Rezistența materialelor este rezistența la curgerea unui curent electric, iar unele materiale rezistă mai mult fluxului curent decât altele.

Legea lui Ohm afirmă că atunci când o sursă de tensiune (V) este aplicată între două puncte dintr-un circuit, un curent electric (I) va curge între ele încurajat de prezența diferenței de potențial dintre aceste două puncte. Volumul de curent electric care curge este limitat de cantitatea de rezistență (R) prezentă. Cu alte cuvinte, tensiunea încurajează curentul să curgă (mișcarea sarcinii), dar rezistența îl descurajează.

Întotdeauna măsurăm rezistența electrică în Ohmi, unde Ohm este notat cu litera greacă Omega, Ω. De exemplu: 50 Ω, 10 kΩ sau 4,7 MΩ etc. Conductorii (de ex. firele și cablurile) au în general valori foarte scăzute de rezistență (mai mici de 0,1 Ω) și astfel le putem neglija deoarece presupunem în calculele analizelor de circuit că firele au rezistenţă zero. Izolatoarele (de exemplu, material plastic sau aer), în general, au valori foarte ridicate ale rezistenței (mai mari de 50 MΩ) și le putem ignora pentru analiza circuitului, deoarece valoarea lor este prea mare.

Dar rezistența electrică dintre două puncte poate depinde de mulți factori, cum ar fi lungimea conductorilor, aria lor de secțiune transversală, temperatura, precum și materialul real din care sunt fabricate. De exemplu, să presupunem că avem o bucată de sârmă (un conductor) care are o lungime L, o secțiune transversală A și o rezistență R ca mai jos.

Un singur conductor

Rezistența electrică R a acestui simplu conductor este funcție de lungimea lui L și aria conductorilor A. Legea lui Ohm ne spune că pentru o rezistență R dată, curentul care trece prin conductor este proporțional cu tensiunea aplicată, deoarece I = V/R. Acum, să presupunem că am conectat doi conductori identici împreună într-o combinație serie așa cum se vede.

Dublarea lungimii unui conductor

Aici, prin conectarea celor două conductori împreună într-o combinație serie, am dublat efectiv lungimea totală a conductorului (2L), în timp ce suprafața secțiunii transversale A rămâne exact aceeași ca înainte. Dar, pe lângă dublarea lungimii, am dublat rezistența totală a conductorului, oferind 2R ca: 1R + 1R = 2R.

Prin urmare, putem vedea că rezistența conductorului este proporțională cu lungimea sa, adică: R α L. Cu alte cuvinte, ne-am aștepta ca rezistența electrică a unui conductor (sau a firului) să fie proporțional mai mare cu cât este mai lung.

Rețineți că, prin dublarea lungimii și prin urmare a rezistenței conductorului (2R), pentru a forța același curent i să curgă prin conductor ca mai înainte, trebuie să dublăm (creștem) tensiunea aplicată, astfel că acum I = (2V)/(2R). Atunci, presupunem că noi conectăm cei doi conductori identici împreună în combinație paralelă așa cum se vede.

Dublarea ariei unui conductor

Aici, prin conectarea celor două conductori într-o combinație paralelă, am dublat în mod efectiv suprafața totală dând 2A, în timp ce lungimea conductorilor L rămâne aceeași ca și conductorul unic original. Dar, dublând aria, prin conectarea celor două conductori în paralel, am redus efectiv la jumătate rezistența totală a conductorului, dând ½ R deoarece acum fiecare jumătate din fluxul de curent curge prin fiecare ramură conductoare.

Astfel, rezistența conductorului este invers proporțională cu aria sa, adică: R 1/α A sau R α 1/A. Cu alte cuvinte, ne-am aștepta ca rezistența electrică a unui conductor (sau a firului) să fie proporțional mai mică cu cât este mai mare aria sa de secțiune transversală.

Prin dublarea ariei și, prin urmare, înjumătățirea rezistenței totale a ramificației conductoare (½R), pentru ca același curent i să curgă prin ramificația conductorilor paraleli ca înainte, am avea nevoie numai de o jumătate din tensiunea aplicată, adică (½V)/(½ R).

Putem observa că rezistența unui conductor este direct proporțională cu lungimea (L) a conductorului, adică: R α L și invers proporțională cu aria lui (A), R α 1/A. Astfel putem spune corect că rezistența este:

Proporționalitatea rezistenței

Dar, la fel ca lungimea și aria conductorului, ne așteptăm ca rezistența electrică a conductorului să depindă de materialul din care este fabricat, deoarece diferite materiale conductive, cupru, argint, aluminiu etc. au toate proprietăți fizice și electrice diferite. Astfel, putem transforma semnul proporționalității (α) al ecuației de mai sus într-un semn egal, pur și simplu adăugând o "constantă proporțională" în ecuația de mai sus, care dă:

Ecuația rezistivității electrice

unde: R este rezistența în ohmi (Ω), L este lungimea în metri (m), A este suprafața în metri pătrați (m²) și unde constanta proporțională ρ (litera greacă "ro") este cunoscută ca Rezistivitate.

Rezistivitatea electrică

Rezistivitatea electrică a unui anumit material conductor este o măsură a cât de puternic se opune materialul fluxului de curent electric prin acesta. Acest factor de rezistivitate, denumit uneori rezistența electrică specifică, permite rezistența diferitelor tipuri de conductori să fie comparate una cu alta la o temperatură specificată în funcție de proprietățile lor fizice, indiferent de lungimea lor sau de secțiunile transversale. Astfel, cu cât valoarea rezistivității lui ρ este mai mare, cu atât mai multă rezistență și viceversa.

De exemplu, rezistivitatea unui conductor bun, cuprul, este de ordinul a 1,72 x 10^-8 ohm metru (sau 17,2 nΩm), în timp ce rezistivitatea unui conductor slab (izolator) cum ar fi aerul poate fi cu mult peste 1,5 x 10¹⁴ sau 150 trilioane Ωm.

Materialele cum ar fi cuprul și aluminiu sunt cunoscute pentru nivelul lor redus de rezistivitate, permițând astfel fluxului electric să curgă cu ușurință prin ele, făcând aceste materiale ideale pentru a produce fire electrice și cabluri. Argintul și aurul au valori mult mai mici de rezistivitate, dar, din motive evidente, este mai scump să se transforme în fire electrice.

Atunci factorii care afectează rezistența (R) a unui conductor în ohmi pot fi enumerați ca:

• Rezistivitatea (ρ) a materialului din care este realizat conductorul.

• Lungimea totală (L) a conductorului.

• Aria secțiunii transversale (A) a conductorului.

• Temperatura conductorului.

Rezistivitatea. Exemplul nr. 1

Se calculează rezistența totală DC a unui sul de 100 m de cablu de 2,5 mm², dacă rezistivitatea sârmei de cupru la 20^oC este de 1,72 x 10^-8 Ωm.

Date fiind: rezistivitatea cuprului la 20°C este de 1,72 x 10^-8, lungimea bobinei L = 100 m, aria secțiunii transversale a conductorului este 2,5 mm² oferind o suprafață de: A = 2,5 x 10^-6 m².

Aceasta este de 688 miliohmi sau 0,688 ohmi.

Am spus anterior că rezistivitatea este rezistența electrică pe unitate de lungime și pe unitate de secțiune transversală a conductorului, arătând astfel că rezistivitatea ρ are dimensiunile de ohm metri sau Ω.m, așa cum este scris în mod obișnuit. Astfel, pentru un anumit material, la o anumită temperatură, rezistivitatea sa electrică este dată de

Rezistivitatea electrică, Ro

Conductanța electrică

În timp ce atât rezistența electrică (R), cât și rezistivitatea (sau rezistența specifică) ρ sunt funcție de natura fizică a materialului utilizat și de forma și dimensiunea sa fizică, exprimate prin lungimea lui (L) și a ariei sale secționale A), conductanța sau conductanța specifică se referă la ușurința cu care curge curentul electric printr-un material.

Conductanța (G) este inversa rezistenței (1/R), cu unitatea de conductanță siemens (S) și este dată de simbolul ohm întors, adică mho ʊ. Astfel, atunci când un conductor are o conductanță de 1 siemens (1S), acesta are o rezistență de 1 ohm (1Ω). Deci, dacă rezistența sa este dublată, conductanța se înjumătățește și viceversa, deci: ​​siemens = 1/ohm sau ohm = 1/siemens.

În timp ce rezistența conductorilor dă cantitatea de opoziție pe care o face curentului electric, conductanța unui conductor indică ușurința cu care permite curentului electric să curgă. Deci, metale cum ar fi cupru, aluminiu sau argint au valori foarte mari ale conductanței, ceea ce înseamnă că sunt conductori buni.

Conductivitatea σ (litera greacă sigma), este inversa rezistivității. Aceasta este 1/ρ și este măsurată în siemens per metru (S/m). Deoarece conductivitatea electrică σ = 1/ρ, expresia anterioară pentru rezistența electrică R poate fi rescrisă ca:

Rezistența electrică ca funcție de conductivitate

Atunci, putem spune că conductivitatea este eficiența cu care un conductor trece un curent sau un semnal electric fără pierderi rezistive. Prin urmare, un material sau un conductor care are o conductivitate ridicată va avea o rezistivitate scăzută și invers, deoarece 1 siemens (S) este egal cu 1Ω^-1. Deci, cupru, care este un bun conductor de curent electric, are o conductivitate de 58,14 x 10⁶ siemens pe metru.

Rezistivitate. Exemplul nr. 2

O lungime de 20 metri de cablu are o arie a secțiunii transversale a 1 mm² și o rezistență de 5 ohmi. Calculați conductivitatea cablului.

Având date: rezistența DC, R = 5 ohmi, lungimea cablului, L = 20 m, iar aria secțiunii transversale a conductorului este 1 mm² oferind o suprafață de: A = 1 x 10^-6 m².

Aceasta este de 4 mega-Siemens pe metru lungime.

Rezumat Rezistivitate

Am văzut că rezistivitatea este proprietatea unui material sau a unui conductor care arată cât de bine conduce curentul electric acel material. De asemenea, am văzut că rezistența electrică (R) a unui conductor depinde nu numai de materialul din care este fabricat conductorul, de cupru, de argint, de aluminiu etc., ci și de dimensiunile sale fizice.

Rezistența unui conductor este direct proporțională cu lungimea lui (L): R α L. Astfel, dublarea lungimii lui îi va dubla rezistența, în timp ce înjumătățirea lungimii sale ar reduce la jumătate rezistența sa. De asemenea, rezistența unui conductor este invers proporțională cu aria de secțiune transversală (A) ca R α 1/A. Astfel, dublarea suprafeței secțiunii transversale ar diminua rezistența sa la jumătate, în timp ce jumătate din suprafața sa transversală ar dubla rezistența sa.

Am aflat, de asemenea, că rezistivitatea (simbolul: ρ) a conductorului (sau materialului) se referă la proprietatea fizică din care se face și variază de la material la material. De exemplu, rezistivitatea cuprului este în general dată ca: 1,72 x 10^-8 Ω.m. Rezistivitatea unui anumit material este măsurată în unități de Ohm-metri (Ω.m) care este de asemenea afectată de temperatură.

În funcție de valoarea rezistivității electrice a unui anumit material, acesta poate fi clasificat fie ca fiind un "conductor", un "izolator" sau un "semiconductor". Rețineți că semiconductorii sunt materiale în care conductivitatea lor depinde de impuritățile adăugate materialului.

Rezistivitatea este, de asemenea, importantă în sistemele de distribuție a energiei, deoarece eficacitatea sistemului de împământare la masă pentru o instalație electrică și de distribuție depinde în mare măsură de rezistivitatea pământului și a materialului de sol la locația masei sistemului.

Conducția este numele dat mișcării electronilor liberi sub forma unui curent electric. Conductivitatea σ este inversa rezistivității. Aceasta este 1/ρ și are unitatea de Siemens pe metru, S/m. Conductivitatea variază de la zero (pentru un izolator perfect) până la infinit (pentru un conductor perfect). Astfel, un super conductor are conductivitate infinită și rezistență practic la zero.