Oporność

Artykuł o rezystywności

W odniesieniu do prądu elektrycznego omówiono gęstość prądu elektrycznego, a także wyjaśniono pole elektryczne w temacie dotyczącym pola elektrycznego. Pole elektryczne i prąd elektryczny występują w przewodniku, jeśli występuje różnica potencjałów, natomiast jeśli nie ma różnicy potencjałów, to również nie ma pola elektrycznego ani prądu elektrycznego.

W niemal wszystkich przewodnikach metalowych pole elektryczne jest wprost proporcjonalne do gęstości prądu elektrycznego, gdzie stosunek pola elektrycznego do gęstości prądu elektrycznego jest stały. Wartość będąca wynikiem porównania pola elektrycznego z gęstością prądu nazywana jest rezystywnością. Z matematycznego punktu widzenia, zależność między polem elektrycznym, gęstością prądu i rezystywnością wyraża się w następującym równaniu:

ρ = E / J

ρ = rezystywność, E = pole elektryczne, J = aktualne gęstość

Jednym ze wzorów na natężenie pola elektrycznego jest E = V/d, gdzie V = różnica potencjałów elektrycznych = napięcie elektryczne, a d = odległość, więc jednostką natężenia pola elektrycznego jest wolt/metr (V/m). Wzór na gęstość prądu to J = I/A, gdzie I = natężenie prądu elektrycznego, a A = pole przekroju poprzecznego przewodnika, więc jednostką gęstości prądu jest amper/metr kwadratowy (A/m).²). Równanie rezystywności to ρ = E/J, więc jednostka rezystywności wynosi V/m : A/m² = V/m x m² / A = V/A (m) = Ω m (czytaj: omomierz). Ω = Wolt / Amper jest jednostką oporu elektrycznego.

Największą wartość rezystywności mają izolatory elektryczne, a najmniejszą – dobre przewodniki elektryczne. Im lepszy przewodnik dostarcza prąd elektryczny, tym mniejszy opór ma dany typ przewodnika. Kolejność przewodników metalowych o największej i najmniejszej rezystywności to cyna, stal, aluminium, złoto, miedź i srebro. Można zatem wnioskować, że wartość rezystancji obiektu stanowi miarę jego zdolności do hamowania przepływu prądu elektrycznego.

W przypadku dobrego przewodnika, spełniającego prawo Ohma, w określonej temperaturze wartość rezystywności nie zależy od pola elektrycznego, co oznacza, że ​​zmiana pola elektrycznego nie powoduje zmiany wartości rezystywności. Natomiast w przypadku przewodników, które nie spełniają prawa Ohma, wartość rezystywności zależy od pola elektrycznego, co oznacza, że ​​zmiana natężenia pola elektrycznego powoduje również zmianę wartości R.

Rezystywność przewodnika metalowego zależy od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury metalu, rezystywność metalu wzrasta, natomiast wraz ze spadkiem temperatury metalu, rezystywność metalu maleje. Wraz ze wzrostem temperatury atomy poruszają się szybciej i są nieregularnie ułożone, blokując ruch elektronów, co powoduje spowolnienie przepływu elektronów. Wraz ze spadkiem temperatury atomy poruszają się wolniej i są bardziej regularne, co zapewnia płynniejszy przepływ elektronów.

Przeciwieństwem rezystywności jest przewodnictwo. Z matematycznego punktu widzenia, zależność między rezystywnością a przewodnością wyraża się równaniem:

σ = 1 /ρ

σ = przewodność przewodnika, ρ = rezystywność.

Jednostką rezystywności jest Ωm, więc jednostką przewodności jest 1 / Ωm = (Ωm)^-1

Największą wartość przewodnictwa ma przewodnik elektryczny, a najmniejszą izolator elektryczny lub zły przewodnik prądu. Im lepszy przewodnik dostarcza prąd elektryczny, tym większa jest jego przewodność. Kolejność metali o największej i najmniejszej przewodności to srebro, miedź, złoto, aluminium, stal i cyna. Można zatem wnioskować, że wartość przewodnictwa obiektu wyraża jego zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego. Srebro ma dużą przewodność, ale jest drogie, dlatego miedź jest szerzej stosowana jako przewodnik prądu elektrycznego.