Rezistența electrică

Rezistența electrică a unui conductor electric este o măsură a dificultății de a transmite un curent electric prin acel conductor. Cantitatea inversă este conductanța electrică și este ușurința cu care trece un curent electric. Rezistența electrică împărtășește unele conceptuale paralele cu noțiunea de frecare din mecanică. Unitatea SI a rezistenței electrice este ohm (Ω), în timp ce conductanța electrică este măsurată în siemens (S).

Un obiect cu secțiune transversală uniformă are o rezistență proporțională cu rezistivitatea și lungimea sa și invers proporțională cu aria secțiunii transversale. Toate materialele prezintă o anumită rezistență, cu excepția supraconductorilor, care au o rezistență apropiată de zero.

Rezistența electrică (R) a unui obiect este definită ca raportul tensiunii electrice prin el (V) și curentul electric prin el (I), în timp ce conductanța electrică (G) este inversa rezistenței:

R = V/I, G = I/V = 1/R

Pentru o mare varietate de materiale și condiții, V și I sunt direct proporționale unul cu celălalt și prin urmare R și G sunt constante (deși pot depinde de alți factori cum ar fi temperatura sau solicitarea). Această proporționalitate se numește legea lui Ohm, iar materialele care o satisfac sunt numite materiale ohmice.

În alte cazuri, cum ar fi transformatorul, dioda sau bateria, V și I nu sunt direct proporționale. Raportul V/I este uneori util și este denumit „rezistență de coardă” sau „rezistență statică„, deoarece corespunde pantei inverse a unei corzi între origine și o curbă I-V. În alte situații, derivata dV/dI poate fi cea mai utilă; aceasta se numește „rezistența diferențială„.

Introducere

(Analogul hidraulic compară curentul electric care curge prin circuite cu apa care curge prin țevi. Dacă o țeavă (stânga) este umplută cu mizerie (dreapta), este nevoie de o presiune mai mare pentru a realiza același debit de apă. Curgerea curentului electric prin o rezistență mare este precum curgerea apei printr-o țeavă înfundată cu mizerie: necesită o forță mai mare (forța electromotoare) pentru a curge același debit (curent electric)).

În analogia hidraulică, curentul care traversează un fir (sau un rezistor) este asemănător cu curgerea apei printr-o țeavă, iar căderea de tensiune pe fir este ca o cădere de presiune care împinge apa prin țeavă. Conductanța este proporțională cu mărimea debitului care are loc pentru o anumită presiune, iar rezistența este proporțională cu cantitatea de presiune necesară pentru a atinge un anumit flux. (Conductanța și rezistența sunt reciproce.)

Căderea de tensiune (adică diferența dintre tensiunile pe o parteși cealaltă a rezistenței), nu și tensiunea în sine, asigură forța motrice împingând curentul printr-un rezistor. În domeniul hidraulic, este similar: Diferența de presiune dintre două laturi ale unei țevi, nu presiunea în sine, determină curgerea prin ea. De exemplu, poate exista o presiune mare a apei deasupra țevii, care încearcă să împingă apa în jos prin conductă. Dar poate să existe o presiune de apă la fel de mare sub conductă, care încearcă să împingă apa înapoi prin conductă. Dacă aceste presiuni sunt egale, nu curge apă. (În imaginea din dreapta, presiunea apei de sub conductă este zero.)

Rezistența și conductanța unui fir, a unui rezistor sau a altui element sunt în mare parte determinate de două proprietăți:

geometria (forma) și
materialul.

Geometria este importantă deoarece este mai dificilă împingerea apei printr-o conductă lungă, îngustă decât o țeavă largă și scurtă. În același mod, un fir de cupru lung și subțire are rezistență mai mare (conductanță mai mică) decât un fir de cupru scurt și gros.

Materialele sunt, de asemenea, importante. O țeavă plină cu mizerie limitează curgerea apei mai mult decât o țeavă curată de aceeași formă și mărime. În mod similar, electronii pot circula liber și ușor prin intermediul unui fir de cupru, dar nu pot curge la fel de ușor printr-un fir de oțel de aceeași formă și mărime și în esență nu pot să curgă deloc printr-un izolator cum ar fi cauciucul, indiferent de forma sa. Diferența dintre cupru, oțel și cauciuc este legată de structura lor microscopică și de configurația electronică și este cuantificată printr-o proprietate denumită rezistivitate.

În plus față de geometrie și material, există alți factori care influențează rezistența și conductanță, cum ar fi temperatura.

Conductoare și rezistențe

(Un rezistor de 6,5 MΩ, identificat prin codul său electronic de culoare (albastru-verde-negru-galben-roșu). Un ohmmetru poate fi folosit pentru a verifica această valoare.)

Substanțele în care poate curge electricitatea se numesc conductori. O piesă de material conductor cu o anumită rezistență destinată utilizării într-un circuit este numită rezistor. Conductorii sunt realizați din materiale cu conductivitate ridicată, cum ar fi metalele, în special cuprul și aluminiu. Rezistorii, pe de altă parte, sunt fabricați dintr-o mare varietate de materiale, în funcție de factori precum rezistența dorită, cantitatea de energie pe care are nevoie să o disipeze, precizia și costurile.

Măsurarea rezistenței

Un instrument pentru măsurarea rezistenței este numit un ohmmetru. Ohmmetrele simple nu pot măsura cu exactitate rezistențele mici, deoarece rezistența conductorilor de măsurare provoacă o cădere a tensiunii care interferează cu măsurarea, astfel încât aparatele mai precise utilizează senzorul cu patru terminale.