Tembaga adalah salah satu bahan kawat yang paling umum. Resistansi listriknya adalah yang terendah dari logam yang terjangkau. Ini kurang hanya dalam logam mulia (perak dan emas) dan tergantung pada berbagai faktor.

Apa itu arus listrik

Pada kutub yang berbeda dari baterai atau sumber arus lainnya, ada pembawa muatan listrik yang berlawanan. Jika mereka terhubung ke konduktor, pembawa muatan mulai bergerak dari satu kutub sumber tegangan ke kutub lainnya. Pembawa ini dalam cairan adalah ion, dan dalam logam mereka adalah elektron bebas.

Definisi. Arus listrik adalah gerakan terarah dari partikel bermuatan.

Resistivitas

Resistivitas listrik adalah besaran yang menentukan hambatan listrik dari sampel bahan referensi. Huruf Yunani "r" digunakan untuk menunjukkan nilai ini. Rumus untuk perhitungan:

p=(R*S)/ aku.

Nilai ini diukur dalam Ohm*m. Anda dapat menemukannya di buku referensi, di tabel resistivitas atau di Internet.

Elektron bebas bergerak melalui logam di dalam kisi kristal. Tiga faktor yang mempengaruhi resistensi terhadap gerakan ini dan resistivitas konduktor:

• Bahan. Logam yang berbeda memiliki kerapatan atom dan jumlah elektron bebas yang berbeda;
• kotoran. Dalam logam murni, kisi kristal lebih teratur, sehingga resistansi lebih rendah daripada paduan;
• Suhu. Atom tidak duduk diam di tempatnya, tetapi berosilasi. Semakin tinggi suhu, semakin besar amplitudo osilasi, yang mengganggu pergerakan elektron, dan semakin tinggi resistansi.

Pada gambar berikut, Anda dapat melihat tabel resistivitas logam.

Menarik. Ada paduan yang hambatan listriknya turun saat dipanaskan atau tidak berubah.

Konduktivitas dan hambatan listrik

Karena dimensi kabel diukur dalam meter (panjang) dan mm² (bagian), resistivitas listrik memiliki dimensi Ohm mm² / m. Mengetahui dimensi kabel, resistansi dihitung dengan rumus:

R=(p* aku)/S.

Selain hambatan listrik, beberapa rumus menggunakan konsep "konduktivitas". Ini adalah kebalikan dari perlawanan. Ini ditunjuk "g" dan dihitung dengan rumus:

Konduktivitas cairan

Konduktivitas cairan berbeda dari konduktivitas logam. Pembawa muatan di dalamnya adalah ion. Jumlah dan konduktivitas listriknya meningkat saat dipanaskan, sehingga kekuatan boiler elektroda meningkat beberapa kali saat dipanaskan dari 20 hingga 100 derajat.

Menarik. Air suling adalah isolator. Konduktivitas diberikan kepadanya oleh pengotor terlarut.

Hambatan listrik kabel

Bahan kawat yang paling umum adalah tembaga dan aluminium. Resistansi aluminium lebih tinggi, tetapi lebih murah daripada tembaga. Resistansi spesifik tembaga lebih rendah, sehingga ukuran kawat dapat dipilih lebih kecil. Selain itu, lebih kuat, dan kabel terdampar fleksibel terbuat dari logam ini.

Tabel berikut menunjukkan resistivitas listrik logam pada 20 derajat. Untuk menentukannya pada suhu lain, nilai dari tabel harus dikalikan dengan faktor koreksi yang berbeda untuk setiap logam. Anda dapat mengetahui koefisien ini dari buku referensi yang relevan atau menggunakan kalkulator online.

Pemilihan bagian kabel

Karena kawat memiliki hambatan, ketika arus listrik melewatinya, panas dihasilkan dan terjadi penurunan tegangan. Kedua faktor ini harus diperhitungkan saat memilih ukuran kabel.

Seleksi sesuai dengan pemanasan yang diizinkan

Ketika arus mengalir melalui kawat, energi dilepaskan. Kuantitasnya dapat dihitung dengan rumus daya listrik:

Pada kawat tembaga dengan penampang 2.5mm² dan panjang 10 meter R=10*0.0074=0.074Ohm. Pada arus 30A, P \u003d 30² * 0,074 \u003d 66W.

Daya ini memanaskan konduktor dan kabel itu sendiri. Suhu yang memanas tergantung pada kondisi peletakan, jumlah inti dalam kabel dan faktor lainnya, dan suhu yang diizinkan tergantung pada bahan insulasi. Tembaga memiliki konduktivitas yang lebih tinggi, sehingga output daya dan penampang yang dibutuhkan lebih sedikit. Itu ditentukan oleh tabel khusus atau menggunakan kalkulator online.

Kerugian tegangan yang diizinkan

Selain pemanasan, ketika arus listrik melewati kabel, tegangan di dekat beban berkurang. Nilai ini dapat dihitung menggunakan hukum Ohm:

Referensi. Menurut norma PUE, itu tidak boleh lebih dari 5% atau dalam jaringan 220V - tidak lebih dari 11V.

Oleh karena itu, semakin panjang kabel, semakin besar penampangnya. Anda dapat menentukannya dari tabel atau menggunakan kalkulator online. Berbeda dengan pemilihan bagian sesuai dengan pemanasan yang diijinkan, kehilangan tegangan tidak tergantung pada kondisi paking dan bahan insulasi.

Dalam jaringan 220V, tegangan disuplai melalui dua kabel: fase dan nol, sehingga perhitungan dibuat untuk menggandakan panjang kabel. Pada kabel dari contoh sebelumnya, itu akan menjadi U=I*R=30A*2*0.074Ω=4.44V. Ini tidak banyak, tetapi dengan panjang 25 meter ternyata 11.1V - nilai maksimum yang diijinkan, Anda harus meningkatkan penampang.

Tahanan listrik dari logam lain

Selain tembaga dan aluminium, logam dan paduan lainnya digunakan dalam teknik elektro:

• Besi. Resistansi spesifik baja lebih tinggi, tetapi lebih kuat dari tembaga dan aluminium. Konduktor baja dijalin menjadi kabel yang dimaksudkan untuk diletakkan di udara. Resistansi besi terlalu tinggi untuk transmisi listrik, oleh karena itu, saat menghitung penampang, inti tidak diperhitungkan. Selain itu, lebih tahan api, dan timah dibuat darinya untuk menghubungkan pemanas di tungku listrik berdaya tinggi;
• Nichrome (paduan nikel dan krom) dan Fechral (besi, krom dan aluminium). Mereka memiliki konduktivitas dan refraktori yang rendah. Resistor dan pemanas wirewound terbuat dari paduan ini;
• tungsten. Tahanan listriknya tinggi, tetapi merupakan logam tahan api (3422 °C). Ini digunakan untuk membuat filamen pada lampu listrik dan elektroda untuk pengelasan busur argon;
• Constantan dan manganin (tembaga, nikel dan mangan). Resistivitas konduktor ini tidak berubah dengan perubahan suhu. Mereka digunakan dalam perangkat klaim untuk pembuatan resistor;
• Logam mulia - emas dan perak. Mereka memiliki konduktivitas tertinggi, tetapi karena harganya yang tinggi, penggunaannya terbatas.

Reaktansi induktif

Rumus untuk menghitung konduktivitas kabel hanya berlaku di jaringan DC atau di konduktor lurus pada frekuensi rendah. Dalam kumparan dan jaringan frekuensi tinggi, resistansi induktif muncul berkali-kali lebih tinggi dari biasanya. Selain itu, arus frekuensi tinggi hanya merambat di atas permukaan kawat. Oleh karena itu, terkadang dilapisi dengan lapisan tipis perak atau digunakan kawat litz.

Pengalaman telah menunjukkan bahwa perlawanan R konduktor logam berbanding lurus dengan panjangnya L dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya TETAPI:

R = ρ L/ TETAPI (26.4)

dimana koefisien ρ disebut resistivitas dan berfungsi sebagai karakteristik zat dari mana konduktor dibuat. Ini adalah akal sehat: resistansi kawat tebal harus lebih kecil daripada kawat tipis, karena elektron dapat bergerak di area yang lebih luas di kawat tebal. Dan kita dapat mengharapkan peningkatan resistansi dengan peningkatan panjang konduktor, karena jumlah hambatan di jalur aliran elektron meningkat.

Nilai-nilai khas ρ untuk bahan yang berbeda diberikan di kolom pertama Tabel. 26.2. (Nilai sebenarnya dapat bervariasi tergantung pada kemurnian, perlakuan panas, suhu, dan faktor lainnya.)

Tabel 26.2. Resistivitas dan koefisien temperatur resistansi (TCR) (pada 20 °C)
Zat	ρ , ohm m	terima kasih α ,°C -1
konduktor
Perak	1.59 10 -8	0,0061
Tembaga	1,68 10 -8	0,0068
Aluminium	2.65 10 -8	0,00429
tungsten	5.6 10 -8	0,0045
Besi	9,71 10 -8	0,00651
Platinum	10.6 10 -8	0,003927
Air raksa	98 10 -8	0,0009
Nichrome (paduan Ni, Fe, Cr)	100 10 -8	0,0004
Semikonduktor 1)
Karbon (grafit)	(3-60) 10 -5	-0,0005
Germanium	(1-500) 10 -5	-0,05
silikon	0,1 - 60	-0,07
Dielektrik
Kaca	10 9 - 10 12
karet keras	10 13 - 10 15
1) Nilai aktual sangat bergantung pada keberadaan bahkan sejumlah kecil pengotor.

Perak memiliki resistivitas terendah dan dengan demikian merupakan konduktor terbaik; Namun, itu mahal. Tembaga sedikit lebih rendah dari perak; jelas mengapa kabel paling sering terbuat dari tembaga.

Resistansi spesifik aluminium lebih tinggi daripada tembaga, tetapi memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah, dan dalam beberapa kasus lebih disukai (misalnya, di saluran listrik), karena resistansi kabel aluminium dengan massa yang sama kurang dari itu. dari tembaga. Kebalikan dari resistivitas sering digunakan:

σ = 1/ρ (26.5)

σ disebut konduktivitas spesifik. Konduktivitas diukur dalam satuan (Ohm m) -1 .

Resistivitas suatu zat tergantung pada suhu. Umumnya, ketahanan logam meningkat dengan suhu. Ini seharusnya tidak mengejutkan: ketika suhu naik, atom-atom bergerak lebih cepat, susunannya menjadi kurang teratur, dan mereka diharapkan lebih banyak mengganggu aliran elektron. Dalam rentang suhu yang sempit, resistivitas logam meningkat hampir secara linier dengan suhu:

di mana T- resistivitas pada suhu T, ρ 0 - resistivitas pada suhu standar T 0, dan α - koefisien suhu resistansi (TCR). Nilai a diberikan dalam Tabel. 26.2. Perhatikan bahwa untuk semikonduktor, TCR bisa negatif. Ini jelas, karena dengan meningkatnya suhu, jumlah elektron bebas meningkat dan mereka meningkatkan sifat konduktif zat. Dengan demikian, resistansi semikonduktor dapat menurun dengan meningkatnya suhu (walaupun tidak selalu).

Nilai a tergantung pada suhu, jadi Anda harus memperhatikan kisaran suhu di mana nilai ini berlaku (misalnya, menurut buku referensi besaran fisik). Jika rentang perubahan suhu lebar, maka linieritas akan dilanggar, dan alih-alih (26,6), ekspresi yang mengandung istilah yang bergantung pada derajat suhu kedua dan ketiga harus digunakan:

T = ρ 0 (1+T+ + T 2 + T 3),

dimana koefisien β dan γ biasanya sangat kecil (kami menempatkan T 0 = 0 °C), tetapi pada tinggi T kontribusi para anggota ini menjadi signifikan.

Pada suhu yang sangat rendah, resistivitas beberapa logam, serta paduan dan senyawa, turun ke nol dalam akurasi pengukuran modern. Properti ini disebut superkonduktivitas; pertama kali diamati oleh fisikawan Belanda Geike Kamer-ling-Onnes (1853-1926) pada tahun 1911 ketika merkuri didinginkan di bawah 4,2 K. Pada suhu ini, hambatan listrik merkuri tiba-tiba turun menjadi nol.

Superkonduktor masuk ke keadaan superkonduktor di bawah suhu transisi, yang biasanya beberapa derajat Kelvin (sedikit di atas nol mutlak). Arus listrik diamati pada cincin superkonduktor, yang praktis tidak melemah tanpa adanya tegangan selama beberapa tahun.

Dalam beberapa tahun terakhir, superkonduktivitas telah diselidiki secara intensif untuk menjelaskan mekanismenya dan menemukan bahan yang superkonduktif pada suhu yang lebih tinggi untuk mengurangi biaya dan ketidaknyamanan yang disebabkan oleh kebutuhan untuk mendinginkan hingga suhu yang sangat rendah. Teori superkonduktivitas pertama yang berhasil diciptakan oleh Bardeen, Cooper dan Schrieffer pada tahun 1957. Superkonduktor sudah digunakan dalam magnet besar, di mana medan magnet dihasilkan oleh arus listrik (lihat Bab 28), yang secara signifikan mengurangi konsumsi daya. Tentu saja, energi juga dikeluarkan untuk mempertahankan superkonduktor pada suhu rendah.

Komentar dan saran diterima dan dipersilakan!

Ketika suatu rangkaian listrik ditutup, pada terminal-terminal yang terdapat beda potensial, timbul arus listrik. Elektron bebas di bawah pengaruh gaya medan listrik bergerak di sepanjang konduktor. Dalam gerakannya, elektron bertabrakan dengan atom konduktor dan memberi mereka cadangan energi kinetiknya. Kecepatan pergerakan elektron terus berubah: ketika elektron bertabrakan dengan atom, molekul, dan elektron lain, ia berkurang, kemudian meningkat di bawah pengaruh medan listrik dan berkurang lagi dengan tumbukan baru. Akibatnya, aliran elektron yang seragam terbentuk dalam konduktor dengan kecepatan beberapa fraksi sentimeter per detik. Akibatnya, elektron yang melewati konduktor selalu menghadapi hambatan dari sisinya terhadap gerakannya. Ketika arus listrik melewati konduktor, yang terakhir memanas.

hambatan listrik

Hambatan listrik konduktor, yang ditunjukkan oleh huruf Latin r, adalah sifat suatu benda atau media untuk mengubah energi listrik menjadi energi panas ketika arus listrik melewatinya.

Dalam diagram, hambatan listrik ditunjukkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, sebuah.

Hambatan listrik variabel, yang berfungsi untuk mengubah arus dalam rangkaian, disebut reostat. Dalam diagram, rheostat ditunjuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, b. Secara umum, rheostat dibuat dari kawat dengan resistansi satu atau lain, yang dililitkan pada alas isolasi. Penggeser atau tuas rheostat ditempatkan pada posisi tertentu, sebagai akibatnya resistansi yang diinginkan dimasukkan ke dalam sirkuit.

Sebuah konduktor panjang dengan penampang kecil menciptakan resistensi yang tinggi terhadap arus. Konduktor pendek dengan penampang besar memiliki resistansi kecil terhadap arus.

Jika kita mengambil dua konduktor dari bahan yang berbeda, tetapi dengan panjang dan bagian yang sama, maka konduktor tersebut akan menghantarkan arus dengan cara yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa hambatan suatu penghantar tergantung dari bahan penghantar itu sendiri.

Temperatur suatu konduktor juga mempengaruhi resistansinya. Saat suhu naik, resistensi logam meningkat, dan resistensi cairan dan batubara menurun. Hanya beberapa paduan logam khusus (manganin, konstantan, nikel, dan lain-lain) yang hampir tidak mengubah ketahanannya dengan meningkatnya suhu.

Jadi, kita melihat bahwa hambatan listrik konduktor tergantung pada: 1) panjang konduktor, 2) penampang konduktor, 3) bahan konduktor, 4) suhu konduktor.

Satuan hambatan adalah satu ohm. Om sering dilambangkan dengan huruf kapital Yunani (omega). Jadi, alih-alih menulis "Hambatan konduktor adalah 15 ohm", Anda cukup menulis: r= 15.
1000 ohm disebut 1 kiloohm(1kΩ, atau 1kΩ),
1.000.000 ohm disebut 1 megaohm(1mgOhm, atau 1MΩ).

Saat membandingkan resistansi konduktor dari bahan yang berbeda, perlu untuk mengambil panjang dan bagian tertentu untuk setiap sampel. Kemudian kita akan dapat menilai bahan mana yang menghantarkan arus listrik lebih baik atau lebih buruk.

Video 1. Resistansi konduktor

Hambatan listrik spesifik

Hambatan dalam ohm dari sebuah penghantar yang panjangnya 1 m, dengan penampang 1 mm² disebut resistivitas dan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (ro).

Tabel 1 memberikan resistansi spesifik dari beberapa konduktor.

Tabel 1

Resistivitas berbagai konduktor

Tabel menunjukkan bahwa seutas kawat besi dengan panjang 1 m dan penampang 1 mm² memiliki hambatan 0,13 ohm. Untuk mendapatkan hambatan 1 ohm, Anda perlu mengambil 7,7 m kawat tersebut. Perak memiliki resistivitas terendah. Resistansi 1 ohm dapat diperoleh dengan mengambil 62,5 m kawat perak dengan penampang 1 mm². Perak adalah konduktor terbaik, tetapi harga perak menghalangi penggunaannya secara luas. Setelah perak di meja datang tembaga: 1 m kawat tembaga dengan penampang 1 mm² memiliki hambatan 0,0175 ohm. Untuk mendapatkan hambatan 1 ohm, Anda perlu mengambil 57 m dari kawat tersebut.

Murni secara kimia, diperoleh dengan pemurnian, tembaga telah digunakan secara luas dalam teknik listrik untuk pembuatan kabel, kabel, belitan mesin dan peralatan listrik. Aluminium dan besi juga banyak digunakan sebagai konduktor.

Hambatan suatu konduktor dapat ditentukan dengan rumus :

di mana r- resistansi konduktor dalam ohm; ρ - resistansi spesifik konduktor; aku adalah panjang konduktor dalam m; S– penampang konduktor dalam mm².

Contoh 1 Tentukan hambatan 200 m kawat besi dengan penampang 5 mm².

Contoh 2 Hitung hambatan 2 km kawat aluminium dengan penampang 2,5 mm².

Dari rumus resistansi, Anda dapat dengan mudah menentukan panjang, resistivitas, dan penampang konduktor.

Contoh 3 Untuk penerima radio, perlu untuk melilitkan resistansi 30 ohm dari kawat nikel dengan penampang 0,21 mm². Tentukan panjang kawat yang dibutuhkan.

Contoh 4 Tentukan penampang kawat nikrom 20 m jika hambatannya 25 ohm.

Contoh 5 Sebuah kawat dengan penampang 0,5 mm² dan panjang 40 m memiliki hambatan 16 ohm. Tentukan bahan kawat.

Bahan konduktor mencirikan resistivitasnya.

Menurut tabel resistivitas, kami menemukan bahwa timah memiliki resistansi seperti itu.

Dinyatakan di atas bahwa resistansi konduktor tergantung pada suhu. Mari lakukan percobaan berikut. Kami melilitkan beberapa meter kawat logam tipis dalam bentuk spiral dan mengubah spiral ini menjadi sirkuit baterai. Untuk mengukur arus dalam rangkaian, nyalakan ammeter. Saat memanaskan spiral dalam nyala kompor, Anda dapat melihat bahwa pembacaan ammeter akan berkurang. Ini menunjukkan bahwa resistansi kawat logam meningkat dengan pemanasan.

Untuk beberapa logam, ketika dipanaskan hingga 100 °, resistansi meningkat 40 - 50%. Ada paduan yang sedikit mengubah ketahanannya dengan panas. Beberapa paduan khusus hampir tidak mengubah resistansi dengan suhu. Resistansi konduktor logam meningkat dengan meningkatnya suhu, sebaliknya, resistansi elektrolit (konduktor cair), batubara dan beberapa padatan menurun.

Kemampuan logam untuk mengubah resistansinya dengan perubahan suhu digunakan untuk membuat termometer resistansi. Termometer semacam itu adalah luka kawat platinum pada bingkai mika. Dengan menempatkan termometer, misalnya, dalam tungku dan mengukur resistansi kawat platinum sebelum dan sesudah pemanasan, suhu di tungku dapat ditentukan.

Perubahan resistansi konduktor ketika dipanaskan, per 1 ohm dari resistansi awal dan suhu 1 °, disebut koefisien suhu resistansi dan dilambangkan dengan huruf .

Jika pada suhu t 0 hambatan konduktor adalah r 0, dan pada suhu t sama dengan r t, maka koefisien suhu resistansi

Catatan. Rumus ini hanya dapat dihitung dalam rentang suhu tertentu (sampai sekitar 200 °C).

Kami memberikan nilai koefisien suhu resistansi untuk beberapa logam (tabel 2).

Meja 2

Nilai koefisien suhu untuk beberapa logam

Dari rumus koefisien temperatur resistansi, kita tentukan r t:

r t = r 0 .

Contoh 6 Tentukan hambatan seutas kawat besi yang dipanaskan hingga 200°C jika hambatannya pada 0°C adalah 100 ohm.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.

Contoh 7 Sebuah termometer hambatan yang terbuat dari kawat platina dalam sebuah ruangan bersuhu 15°C memiliki hambatan 20 ohm. Termometer ditempatkan di tungku dan setelah beberapa saat resistansi diukur. Ternyata sama dengan 29,6 ohm. Tentukan suhu dalam oven.

konduktivitas listrik

Sampai sekarang, kita telah menganggap resistansi konduktor sebagai hambatan yang diberikan konduktor terhadap arus listrik. Namun, arus mengalir melalui konduktor. Oleh karena itu, selain hambatan (hambatan), penghantar juga mempunyai kemampuan untuk menghantarkan arus listrik, yaitu konduktivitas.

Semakin besar resistansi suatu konduktor, semakin kecil konduktivitasnya, semakin buruk konduktor tersebut menghantarkan arus listrik, dan, sebaliknya, semakin rendah resistansi suatu konduktor, semakin besar konduktivitas yang dimilikinya, semakin mudah arus melewati konduktor. Oleh karena itu, resistansi dan konduktivitas konduktor adalah besaran timbal balik.

Diketahui dari matematika bahwa kebalikan dari 5 adalah 1/5 dan, sebaliknya, kebalikan dari 1/7 adalah 7. Oleh karena itu, jika hambatan suatu penghantar dilambangkan dengan huruf r, maka konduktivitas didefinisikan sebagai 1/ r. Konduktivitas biasanya dilambangkan dengan huruf g.

Konduktivitas listrik diukur dalam (1/ohm) atau siemens.

Contoh 8 Resistansi penghantar adalah 20 ohm. Tentukan konduktivitasnya.

Jika sebuah r= 20 Ohm, maka

Contoh 9 Konduktivitas konduktor adalah 0,1 (1/ohm). Tentukan hambatannya

Jika g \u003d 0,1 (1 / Ohm), maka r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)

Arus listrik timbul sebagai akibat dari penutupan rangkaian dengan beda potensial pada terminal-terminalnya. Gaya medan bekerja pada elektron bebas dan mereka bergerak sepanjang konduktor. Selama perjalanan ini, elektron bertemu dengan atom dan mentransfer sebagian energinya yang terakumulasi. Akibatnya, kecepatan mereka berkurang. Namun, karena pengaruh medan listrik, momentumnya kembali meningkat. Dengan demikian, elektron terus-menerus mengalami hambatan, itulah sebabnya arus listrik memanas.

Properti suatu zat untuk mengubah listrik menjadi panas selama aksi arus adalah hambatan listrik dan dilambangkan sebagai R, satuannya adalah Ohm. Besarnya hambatan tergantung terutama pada kemampuan berbagai bahan untuk menghantarkan arus.
Untuk pertama kalinya, peneliti Jerman G. Ohm mengumumkan perlawanan.

Untuk mengetahui ketergantungan kekuatan arus pada resistansi, seorang fisikawan terkenal melakukan banyak eksperimen. Untuk eksperimen, ia menggunakan berbagai konduktor dan memperoleh berbagai indikator.
Hal pertama yang ditentukan G. Ohm adalah bahwa resistivitas tergantung pada panjang konduktor. Artinya, jika panjang penghantar bertambah, hambatannya juga bertambah. Akibatnya, hubungan ini ditentukan berbanding lurus.

Ketergantungan kedua adalah luas penampang. Itu bisa ditentukan oleh penampang konduktor. Luas bangun yang terbentuk pada potongan tersebut adalah luas penampang. Di sini hubungan berbanding terbalik. Artinya, semakin besar luas penampang, semakin rendah resistansi konduktor.

Dan yang ketiga, kuantitas penting, di mana resistansi bergantung, adalah materialnya. Sebagai hasil dari fakta bahwa Ohm menggunakan bahan yang berbeda dalam percobaan, ia menemukan sifat resistensi yang berbeda. Semua eksperimen dan indikator ini dirangkum dalam tabel di mana orang dapat melihat nilai yang berbeda dari resistansi spesifik berbagai zat.

Diketahui bahwa konduktor terbaik adalah logam. Logam apa yang merupakan konduktor terbaik? Tabel menunjukkan bahwa tembaga dan perak memiliki hambatan paling kecil. Tembaga lebih sering digunakan karena biayanya lebih rendah, sedangkan perak digunakan di perangkat yang paling penting dan kritis.

Zat dengan resistivitas tinggi dalam tabel tidak menghantarkan listrik dengan baik, yang berarti mereka bisa menjadi bahan isolasi yang sangat baik. Zat dengan sifat ini sebagian besar adalah porselen dan ebonit.

Pada umumnya resistivitas listrik merupakan faktor yang sangat penting, karena dengan menentukan indikatornya kita dapat mengetahui bahan penyusun penghantar tersebut. Untuk melakukan ini, perlu untuk mengukur luas penampang, mengetahui kekuatan arus menggunakan voltmeter dan ammeter, serta mengukur tegangan. Dengan demikian, kita akan mengetahui nilai resistivitas dan, dengan menggunakan tabel, kita dapat dengan mudah mencapai zat tersebut. Ternyata resistivitas itu seperti sidik jari suatu zat. Selain itu, resistivitas penting ketika merencanakan rangkaian listrik yang panjang: kita perlu mengetahui angka ini untuk mencapai keseimbangan antara panjang dan luas.

Ada rumus yang menentukan bahwa hambatannya adalah 1 ohm, jika pada tegangan 1V kuat arusnya adalah 1A. Artinya, resistansi satuan luas dan satuan panjang, terbuat dari zat tertentu, adalah resistivitas.

Juga harus dicatat bahwa indeks resistivitas secara langsung tergantung pada frekuensi zat. Artinya, apakah ia memiliki kotoran. Itu, penambahan hanya satu persen mangan meningkatkan ketahanan zat yang paling konduktif - tembaga, tiga kali lipat.

Tabel ini menunjukkan resistivitas listrik dari beberapa zat.

Bahan Sangat Konduktif

Tembaga
Seperti yang telah kami katakan, tembaga paling sering digunakan sebagai konduktor. Ini tidak hanya karena resistansinya yang rendah. Tembaga memiliki keunggulan kekuatan tinggi, ketahanan korosi, kemudahan penggunaan dan kemampuan mesin yang baik. Nilai tembaga yang baik adalah M0 dan M1. Di dalamnya, jumlah pengotor tidak melebihi 0,1%.

Tingginya biaya logam dan kelangkaan baru-baru ini mendorong produsen untuk menggunakan aluminium sebagai konduktor. Juga, paduan tembaga dengan berbagai logam digunakan.
Aluminium
Logam ini jauh lebih ringan dari tembaga, tetapi aluminium memiliki kapasitas panas dan titik leleh yang tinggi. Dalam hal ini, untuk membawanya ke keadaan cair, diperlukan lebih banyak energi daripada tembaga. Namun demikian, fakta kekurangan tembaga harus diperhitungkan.
Dalam produksi produk listrik, biasanya, aluminium grade A1 digunakan. Ini mengandung tidak lebih dari 0,5% kotoran. Dan logam dengan frekuensi tertinggi adalah aluminium grade AB0000.
Besi
Murahnya dan ketersediaan besi dibayangi oleh resistensi spesifiknya yang tinggi. Selain itu, cepat menimbulkan korosi. Untuk alasan ini, konduktor baja sering dilapisi dengan seng. Yang disebut bimetal banyak digunakan - ini adalah baja yang dilapisi dengan tembaga untuk perlindungan.
Sodium
Natrium juga merupakan bahan yang terjangkau dan menjanjikan, tetapi ketahanannya hampir tiga kali lipat dari tembaga. Selain itu, natrium logam memiliki aktivitas kimia yang tinggi, yang membuatnya perlu untuk menutupi konduktor semacam itu dengan perlindungan kedap udara. Itu juga harus melindungi konduktor dari kerusakan mekanis, karena natrium adalah bahan yang sangat lunak dan agak rapuh.

Superkonduktivitas
Tabel di bawah ini menunjukkan resistivitas zat pada suhu 20 derajat. Indikasi suhu tidak disengaja, karena resistivitas secara langsung tergantung pada indikator ini. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika dipanaskan, kecepatan atom juga meningkat, yang berarti bahwa kemungkinan pertemuan mereka dengan elektron juga akan meningkat.

Sangat menarik apa yang terjadi pada resistansi dalam kondisi pendinginan. Untuk pertama kalinya, perilaku atom pada suhu yang sangat rendah diperhatikan oleh G. Kamerling-Onnes pada tahun 1911. Dia mendinginkan kawat merkuri ke 4K dan menemukan resistansinya turun ke nol. Fisikawan menyebut perubahan indeks resistansi spesifik dari beberapa paduan dan logam di bawah kondisi suhu rendah sebagai superkonduktivitas.

Superkonduktor masuk ke keadaan superkonduktivitas ketika didinginkan, dan karakteristik optik dan strukturalnya tidak berubah. Penemuan utama adalah bahwa sifat listrik dan magnet logam dalam keadaan superkonduktor sangat berbeda dari sifat mereka sendiri dalam keadaan biasa, serta dari sifat logam lain, yang tidak dapat masuk ke keadaan ini ketika suhu diturunkan.
Penggunaan superkonduktor dilakukan terutama untuk memperoleh medan magnet superkuat, yang kekuatannya mencapai 107 A/m. Sistem saluran listrik superkonduktor juga sedang dikembangkan.

Bahan serupa.

Konsep hambatan listrik dan konduktivitas

Setiap benda yang dialiri arus listrik memiliki hambatan tertentu terhadapnya. Sifat bahan konduktor untuk mencegah lewatnya arus listrik melaluinya disebut hambatan listrik.

Teori elektronik menjelaskan esensi dari hambatan listrik konduktor logam dengan cara ini. Ketika bergerak di sepanjang konduktor, elektron bebas bertemu atom dan elektron lain berkali-kali dalam perjalanan mereka dan, berinteraksi dengan mereka, pasti kehilangan sebagian energinya. Elektron mengalami, seolah-olah, perlawanan terhadap gerakan mereka. Konduktor logam yang berbeda, memiliki struktur atom yang berbeda, memiliki hambatan yang berbeda terhadap arus listrik.

Persis sama menjelaskan hambatan konduktor cair dan gas terhadap aliran arus listrik. Namun, orang tidak boleh lupa bahwa dalam zat ini, bukan elektron, tetapi partikel molekul bermuatan yang menemui hambatan selama pergerakannya.

Resistansi ditunjukkan dengan huruf latin R atau r.

Ohm diambil sebagai satuan hambatan listrik.

Ohm adalah hambatan kolom air raksa setinggi 106,3 cm dengan penampang 1 mm2 pada suhu 0 °C.

Jika, misalnya, hambatan listrik konduktor adalah 4 ohm, maka ditulis sebagai berikut: R \u003d 4 ohm atau r \u003d 4 ohm.

Untuk mengukur resistansi nilai yang besar, unit yang disebut megohm diadopsi.

Satu meg sama dengan satu juta ohm.

Semakin besar hambatan konduktor, semakin buruk ia menghantarkan arus listrik, dan sebaliknya, semakin rendah hambatan konduktor, semakin mudah arus listrik melewati konduktor ini.

Oleh karena itu, untuk mengkarakterisasi konduktor (dalam hal aliran arus listrik yang melaluinya), seseorang dapat mempertimbangkan tidak hanya resistansi, tetapi juga kebalikan dari resistansi dan disebut konduktivitas.

konduktivitas listrik Kemampuan suatu bahan untuk melewatkan arus listrik melalui dirinya sendiri disebut.

Karena konduktivitas adalah kebalikan dari resistansi, itu dinyatakan sebagai 1 / R, konduktivitas dilambangkan dengan huruf Latin g.

Pengaruh bahan konduktor, dimensi dan suhu lingkungan terhadap nilai hambatan listrik

Resistansi berbagai konduktor tergantung pada bahan dari mana mereka dibuat. Untuk mengkarakterisasi hambatan listrik dari berbagai bahan, konsep yang disebut resistivitas telah diperkenalkan.

Resistivitas adalah hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 m dan dengan luas penampang 1 mm2. Resistivitas dilambangkan dengan huruf Yunani p. Setiap bahan dari mana konduktor dibuat memiliki resistivitasnya sendiri.

Misalnya, resistivitas tembaga adalah 0,017, yaitu, konduktor tembaga dengan panjang 1 m dan penampang 1 mm2 memiliki resistansi 0,017 ohm. Resistivitas aluminium adalah 0,03, resistivitas besi adalah 0,12, resistivitas konstantan adalah 0,48, resistivitas nichrome adalah 1-1,1.

Hambatan suatu penghantar berbanding lurus dengan panjangnya, yaitu semakin panjang penghantar, semakin besar hambatan listriknya.

Hambatan suatu penghantar berbanding terbalik dengan luas penampangnya, yaitu semakin tebal suatu penghantar, semakin kecil hambatannya, dan sebaliknya semakin tipis suatu penghantar, semakin besar hambatannya.

Untuk lebih memahami hubungan ini, bayangkan dua pasang pembuluh yang berkomunikasi, dengan satu pasang pembuluh memiliki tabung penghubung tipis dan yang lainnya memiliki tabung tebal. Jelas bahwa ketika salah satu bejana (masing-masing pasangan) diisi dengan air, transisinya ke bejana lain melalui tabung tebal akan terjadi jauh lebih cepat daripada melalui tabung tipis, yaitu, tabung tebal akan memberikan hambatan yang lebih kecil terhadap aliran air. air. Dengan cara yang sama, lebih mudah bagi arus listrik untuk melewati konduktor tebal daripada melalui yang tipis, yaitu, yang pertama menawarkan hambatan yang lebih kecil daripada yang kedua.

Hambatan listrik suatu konduktor sama dengan resistansi spesifik bahan dari mana konduktor ini dibuat, dikalikan dengan panjang konduktor dan dibagi dengan luas penampang konduktor:

R = R l / S,

Di mana - R - resistansi konduktor, ohm, l - panjang konduktor dalam m, S - luas penampang konduktor, mm 2.

Luas penampang konduktor bulat dihitung dengan rumus:

S = d 2 / 4

Dimana - nilai konstan sama dengan 3,14; d adalah diameter konduktor.

Jadi panjang konduktor ditentukan:

l = S R / p ,

Rumus ini memungkinkan untuk menentukan panjang konduktor, penampang dan resistivitasnya, jika jumlah lain yang termasuk dalam rumus diketahui.

Jika perlu untuk menentukan luas penampang konduktor, maka rumusnya direduksi menjadi bentuk berikut:

S = R l / R

Mengubah rumus yang sama dan menyelesaikan persamaan sehubungan dengan p, kami menemukan resistivitas konduktor:

R = R S / l

Rumus terakhir harus digunakan dalam kasus di mana resistansi dan dimensi konduktor diketahui, dan materialnya tidak diketahui dan, terlebih lagi, sulit ditentukan dengan penampilannya. Untuk melakukan ini, perlu untuk menentukan resistivitas konduktor dan, menggunakan tabel, menemukan bahan yang memiliki resistivitas seperti itu.

Alasan lain yang mempengaruhi resistansi konduktor adalah suhu.

Telah ditetapkan bahwa dengan meningkatnya suhu, resistansi konduktor logam meningkat, dan menurun dengan menurunnya. Kenaikan atau penurunan resistansi untuk konduktor logam murni ini hampir sama dan rata-rata 0,4% per 1°C. Hambatan konduktor cair dan batubara menurun dengan meningkatnya suhu.

Teori elektronik tentang struktur materi memberikan penjelasan berikut untuk peningkatan resistansi konduktor logam dengan peningkatan suhu. Ketika dipanaskan, konduktor menerima energi panas, yang mau tidak mau ditransfer ke semua atom zat, akibatnya intensitas gerakannya meningkat. Peningkatan pergerakan atom menciptakan lebih banyak resistensi terhadap pergerakan elektron bebas yang terarah, itulah sebabnya resistansi konduktor meningkat. Dengan penurunan suhu, kondisi yang lebih baik diciptakan untuk pergerakan elektron yang terarah, dan resistansi konduktor berkurang. Ini menjelaskan fenomena menarik - superkonduktivitas logam.

Superkonduktivitas, yaitu, penurunan resistansi logam menjadi nol, terjadi pada suhu negatif yang sangat besar - 273 ° C, yang disebut nol mutlak. Pada suhu nol mutlak, atom-atom logam tampak membeku di tempatnya, tanpa menghalangi pergerakan elektron sama sekali.