Cikk az ellenállásról
Az elektromos árammal kapcsolatban az elektromos áram sűrűségét már tárgyaltuk, így az elektromos mezőt is ismertettük az elektromos mezőről szóló témában. Az elektromos mező és az elektromos áram akkor van jelen a vezetőben, ha a vezetőben potenciálkülönbség van, míg ha nincs potenciálkülönbség, akkor nincs elektromos mező és elektromos áram sem.
Szinte minden fémvezetőben az elektromos tér egyenesen arányos az elektromos áram sűrűségével, ahol az elektromos tér és az elektromos áram sűrűségének aránya állandó. Az elektromos tér és az áramsűrűség viszonyát ellenállásnak nevezzük. Matematikailag az elektromos tér, az áramsűrűség és az ellenállás közötti kapcsolatot a következő egyenlet fejezi ki:
ρ = E / J
ρ = ellenállás, E = elektromos térerősség , J = áramsűrűség
Az egyik elektromos tér képlete E = V/d, ahol V = elektromos potenciálkülönbség = elektromos feszültség és d = távolság, így az elektromos tér mértékegysége volt/méter (V/m). Az áramsűrűség képlete J = I/A, ahol I = elektromos áram és A = a vezető keresztmetszeti területe, tehát az áramsűrűség mértékegysége amper/méter négyzeten (A/m² ) . Az ellenállás egyenlete ρ = E/J, tehát az ellenállás mértékegysége V/m: A/m² = V/mxm² / A = V/A (m) = Ω m (értsd: ohmmérő). Az Ω = volt / amper az elektromos ellenállás mértékegysége.
A legnagyobb ellenállásértékkel az elektromos szigetelők rendelkeznek, míg a legkisebb ellenállással egy jó elektromos vezető rendelkezik. Minél jobban szállítja egy vezető az elektromos áramot, annál kisebb a vezető típusának ellenállása. A legnagyobbtól a legkisebbig terjedő ellenállású fémvezetők sorrendje az ón, acél, alumínium, arany, réz, ezüst. Tehát arra a következtetésre juthatunk, hogy egy tárgy ellenállásértéke a tárgy elektromos áram gátlására való képességének mértékét adja meg.
Egy jó vezető, amely megfelel Ohm törvényének, egy bizonyos hőmérsékleten az ellenállás értéke nem függ az elektromos tér erősségétől, ami azt jelenti, hogy ha az elektromos tér változik, az ellenállás értéke sem változik. Fordítva, azoknál a vezetőknél, amelyek nem felelnek meg Ohm törvényének, az ellenállás értéke az elektromos tér erősségétől függ, ami azt jelenti, hogy ha az elektromos tér nagysága változik, akkor az R-érték is változik.
A fémvezető ellenállása a hőmérséklettől függ. Ha a fém hőmérséklete növekszik, a fém ellenállása is növekszik, míg ha a fém hőmérséklete csökken, a fém ellenállása csökken. A hőmérséklet emelkedésével az atomok gyorsabban mozognak és szabálytalanul rendeződnek el, így blokkolják az elektronok mozgását, ami az elektronok áramlásának lassulásához vezet. Amikor a hőmérséklet csökken, az atomok lassabban mozognak és szabályosabb elrendeződéssel rendelkeznek, így az elektronok áramlása simább.
Az ellenállás ellentéte a vezetőképesség. Matematikailag az ellenállás és a vezetőképesség közötti kapcsolatot a következő egyenlet fejezi ki:
σ = 1/ ρ
σ = a vezető vezetőképessége, ρ = fajlagos ellenállás.
Az ellenállás mértékegysége Ωm, így a vezetőképesség mértékegysége 1 / Ωm = (Ωm) -1.
A legnagyobb vezetőképességgel az elektromos vezető rendelkezik, míg a legkisebb vezetőképességgel egy elektromos szigetelő vagy egy rossz vezető. Minél jobban vezeti egy vezető az elektromos áramot, annál nagyobb a vezető vezetőképessége. A legnagyobb vezetőképességű fémvezetők sorrendje a legkisebbig az ezüst, réz, arany, alumínium, acél és ón. Tehát arra a következtetésre juthatunk, hogy egy tárgy vezetőképességének értéke kifejezi a tárgy elektromos áram vezetésére való képességének mértékét. Az ezüst nagy vezetőképességgel rendelkezik, de drága, ezért a rezet szélesebb körben használják elektromos vezetőként.
