Artikel over soortelijke weerstand
Wat betreft elektrische stroom, is de stroomdichtheid besproken, evenals het elektrische veld, dat in het betreffende hoofdstuk is uitgelegd. Een elektrisch veld en elektrische stroom zijn aanwezig in een geleider als er een potentiaalverschil in de geleider bestaat. Als er geen potentiaalverschil is, zijn er ook geen elektrisch veld en geen elektrische stroom.
In vrijwel alle metalen geleiders is het elektrische veld recht evenredig met de stroomdichtheid, waarbij de verhouding tussen het elektrische veld en de stroomdichtheid constant is. De waarde van de verhouding tussen het elektrische veld en de stroomdichtheid wordt soortelijke weerstand genoemd. Mathematisch gezien wordt de relatie tussen het elektrische veld, de stroomdichtheid en de soortelijke weerstand weergegeven in de volgende vergelijking:
ρ = E / J
ρ = soortelijke weerstand, E = elektrisch veld , J = stroomdichtheid
Een van de formules voor het elektrische veld is E = V/d, waarbij V = elektrisch potentiaalverschil (spanning) en d = afstand. De eenheid van het elektrische veld is dus Volt/meter (V/m). De formule voor de stroomdichtheid is J = I/A, waarbij I = elektrische stroom en A = dwarsdoorsnede van de geleider. De eenheid van de stroomdichtheid is dus Ampère/meter kwadraat (A/m² ) . De formule voor de soortelijke weerstand is ρ = E/J, waarbij de eenheid van de soortelijke weerstand V/m is: A/m² = V/m x m² / A = V/A (m) = Ωm (oftewel ohmmeter). Ω = Volt / Ampère is de eenheid van elektrische weerstand.
De hoogste soortelijke weerstand wordt aangetroffen bij elektrische isolatoren, terwijl een goede elektrische geleider de laagste soortelijke weerstand heeft. Hoe beter een geleider een elektrische stroom geleidt, hoe lager de weerstand van dat type geleider. De volgorde van metalen geleiders met de hoogste naar de laagste soortelijke weerstand is tin, staal, aluminium, goud, koper, zilver. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de soortelijke weerstand van een object een maat is voor het vermogen van dat object om een elektrische stroom te geleiden.
Een goede geleider die voldoet aan de wet van Ohm, heeft bij een bepaalde temperatuur een weerstandswaarde die onafhankelijk is van het elektrische veld. Dit betekent dat de weerstandswaarde niet verandert als het elektrische veld verandert. Omgekeerd geldt voor geleiders die niet voldoen aan de wet van Ohm dat de weerstandswaarde wel afhankelijk is van het elektrische veld. Dit betekent dat de weerstandswaarde verandert als de sterkte van het elektrische veld verandert.
De soortelijke weerstand van een metalen geleider is afhankelijk van de temperatuur. Als de temperatuur van het metaal stijgt, neemt de soortelijke weerstand toe, terwijl deze afneemt als de temperatuur daalt. Bij een hogere temperatuur bewegen de atomen sneller en raken ze onregelmatig georiënteerd, waardoor ze de beweging van elektronen belemmeren en de elektronenstroom vertraagt. Bij een lagere temperatuur bewegen de atomen langzamer en raken ze regelmatiger georiënteerd, waardoor de elektronenstroom soepeler verloopt.
Het tegenovergestelde van soortelijke weerstand is geleidbaarheid. Mathematisch gezien wordt de relatie tussen soortelijke weerstand en geleidbaarheid weergegeven door de volgende vergelijking:
σ = 1/ ρ
σ = geleidbaarheid van de geleider, ρ = soortelijke weerstand.
De eenheid van soortelijke weerstand is Ωm, dus de eenheid van geleidbaarheid is 1 / Ωm = (Ωm) -1
De hoogste geleidbaarheidswaarde wordt toegeschreven aan een elektrische geleider, terwijl de laagste geleidbaarheidswaarde wordt toegeschreven aan een elektrische isolator of een slechte geleider van elektriciteit. Hoe beter een geleider een elektrische stroom geleidt, hoe hoger de geleidbaarheid van de geleider. De volgorde van metalen geleiders met de hoogste naar de laagste geleidbaarheid is zilver, koper, goud, aluminium, staal, tin. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de geleidbaarheidswaarde van een object de mate aangeeft waarin het object een elektrische stroom kan geleiden. Zilver heeft een hoge geleidbaarheid, maar is duur, waardoor koper vaker wordt gebruikt als elektrische geleider.
