ความต้านทาน

บทความเกี่ยวกับค่าความต้านทาน

ในส่วนของกระแสไฟฟ้า ได้มีการกล่าวถึงความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าไปแล้ว รวมถึงสนามไฟฟ้าด้วย สนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนำก็ต่อเมื่อมีความต่างศักย์ในตัวนำนั้น ส่วนถ้าไม่มีความต่างศักย์ ก็จะไม่มีสนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเช่นกัน

ในตัวนำโลหะเกือบทั้งหมด สนามไฟฟ้าจะแปรผันตรงกับความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า โดยที่อัตราส่วนของสนามไฟฟ้าต่อความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าจะมีค่าคงที่ ค่าที่ได้จากการเปรียบเทียบสนามไฟฟ้ากับความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าเรียกว่าค่าความต้านทานจำเพาะ ในทางคณิตศาสตร์ ความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้า ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า และความต้านทานจำเพาะ สามารถแสดงได้ด้วยสมการ:

ρ = E / J

ρ = ความต้านทานจำเพาะ, E = สนามไฟฟ้า , J = ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า

หนึ่งในสูตรของสนามไฟฟ้าคือ E = V/d โดยที่ V = ความต่างศักย์ไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้า และ d = ระยะทาง ดังนั้นหน่วยของสนามไฟฟ้าคือ โวลต์/เมตร (V/m) สูตรของความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าคือ J = I/A โดยที่ I = กระแสไฟฟ้า และ A = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ดังนั้นหน่วยของความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าคือ แอมแปร์/ตารางเมตร (A/m² ⁾สมการของความต้านทานจำเพาะคือ ρ = E/J ดังนั้นหน่วยของความต้านทานจำเพาะคือ V/m: A/m² ⁼ V/m x ^m² / A = V/A (m) = โอห์มเมตร (Ω = โวลต์ / แอมแปร์ ) ซึ่งเป็นหน่วยของความต้านทานไฟฟ้า

ค่าความต้านทานจำเพาะสูงสุดพบได้ในฉนวนไฟฟ้า ในขณะที่ค่าความต้านทานจำเพาะต่ำสุดพบได้ในตัวนำไฟฟ้าที่ดี ยิ่งตัวนำไฟฟ้าสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ดีเท่าไร ค่าความต้านทานของตัวนำนั้นก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ลำดับของตัวนำโลหะที่มีค่าความต้านทานจำเพาะมากที่สุดไปน้อยที่สุดคือ ดีบุก เหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง เงิน ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า ค่าความต้านทานของวัตถุบ่งบอกถึงความสามารถของวัตถุนั้นในการต้านทานกระแสไฟฟ้า

สำหรับตัวนำที่ดีและเป็นไปตามกฎของโอห์ม ที่อุณหภูมิหนึ่ง ค่าความต้านทานจะไม่ขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้า นั่นหมายความว่าหากสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ค่าความต้านทานจะไม่เปลี่ยนแปลง ในทางกลับกัน สำหรับตัวนำที่ไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม ค่าความต้านทานจะขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้า นั่นหมายความว่าหากขนาดของสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ค่าความต้านทานก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย

ความต้านทานจำเพาะของตัวนำโลหะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ หากอุณหภูมิของโลหะเพิ่มขึ้น ความต้านทานจำเพาะก็จะเพิ่มขึ้น ในขณะที่หากอุณหภูมิของโลหะลดลง ความต้านทานจำเพาะก็จะลดลง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อะตอมจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ ทำให้ขัดขวางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ส่งผลให้การไหลของอิเล็กตรอนช้าลง เมื่ออุณหภูมิลดลง อะตอมจะเคลื่อนที่ช้าลงและเรียงตัวเป็นระเบียบมากขึ้น ทำให้การไหลของอิเล็กตรอนราบรื่นขึ้น

ค่าตรงข้ามของความต้านทานจำเพาะคือค่าการนำไฟฟ้า ในทางคณิตศาสตร์ ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานจำเพาะและค่าการนำไฟฟ้าแสดงได้ด้วยสมการ:

σ = 1/ ρ

σ = ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำ, ρ = ค่าความต้านทานจำเพาะ

หน่วยของความต้านทานจำเพาะคือ Ωm ดังนั้นหน่วยของการนำไฟฟ้าคือ 1 / Ωm = (Ωm) ^-1

ตัวนำไฟฟ้าจะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุด ในขณะที่ฉนวนไฟฟ้าหรือตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีจะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำที่สุด ยิ่งตัวนำไฟฟ้าสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ดีเท่าไร ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำนั้นก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ลำดับของตัวนำโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุดไปจนถึงต่ำที่สุดคือ เงิน ทองแดง ทองคำ อลูมิเนียม เหล็ก และดีบุก ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า ค่าการนำไฟฟ้าของวัตถุแสดงถึงความสามารถของวัตถุนั้นในการนำกระแสไฟฟ้า เงินมีค่าการนำไฟฟ้าสูงแต่มีราคาแพง ดังนั้นทองแดงจึงถูกนำมาใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าอย่างแพร่หลายมากกว่า