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, resistansi elektrolit (konduktor cair), batubara dan beberapa padatan, sebaliknya, 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 dalam 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 resistansi 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 memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus listrik, yaitu konduktivitas.

Semakin besar hambatan suatu konduktor, semakin kecil konduktivitasnya, semakin buruk ia menghantarkan arus listrik, dan, sebaliknya, semakin rendah resistansi suatu konduktor, semakin besar konduktivitasnya, 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)

Sebagian besar hukum fisika didasarkan pada eksperimen. Nama-nama para peneliti diabadikan dalam judul hukum-hukum ini. Salah satunya adalah Georg Ohm.

Eksperimen Georg Ohm

Dia menetapkan selama eksperimen tentang interaksi listrik dengan berbagai zat, termasuk logam, hubungan mendasar antara kerapatan, kekuatan medan listrik, dan sifat suatu zat, yang disebut "konduktivitas". Rumus yang sesuai dengan pola ini, yang disebut "Hukum Ohm" adalah sebagai berikut:

j= E , di mana

• j- kerapatan arus listrik;
• λ — konduktivitas spesifik, juga disebut sebagai "konduktivitas listrik";
• E- kekuatan medan listrik.

Dalam beberapa kasus, huruf lain dari alfabet Yunani digunakan untuk menunjukkan konduktivitas - σ . Konduktivitas spesifik tergantung pada beberapa parameter zat. Nilainya dipengaruhi oleh suhu, zat, tekanan, apakah itu gas, dan yang paling penting, struktur zat ini. Hukum Ohm hanya berlaku untuk zat homogen.

Untuk perhitungan yang lebih nyaman, kebalikan dari konduktivitas digunakan. Itu disebut "resistivitas", yang juga dikaitkan dengan sifat-sifat zat di mana arus listrik mengalir, dilambangkan dengan huruf Yunani ρ dan memiliki dimensi Ohm*m. Tetapi karena pembenaran teoretis yang berbeda berlaku untuk fenomena fisik yang berbeda, rumus alternatif dapat digunakan untuk resistivitas. Mereka adalah cerminan dari teori elektronik klasik logam, serta teori kuantum.

Rumus

Dalam hal yang membosankan ini, bagi pembaca biasa, rumus-rumus seperti konstanta Boltzmann, konstanta Avogadro, dan konstanta Planck muncul. Konstanta ini digunakan untuk perhitungan yang memperhitungkan jalur bebas elektron dalam konduktor, kecepatannya selama gerakan termal, tingkat ionisasi, konsentrasi dan kerapatan zat. Singkatnya, semuanya cukup sulit untuk non-spesialis. Agar tidak berdasar, selanjutnya Anda bisa berkenalan dengan bagaimana semuanya terlihat dalam kenyataan:

Fitur logam:

Karena pergerakan elektron tergantung pada homogenitas zat, arus dalam konduktor logam mengalir sesuai dengan strukturnya, yang mempengaruhi distribusi elektron dalam konduktor, dengan mempertimbangkan ketidakhomogenannya. Itu ditentukan tidak hanya oleh adanya inklusi pengotor, tetapi juga oleh cacat fisik - retakan, rongga, dll. Ketidakhomogenan konduktor meningkatkan resistivitasnya, yang ditentukan oleh aturan Matthiesen.

Aturan yang mudah dipahami ini, pada kenyataannya, mengatakan bahwa beberapa resistivitas terpisah dapat dibedakan dalam konduktor pembawa arus. Dan nilai yang dihasilkan akan menjadi jumlah mereka. Istilah akan resistivitas kisi kristal logam, kotoran dan cacat konduktor. Karena parameter ini tergantung pada sifat zat, keteraturan yang sesuai ditentukan untuk perhitungannya, termasuk untuk zat campuran.

Terlepas dari kenyataan bahwa paduan juga logam, mereka dianggap sebagai solusi dengan struktur kacau, dan untuk menghitung resistivitas itu penting logam mana yang termasuk dalam komposisi paduan. Pada dasarnya, sebagian besar paduan dua komponen yang bukan milik transisi dan logam tanah jarang termasuk dalam deskripsi hukum Nodheim.

Sebagai topik terpisah, resistivitas film tipis metalik dipertimbangkan. Fakta bahwa nilainya harus lebih besar daripada konduktor curah yang terbuat dari logam yang sama cukup logis untuk diasumsikan. Tetapi pada saat yang sama, formula empiris Fuchs khusus diperkenalkan untuk film, yang menggambarkan saling ketergantungan antara resistivitas dan ketebalan film. Ternyata dalam film, logam menunjukkan sifat semikonduktor.

Dan proses perpindahan muatan dipengaruhi oleh elektron yang bergerak searah dengan ketebalan film dan mengganggu pergerakan muatan “membujur”. Pada saat yang sama, mereka dipantulkan dari permukaan konduktor film, dan dengan demikian satu elektron berosilasi untuk waktu yang cukup lama di antara dua permukaannya. Faktor penting lainnya dalam meningkatkan resistivitas adalah suhu konduktor. Semakin tinggi suhu, semakin besar resistensi. Sebaliknya, semakin rendah suhu, semakin rendah resistensi.

Logam adalah zat dengan resistivitas terendah pada apa yang disebut suhu "kamar". Satu-satunya non-logam yang membenarkan penggunaannya sebagai konduktor adalah karbon. Grafit, yang merupakan salah satu varietasnya, banyak digunakan untuk membuat kontak geser. Ini memiliki kombinasi yang sangat sukses dari sifat-sifat seperti resistivitas dan koefisien gesekan geser. Oleh karena itu, grafit merupakan bahan yang sangat diperlukan untuk sikat motor dan kontak geser lainnya. Nilai resistivitas bahan utama yang digunakan untuk keperluan industri ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Superkonduktivitas

Pada suhu yang sesuai dengan pencairan gas, yaitu, hingga suhu helium cair, yaitu - 273 derajat Celcius, resistivitas menurun hampir sepenuhnya menghilang. Dan tidak hanya konduktor logam yang baik seperti perak, tembaga dan aluminium. Hampir semua logam. Dalam kondisi seperti itu, yang disebut superkonduktivitas, struktur logam tidak memiliki efek penghambatan pada pergerakan muatan di bawah aksi medan listrik. Oleh karena itu, merkuri dan sebagian besar logam menjadi superkonduktor.

Tetapi, ternyata, relatif baru-baru ini di tahun 80-an abad ke-20, beberapa jenis keramik juga memiliki kemampuan superkonduktivitas. Dan untuk ini Anda tidak perlu menggunakan helium cair. Bahan seperti itu disebut superkonduktor suhu tinggi. Namun, beberapa dekade telah berlalu, dan jangkauan konduktor suhu tinggi telah berkembang secara signifikan. Tetapi penggunaan massal elemen superkonduktor suhu tinggi seperti itu tidak diamati. Di beberapa negara, instalasi tunggal telah dibuat dengan penggantian konduktor tembaga konvensional dengan superkonduktor suhu tinggi. Untuk mempertahankan mode normal superkonduktivitas suhu tinggi, nitrogen cair diperlukan. Dan ini ternyata menjadi solusi teknis yang terlalu mahal.

Oleh karena itu, nilai resistivitas yang rendah, yang diberikan oleh Alam pada tembaga dan aluminium, masih menjadikannya bahan yang sangat diperlukan untuk pembuatan berbagai konduktor arus listrik.

Banyak yang telah mendengar tentang hukum Ohm, tetapi tidak semua orang tahu apa itu. Studi dimulai dengan kursus sekolah dalam fisika. Secara lebih rinci menyampaikan fakultas fisik dan elektrodinamika. Pengetahuan ini tidak mungkin berguna bagi orang awam biasa, tetapi itu perlu untuk pengembangan umum, dan untuk seseorang untuk profesi masa depan. Di sisi lain, pengetahuan dasar tentang listrik, strukturnya, fitur-fiturnya di rumah akan membantu memperingatkan diri sendiri terhadap masalah. Tidak heran hukum Ohm disebut hukum dasar kelistrikan. Tuan rumah perlu memiliki pengetahuan di bidang kelistrikan untuk mencegah terjadinya tegangan lebih yang dapat menyebabkan peningkatan beban dan kebakaran.

Konsep hambatan listrik

Hubungan antara kuantitas fisik dasar dari rangkaian listrik - resistansi, tegangan, kekuatan arus ditemukan oleh fisikawan Jerman Georg Simon Ohm.

Hambatan listrik suatu konduktor adalah nilai yang mencirikan hambatannya terhadap arus listrik. Dengan kata lain, bagian dari elektron di bawah aksi arus listrik pada konduktor meninggalkan tempatnya di kisi kristal dan pergi ke kutub positif konduktor. Beberapa elektron tetap berada di kisi, terus berputar di sekitar atom nukleus. Elektron dan atom ini membentuk hambatan listrik yang mencegah pergerakan partikel yang dilepaskan.

Proses di atas berlaku untuk semua logam, tetapi resistansi di dalamnya terjadi dengan cara yang berbeda. Ini karena perbedaan ukuran, bentuk, bahan yang terdiri dari konduktor. Dengan demikian, dimensi kisi kristal memiliki bentuk yang tidak sama untuk bahan yang berbeda, oleh karena itu, hambatan listrik terhadap pergerakan arus yang melaluinya tidak sama.

Dari konsep ini berikut definisi resistivitas suatu zat, yang merupakan indikator individu untuk setiap logam secara terpisah. Resistivitas listrik (ER) adalah kuantitas fisik yang dilambangkan dengan huruf Yunani dan dicirikan oleh kemampuan logam untuk mencegah aliran listrik melaluinya.

Tembaga adalah bahan utama untuk konduktor

Resistivitas suatu zat dihitung dengan rumus, dimana salah satu indikator penting adalah koefisien temperatur dari hambatan listrik. Tabel tersebut berisi nilai resistivitas tiga logam yang diketahui dalam kisaran suhu dari 0 hingga 100 °C.

Jika kita mengambil indeks resistivitas besi, sebagai salah satu bahan yang tersedia, sebesar 0,1 Ohm, maka diperlukan 10 meter untuk 1 Ohm. Perak memiliki hambatan listrik paling rendah, untuk indikatornya 1 Ohm, akan keluar 66,7 meter. Perbedaan yang signifikan, tetapi perak adalah logam mahal yang tidak banyak digunakan. Selanjutnya dari segi performa adalah tembaga, dimana 1 ohm membutuhkan 57,14 meter. Karena ketersediaannya, biayanya dibandingkan dengan perak, tembaga adalah salah satu bahan yang paling populer untuk digunakan dalam jaringan listrik. Resistivitas kawat tembaga yang rendah atau hambatan kawat tembaga memungkinkan untuk menggunakan konduktor tembaga di banyak cabang ilmu pengetahuan, teknologi, serta dalam keperluan industri dan rumah tangga.

Nilai resistivitas

Nilai resistivitas tidak konstan, itu berubah tergantung pada faktor-faktor berikut:

• Ukuran. Semakin besar diameter konduktor, semakin banyak elektron yang melewati dirinya sendiri. Oleh karena itu, semakin kecil ukurannya, semakin besar resistivitasnya.
• Panjang. Elektron melewati atom, jadi semakin panjang kawat, semakin banyak elektron yang harus melewatinya. Saat menghitung, perlu memperhitungkan panjang, ukuran kawat, karena semakin panjang, semakin tipis kawat, semakin besar resistivitasnya dan sebaliknya. Kegagalan dalam menghitung beban peralatan yang digunakan dapat menyebabkan kawat terlalu panas dan kebakaran.
• Suhu. Diketahui bahwa rezim suhu sangat penting pada perilaku zat dengan cara yang berbeda. Logam, tidak seperti yang lain, mengubah sifatnya pada suhu yang berbeda. Resistivitas tembaga secara langsung tergantung pada koefisien suhu resistansi tembaga dan meningkat ketika dipanaskan.
• Korosi. Pembentukan korosi secara signifikan meningkatkan beban. Hal ini terjadi karena pengaruh lingkungan, masuknya kelembaban, garam, kotoran, dll manifestasi. Disarankan untuk mengisolasi dan melindungi semua koneksi, terminal, lilitan, memasang perlindungan untuk peralatan luar ruangan, mengganti kabel, rakitan, rakitan yang rusak secara tepat waktu.

Perhitungan resistansi

Perhitungan dilakukan pada saat mendesain objek untuk berbagai keperluan dan kegunaan, karena penopang kehidupan masing-masing berasal dari listrik. Semuanya diperhitungkan, mulai dari perlengkapan pencahayaan hingga peralatan yang rumit secara teknis. Di rumah juga akan berguna untuk membuat perhitungan, terutama jika direncanakan untuk mengganti kabel. Untuk konstruksi perumahan pribadi, perlu untuk menghitung beban, jika tidak, pemasangan kabel listrik "kerajinan" dapat menyebabkan kebakaran.

Tujuan perhitungan adalah untuk menentukan resistansi total konduktor dari semua perangkat yang digunakan, dengan mempertimbangkan parameter teknisnya. Dihitung dengan rumus R=p*l/S , dimana:

R adalah hasil yang dihitung;

p adalah indeks resistivitas dari tabel;

l adalah panjang kawat (konduktor);

S adalah diameter bagian.

Satuan

Dalam sistem internasional satuan besaran fisik (SI), hambatan listrik diukur dalam Ohm (Ohm). Satuan pengukuran resistivitas menurut sistem SI sama dengan resistivitas suatu zat di mana konduktor terbuat dari satu bahan dengan panjang 1 m dengan penampang 1 sq. m.memiliki hambatan 1 ohm. Penggunaan 1 ohm / m sehubungan dengan logam yang berbeda ditunjukkan dengan jelas dalam tabel.

Signifikansi Resistivitas

Hubungan antara resistivitas dan konduktivitas dapat dilihat sebagai timbal balik. Semakin tinggi indeks satu konduktor, semakin rendah indeks yang lain dan sebaliknya. Oleh karena itu dalam menghitung daya hantar listrik digunakan perhitungan 1/r, karena bilangan yang berbanding lurus dengan X adalah 1/X dan sebaliknya. Indikator spesifik dilambangkan dengan huruf g.

Manfaat tembaga elektrolit

Resistivitas rendah (setelah perak) sebagai keuntungan, tembaga tidak terbatas. Ini memiliki sifat unik dalam karakteristiknya, yaitu plastisitas, kelenturan yang tinggi. Berkat kualitas ini, tembaga elektrolitik kemurnian tinggi diproduksi untuk produksi kabel yang digunakan dalam peralatan listrik, teknologi komputer, industri listrik dan industri otomotif.

Ketergantungan indeks resistansi pada suhu

Koefisien suhu adalah nilai yang sama dengan perubahan tegangan bagian dari rangkaian dan resistivitas logam sebagai akibat dari perubahan suhu. Kebanyakan logam cenderung meningkatkan resistivitas dengan meningkatnya suhu karena getaran termal dari kisi kristal. Koefisien suhu resistansi tembaga mempengaruhi resistansi spesifik kawat tembaga dan pada suhu dari 0 hingga 100 °C adalah 4,1 10−3(1/Kelvin). Untuk perak, indikator ini dalam kondisi yang sama memiliki nilai 3,8, dan untuk besi, 6,0. Ini sekali lagi membuktikan efektivitas penggunaan tembaga sebagai konduktor.

Zat dan bahan yang mampu menghantarkan arus listrik disebut konduktor. Sisanya diklasifikasikan sebagai dielektrik. Tetapi tidak ada dielektrik murni, semuanya juga menghantarkan arus, tetapi nilainya sangat kecil.

Tetapi konduktor menghantarkan arus secara berbeda. Menurut rumus George Ohm, arus yang mengalir melalui sebuah konduktor berbanding lurus dengan besarnya tegangan yang diberikan padanya, dan berbanding terbalik dengan besaran yang disebut hambatan.

Satuan pengukuran hambatan diberi nama Ohm untuk menghormati ilmuwan yang menemukan hubungan ini. Tetapi ternyata konduktor yang terbuat dari bahan yang berbeda dan memiliki dimensi geometris yang sama memiliki hambatan listrik yang berbeda. Untuk menentukan resistansi konduktor dengan panjang dan penampang yang diketahui, konsep resistivitas diperkenalkan - koefisien yang bergantung pada bahannya.

Akibatnya, resistansi konduktor yang diketahui panjang dan penampangnya akan sama dengan

Resistivitas tidak hanya berlaku untuk bahan padat, tetapi juga untuk cairan. Tetapi nilainya juga tergantung pada pengotor atau komponen lain dalam bahan sumber. Air murni tidak menghantarkan listrik, menjadi dielektrik. Tapi di alam tidak ada air suling, selalu mengandung garam, bakteri dan kotoran lainnya. Koktail ini adalah penghantar arus listrik dengan hambatan tertentu.

Dengan memasukkan berbagai aditif ke dalam logam, bahan baru diperoleh - paduan, yang resistivitasnya berbeda dari bahan aslinya, bahkan jika persentase penambahannya tidak signifikan.

Resistivitas versus suhu

Resistansi spesifik bahan diberikan dalam buku referensi untuk suhu yang mendekati suhu kamar (20 °C). Dengan meningkatnya suhu, resistensi material meningkat. Mengapa ini terjadi?

Arus listrik di dalam material dilakukan elektron bebas. Di bawah aksi medan listrik, mereka melepaskan diri dari atom mereka dan bergerak di antara mereka ke arah yang diberikan oleh medan ini. Atom-atom suatu zat membentuk kisi kristal, di antara simpul-simpul tempat aliran elektron bergerak, juga disebut "gas elektron". Di bawah pengaruh suhu, simpul kisi (atom) berosilasi. Elektron itu sendiri juga tidak bergerak dalam garis lurus, tetapi di sepanjang jalur yang rumit. Pada saat yang sama, mereka sering bertabrakan dengan atom, mengubah lintasan gerakan. Pada beberapa saat, elektron dapat bergerak ke arah yang berlawanan dengan arah arus listrik.

Dengan meningkatnya suhu, amplitudo getaran atom meningkat. Tabrakan elektron dengan mereka lebih sering terjadi, pergerakan aliran elektron melambat. Secara fisik, ini dinyatakan dalam peningkatan resistivitas.

Contoh penggunaan ketergantungan resistivitas pada suhu adalah pengoperasian lampu pijar. Filamen tungsten, dari mana filamen dibuat, memiliki resistivitas rendah pada saat dinyalakan. Lonjakan arus pada saat penyalaan dengan cepat memanaskannya, resistivitas meningkat, dan arus berkurang, menjadi nominal.

Proses yang sama terjadi dengan elemen pemanas nichrome. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk menghitung mode operasinya dengan menentukan panjang kawat nichrome dari penampang yang diketahui untuk menciptakan resistansi yang diperlukan. Untuk perhitungan, Anda memerlukan resistansi spesifik dari kawat yang dipanaskan, dan buku referensi memberikan nilai untuk suhu kamar. Oleh karena itu, panjang akhir heliks nichrome disesuaikan secara eksperimental. Perhitungan menentukan perkiraan panjang, dan saat pemasangan, utas secara bertahap dipersingkat bagian demi bagian.

Koefisien suhu resistansi

Tetapi tidak di semua perangkat, ketergantungan resistivitas konduktor pada suhu bermanfaat. Dalam teknologi pengukuran, perubahan resistansi elemen rangkaian menyebabkan kesalahan.

Untuk menentukan secara kuantitatif ketergantungan resistansi suatu material pada suhu, konsep ini diperkenalkan koefisien suhu resistansi (TCR). Ini menunjukkan seberapa besar hambatan suatu bahan berubah ketika suhu berubah 1 ° C.

Untuk pembuatan komponen elektronik - resistor yang digunakan di sirkuit peralatan pengukur, bahan dengan TCR rendah digunakan. Mereka lebih mahal, tetapi parameter perangkat tidak berubah pada berbagai suhu sekitar.

Tetapi sifat bahan dengan TCR tinggi juga digunakan. Pengoperasian beberapa sensor suhu didasarkan pada perubahan resistansi bahan dari mana elemen pengukur dibuat. Untuk melakukan ini, Anda perlu mempertahankan tegangan suplai yang stabil dan mengukur arus yang melewati elemen. Dengan mengkalibrasi skala perangkat yang mengukur arus, menurut termometer referensi, pengukur suhu elektronik diperoleh. Prinsip ini digunakan tidak hanya untuk pengukuran, tetapi juga untuk sensor yang terlalu panas. Memutuskan sambungan perangkat jika terjadi mode operasi yang tidak normal, yang menyebabkan terlalu panasnya belitan transformator atau elemen semikonduktor daya.

Digunakan dalam teknik elektro dan elemen yang mengubah resistansinya bukan dari suhu sekitar, tetapi dari arus yang melaluinya - termistor. Contoh penggunaannya adalah sistem untuk degaussing tabung sinar katoda TV dan monitor. Ketika tegangan diterapkan, resistansi resistor minimal, arus yang melewatinya masuk ke koil demagnetisasi. Tetapi arus yang sama memanaskan bahan termistor. Resistansinya meningkat, mengurangi arus dan tegangan melintasi koil. Dan begitu - sampai menghilang sepenuhnya. Akibatnya, tegangan sinusoidal dengan amplitudo yang menurun secara halus diterapkan ke koil, menciptakan medan magnet yang sama di ruangnya. Hasilnya adalah bahwa pada saat filamen tabung dipanaskan, itu sudah mengalami demagnetisasi. Dan sirkuit kontrol tetap dalam keadaan terkunci sampai perangkat dimatikan. Kemudian termistor akan mendingin dan siap bekerja kembali.

Fenomena superkonduktivitas

Apa yang terjadi jika suhu bahan diturunkan? Resistivitas akan berkurang. Ada batas penurunan suhu, yang disebut nol mutlak. Ini - 273°С. Di bawah batas suhu ini tidak terjadi. Pada nilai ini, resistivitas setiap konduktor adalah nol.

Pada nol mutlak, atom-atom kisi kristal berhenti bergetar. Akibatnya, awan elektron bergerak di antara simpul kisi tanpa bertabrakan dengannya. Resistansi material menjadi sama dengan nol, yang membuka kemungkinan memperoleh arus besar yang tak terhingga dalam konduktor dengan penampang kecil.

Fenomena superkonduktivitas membuka cakrawala baru bagi perkembangan teknik elektro. Tetapi masih ada kesulitan yang terkait dengan mendapatkan di rumah suhu ultra-rendah yang diperlukan untuk menciptakan efek ini. Ketika masalah diselesaikan, teknik elektro akan pindah ke tingkat perkembangan yang baru.

Contoh Penggunaan Nilai Resistivitas dalam Perhitungan

Kami telah berkenalan dengan prinsip-prinsip menghitung panjang kawat nichrome untuk pembuatan elemen pemanas. Tetapi ada situasi lain ketika pengetahuan tentang resistivitas bahan diperlukan.

Untuk perhitungan sirkuit perangkat pentanahan koefisien yang sesuai dengan tanah tipikal digunakan. Jika jenis tanah di lokasi loop tanah tidak diketahui, maka untuk perhitungan yang benar, resistivitasnya diukur terlebih dahulu. Jadi hasil perhitungan lebih akurat, yang menghilangkan penyesuaian parameter sirkuit selama pembuatan: menambahkan jumlah elektroda, yang mengarah pada peningkatan dimensi geometris perangkat pembumian.

Resistansi spesifik bahan dari mana jalur kabel dan busbar dibuat digunakan untuk menghitung resistansi aktifnya. Di masa depan, pada arus beban pengenal dengannya nilai tegangan pada akhir saluran dihitung. Jika nilainya ternyata tidak mencukupi, maka penampang konduktor ditingkatkan terlebih dahulu.

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 ketahanan 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 yang 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 konduktor 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 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.