เหล็กในเครือข่ายกระแสสลับจะเปลี่ยนไปตามทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุที่เปลี่ยนไปในขณะที่ให้ความต้านทานเพิ่มเติม
นอกจากนี้เฟสที่เสถียรและการเปลี่ยนแปลงของกระแสจะเกิดขึ้น และทำให้สูญเสียไฟฟ้าเพิ่มเติม
ความต้านทาน
เราจะหาความต้านทานของวัสดุได้อย่างไรหากไม่มีการไหลผ่านและเราไม่มีโอห์มมิเตอร์? มีมูลค่าพิเศษสำหรับสิ่งนี้ - ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุ วี
(นี่คือค่าแบบตารางที่กำหนดเชิงประจักษ์สำหรับโลหะส่วนใหญ่) โดยใช้ค่านี้และ ปริมาณทางกายภาพวัสดุ เราสามารถคำนวณความต้านทานได้โดยใช้สูตร:
ที่ไหน, พี— ความต้านทาน (หน่วย โอห์ม*ม./มม.2)
l—ความยาวตัวนำ (m);
S - ภาพตัดขวาง (มม. 2)
ในบรรดาตัวบ่งชี้อื่น ๆ ที่แสดงลักษณะของวงจรไฟฟ้าหรือตัวนำก็ควรเน้นที่ความต้านทานไฟฟ้า เป็นตัวกำหนดความสามารถของอะตอมของวัสดุในการป้องกันการผ่านของอิเล็กตรอนโดยตรง ช่วยในการกำหนดค่านี้สามารถให้ได้โดยอุปกรณ์พิเศษ - โอห์มมิเตอร์และการคำนวณทางคณิตศาสตร์ตามความรู้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณและ คุณสมบัติทางกายภาพวัสดุ. ตัวบ่งชี้มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม (โอห์ม) ซึ่งกำหนดโดยสัญลักษณ์ R
กฎของโอห์ม - วิธีการทางคณิตศาสตร์ในการพิจารณาความต้านทาน
ความสัมพันธ์ที่สร้างโดย Georg Ohm กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน กระแส ความต้านทาน โดยขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ของแนวคิด ความใช้ได้ของความสัมพันธ์เชิงเส้น - R = U/I (อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าต่อกระแสไฟฟ้า) - ไม่ได้ถูกสังเกตในทุกกรณี
หน่วย [R] = B/A = โอห์ม 1 โอห์มคือความต้านทานของวัสดุซึ่งมีกระแส 1 แอมแปร์ไหลผ่านที่แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์
สูตรเชิงประจักษ์สำหรับการคำนวณความต้านทาน
ข้อมูลวัตถุประสงค์เกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของวัสดุตามมาจากข้อมูลของมัน ลักษณะทางกายภาพกำหนดทั้งคุณสมบัติและปฏิกิริยาต่ออิทธิพลภายนอก ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ การนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ:
- ขนาด.
- เรขาคณิต.
- อุณหภูมิ
อะตอมของวัสดุนำไฟฟ้าชนกับอิเล็กตรอนที่มีทิศทาง ขัดขวางไม่ให้พวกมันเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ที่ความเข้มข้นสูงในระยะหลังอะตอมจะไม่สามารถต้านทานพวกมันได้และค่าการนำไฟฟ้าจะสูง ค่าความต้านทานสูงเป็นเรื่องปกติสำหรับไดอิเล็กทริกซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าเกือบเป็นศูนย์
ลักษณะที่กำหนดอย่างหนึ่งของตัวนำแต่ละตัวคือความต้านทาน - ρ จะกำหนดการพึ่งพาความต้านทานต่อวัสดุตัวนำและอิทธิพลภายนอก นี่คือค่าคงที่ (ภายในวัสดุเดียว) ที่แสดงถึงข้อมูลตัวนำในมิติต่อไปนี้ - ความยาว 1 ม. (l) พื้นที่หน้าตัด 1 ตร.ม. ดังนั้น ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้จึงแสดงด้วยความสัมพันธ์: R = ρ* ë/S:
- ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุจะลดลงเมื่อความยาวเพิ่มขึ้น
- การเพิ่มขึ้นของพื้นที่หน้าตัดของตัวนำส่งผลให้ความต้านทานลดลง รูปแบบนี้เกิดจากการลดความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ส่งผลให้อนุภาควัสดุสัมผัสกันน้อยลง
- การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของวัสดุจะกระตุ้นให้เกิดความต้านทานเพิ่มขึ้น ในขณะที่อุณหภูมิที่ลดลงจะทำให้อุณหภูมิลดลง
ขอแนะนำให้คำนวณพื้นที่หน้าตัดตามสูตร S = πd 2/4 เทปวัดจะช่วยในการกำหนดความยาว
ความสัมพันธ์กับอำนาจ (P)
ตามสูตรของกฎของโอห์ม U = I*R และ P = I*U ดังนั้น P = I 2 *R และ P = U 2 /R
เมื่อทราบขนาดของกระแสและกำลัง ความต้านทานสามารถกำหนดได้ดังนี้: R = P/I 2
เมื่อทราบแรงดันและกำลังแล้ว ความต้านทานสามารถคำนวณได้อย่างง่ายดายโดยใช้สูตร: R = U 2 /P
ความต้านทานของวัสดุและค่าของคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ สามารถรับได้โดยใช้เครื่องมือวัดพิเศษหรือตามกฎทางคณิตศาสตร์ที่กำหนดไว้