Résistance

Electromagnétisme
Électricité Magnétisme
Électrostatique Charge électrique Électricité statique Champ électrique Conducteur Isolant Triboélectricité Décharge électrostatique Induction La loi de Coulomb La loi de Gauss Flux électrique / énergie potentielle Moment dipolaire électrique Polarisation
Magnétostatique La loi d'Ampère Champ magnétique Magnétisation Flux magnétique Loi de Biot-Savart Moment de dipôle magnétique La loi de Gauss à magnétisme
Électrodynamique Droit de la force de Lorentz Induction électromagnétique La loi de Faraday La loi de Lenz Déplacement actuel Les équations de Maxwell Champ électromagnétique Un rayonnement électromagnétique Tenseur de Maxwell Vecteur de Poynting Potentiel Liénard-Wiechert Les équations de Jefimenko À courant de Foucault
Réseau électrique Courant électrique Potentiel électrique Tension Résistance La loi d'Ohm circuit de la série Circuit parallèle Courant continu Courant alternatif Force électromotrice Capacitance Inductance Impédance Cavités résonnantes Guides d'ondes
Formulation covariante Tenseur électromagnétique ( tenseur-énergie) Four à courant continu Potentiel électromagnétique à quatre
Les scientifiques Ampère Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henri Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber Ørsted

La résistance électrique d'un objet mesure son opposition à l'adoption d'une courant électrique. Un objet de section transversale uniforme a une résistance proportionnelle à sa résistivité et de la longueur et inversement proportionnelle à sa surface en section transversale. Tous les matériaux montrent une certaine résistance.

Découvert par Georg Ohm en 1827, la résistance électrique part quelques parallèles conceptuels avec la notion mécanique de friction. Le Unité SI de la résistance électrique est l' ohm ( Ω). Résistance de quantité réciproque est la conductance électrique mesurée en siemens.

La résistance d'un objet peut être définie comme le rapport de la tension à courant:

Pour une grande variété de matériaux et de conditions, la résistance électrique R est constante pour une température donnée; il ne dépend pas de la quantité de courant ou par la différence de potentiel ( tension) à travers l'objet. Ces matériaux sont appelés matériaux ohmiques. Pour les objets en matériaux ohmiques la définition de la résistance, R étant une constante pour que la résistance, qui est connu comme La loi d'Ohm.

Dans le cas d'un conducteur non linéaire (ne pas obéir à la loi d'Ohm), ce ratio peut changer à mesure que les changements actuels ou de tension; la pente inverse d'un accord à un La courbe I-V est parfois désigné comme un "résistance corde» ou «résistance statique".

Conducteurs et résistances

A 65 Ω résistance, identifiée par son code de couleur électronique (bleu-vert-noir). Une ohmmètre pourrait être utilisée pour vérifier cette valeur.

Des objets tels que des fils qui sont conçus pour avoir une faible résistance de sorte qu'ils transfèrent courant avec le moins de perte d'énergie électrique sont appelés conducteurs. Les objets qui sont conçus pour avoir une résistance spécifique afin qu'ils puissent dissiper l'énergie électrique ou de modifier la façon dont se comporte un circuit sont appelés résistances. Les conducteurs sont faits de matériaux fortement conducteurs tels que les métaux, en particulier le cuivre et l'aluminium. Résistances, d'autre part, sont faits d'une grande variété de matériaux en fonction de facteurs tels que la résistance souhaitée, la quantité d'énergie qu'il doit dissiper, la précision et le coût.

La résistance DC

La résistance d'une résistance ou d'un conducteur donné croît avec la longueur du conducteur et diminue pour aire de section transversale plus grande. La résistance R d'un conducteur de section transversale uniforme, par conséquent, peut être calculé comme

où est la longueur du conducteur, mesurée en mètres [m], A est la surface en coupe transversale du conducteur mesurée dans mètres carrés [m²], et ρ (en grec: rho) est l'électrique résistivité (également appelé résistance électrique spécifique) du matériau, mesurée en ohms-mètres (Ω m). La résistivité est une mesure de la capacité du matériau à se opposer à un courant électrique.

Pour des raisons pratiques, les connexions à un véritable chef d'orchestre seront presque certainement dire la densité de courant ne est pas totalement uniforme. Toutefois, cette formule permet encore une bonne approximation pour les longs conducteurs minces tels que des fils.

Résistance en courant alternatif

Si un fil effectue à haute fréquence en courant alternatif, la zone en coupe transversale effective du fil est réduite en raison de la effet de peau. Si plusieurs conducteurs sont ensemble, puis en raison de l'effet de proximité, la résistance efficace de chacun est plus élevé que si ce conducteur était seul. Ces effets sont si petits pour les basses fréquences de l'AC domestique ordinaire qu'ils doivent normalement être traités comme si ce était la résistance DC.

Mesure de la résistance

Un instrument pour mesurer la résistance est appelée ohmmètre. Ohmmètres simples ne peuvent pas mesurer de faibles résistances précisément parce que la résistance de leurs cordons de mesure provoque une chute de tension qui interfère avec la mesure, de sorte que des dispositifs plus précis utilisent détection à quatre bornes.

Causes de la résistance

Dans les métaux

Un métal est constitué d'un treillis d' atomes , chacun avec une coque d'électrons. Ceci est également connu comme un réseau ionique positive. Les électrons externes sont libres de se dissocier de leurs atomes de parents et voyagent à travers le réseau, la création d'une «mer» d'électrons, ce qui rend le métal conducteur. Lorsqu'une différence de potentiel électrique (a tension) est appliquée à travers le métal, les électrons dérivent d'une extrémité du conducteur à l'autre sous l'influence du champ électrique .

Près de la température ambiante, le mouvement thermique des ions est la principale source de diffusion des électrons (en raison de l'interférence destructive des vagues d'électrons libres sur les potentiels d'ions non-corrélation), et est donc la première cause de la résistance du métal. Imperfections du réseau contribuent également à la résistance, bien que leur contribution dans les métaux purs est négligeable.

Plus la surface de section transversale du conducteur, plus les électrons sont disponibles pour transporter le courant, de sorte que plus la résistance. Plus le conducteur, les événements se produisent diffusion plus dans le chemin de chaque électron à travers le matériau, de sorte que plus la résistance. Différents matériaux affectent également la résistance.

Dans les semi-conducteurs et des isolants

Dans les métaux, le Niveau de Fermi se situe dans la bande de conduction (voir Théorie bande, ci-dessous) donnant lieu à des électrons de conduction libres. Cependant, dans les semi-conducteurs de la position du niveau de Fermi se situe dans la largeur de bande interdite, environ à mi-chemin entre le minimum de bande de conduction et le maximum de bande de valence pour les semi-conducteurs intrinsèques (non dopé). Cela signifie que kelvins à 0, il n'y a pas de conduction des électrons libres et la résistance est infinie. Cependant, la résistance continue à diminuer à mesure que la densité de porteurs de charge dans la bande de conduction augmente. Dans extrinsèques (dopé) semi-conducteurs, atomes dopants augmentent la concentration des porteurs de charge majoritaires en donnant des électrons de la bande de conduction ou d'accepter des trous dans la bande de valence. Pour les deux types de donneurs ou accepteurs d'atomes, ce qui augmente la densité de dopant conduit à une réduction de la résistance. Semi-conducteurs se comportent donc fortement dopées métallique. A des températures très élevées, la contribution des porteurs générés thermiquement dominera sur la contribution des atomes dopants et la résistance diminue exponentiellement avec la température.

Dans ioniques liquides / électrolytes

En électrolytes, la conduction électrique se produit pas par des électrons ou des trous de bande, mais par des espèces atomiques complets ( ions ) de déplacement, chacun portant une charge électrique. La résistivité de liquides ioniques varie énormément par la concentration - tandis que l'eau distillée est presque un isolant, l'eau salée est un conducteur électrique très efficace. En des membranes biologiques, les courants sont portés par les sels ioniques. Les petits trous dans les membranes, appelés des canaux ioniques, sont sélectifs pour des ions particuliers et déterminer la résistance de la membrane.

Résistivité de divers matériaux

Matériel	Résistivité, ohm-mètre
Métaux	10 -8
Semi-conducteurs	variable
Électrolytes	variable
Isolateurs	10 16
Supraconducteurs	0 (exactement)

la théorie de la bande simplifiée

Les niveaux d'énergie d'électrons dans un isolateur

La mécanique quantique indique que l'énergie d'un électron dans un atome ne peut pas être ne importe quelle valeur arbitraire. Plutôt niveaux, il sont fixés énergie laquelle les électrons peuvent occuper, et les valeurs dans entre ces niveaux sont impossibles. Les niveaux d'énergie sont groupées en deux groupes: la bande de valence et la bande de conduction (cette dernière est généralement au-dessus de la première). Les électrons dans la bande de conduction peut se déplacer librement à travers la substance en présence d'un champ électrique.

Dans les isolants et semi-conducteurs, les atomes dans l'influence de la substance de l'autre de telle sorte qu'entre la bande de valence et la bande de conduction, il existe une bande interdite de niveaux d'énergie des électrons, qui ne peuvent occuper. Pour passer un courant, une quantité relativement importante d'énergie doit être fournie à un électron pour elle de sauter à travers cet espace interdit et dans la bande de conduction. Ainsi, même les grandes tensions peuvent produire des courants relativement faibles.

Résistance différentielle

Quand le dépendance courant-tension ne est pas linéaire, la résistance, la résistance incrémentielle ou la résistance à la pente différentiel est défini comme la pente de la courbe VI en un point particulier, ainsi:

Cette quantité est parfois appelé tout simplement la résistance, bien que les deux définitions sont équivalentes seulement pour une composante ohmique comme une résistance idéale. Par exemple, un diode est un élément de circuit dont la résistance dépend de la tension ou du courant appliqué.

Si le graphe de VI ne est pas monotone (ce est à dire qu'il présente un pic ou un creux), la résistance différentielle sera négatif pour certaines valeurs de tension et de courant. Cette propriété est souvent connu comme résistance négative, même si elle est plus correctement appelé la résistance différentielle négative, puisque la résistance absolue V / I est toujours positive. Un exemple d'un tel élément est le diode tunnel.

Résistance différentielle ne est utile de comparer un dispositif non linéaire avec un linéaire de source / charge dans un petit intervalle; par exemple se il est nécessaire d'évaluer un La stabilité de la tension de diode Zener sous différentes valeurs de courant.

Influence de la température

Environs de la température ambiante, la résistance électrique d'un métal augmente typiquement linéairement croissante avec la température , tandis que la résistance électrique d'un semi-conducteur typique diminue lorsque la température augmente. Le montant de ce changement dans la résistance peut être calculée en utilisant la coefficient de résistivité du matériau selon la formule suivante de la température:

où T est la température, T ₀ est une température de référence (généralement la température ambiante), R ₀ est la résistance à T _0, et α est le pourcentage de variation de la résistivité par unité de température. La constante α ne dépend que de la matière en cours d'examen. La relation est en fait indiqué ne approximative, les vrais physique étant un peu non-linéaire, ou en regardant une autre manière, α se varie avec la température. Pour cette raison, il est habituel de spécifier que la température a été mesurée à α avec un suffixe, tel que α ₁₅ et la relation est seulement dans une gamme de températures autour de la référence.

A des températures inférieures (moins que le Température de Debye), la résistance d'un métal diminue lorsque T ⁵ en raison de la dispersion des électrons hors de phonons. A des températures encore plus basses, le mécanisme de diffusion des électrons est dominante pour d'autres électrons, et la résistance diminue à mesure que T ^2. À un certain point, les impuretés dans le métal va dominer le comportement de la résistance électrique qui entraîne à saturer à une valeur constante. La règle de Matthiessen (première formulée par Augustus Matthiessen dans les années 1860; l'équation ci-dessous donne sa forme moderne) dit que tous ces différents comportements peuvent se résumer pour obtenir la résistance totale en fonction de la température,

où R _imp est la température de résistivité électrique indépendant à cause des impuretés, et a, b, et c sont des coefficients qui dépendent des propriétés du métal. Cette règle peut être considérée comme la motivation pour Les expériences de Heike Kamerlingh Onnes en 1911 qui ont conduit à la découverte de la supraconductivité . Pour plus de détails voir Histoire de la supraconductivité.

Semi-conducteurs intrinsèques à devenir de meilleurs conducteurs que la température augmente; les électrons est déplacée au bande d'énergie de conduction de l'énergie thermique, où ils se écoulent librement et, ce faisant, laisser derrière des trous dans la bande de valence, lesquelles sont également librement. La résistance électrique d'un type intrinsèques (non dopés) semi-conducteurs diminue exponentiellement avec la température:

Extrinsèque (dopés) semi-conducteurs ont un profil de température beaucoup plus compliqué. Lorsque la température augmente à partir de zéro absolu ils diminuent fortement première résistance que les transporteurs laissent les donateurs ou accepteurs. Après que la plupart des bailleurs de fonds ou des accepteurs ont perdu leurs transporteurs la résistance commence à augmenter à nouveau légèrement en raison de la réduction de la mobilité des porteurs (autant que dans un métal). A des températures plus élevées, il se comportera comme les semi-conducteurs intrinsèques que les transporteurs des donateurs / accepteurs deviennent insignifiants par rapport aux porteurs générés thermiquement.

La résistance électrique des électrolytes et des isolateurs est fortement non linéaire, et au cas par cas dépend donc pas équations généralisées sont donnés.

dépendance de déformation

De même que la résistance d'un conducteur dépend de la température, la résistance d'un conducteur dépend de souche. En plaçant un conducteur sous tension (une forme de le stress qui mène à la souche sous la forme d'étirage du conducteur), la longueur de la section du conducteur sous tension augmente et sa surface de section transversale diminue. Ces deux effets contribuent à augmenter la résistance de la section de conducteur tendu. Sous compression (déformation dans la direction opposée), la résistance de la section de conducteur tendu diminue. Voir la discussion sur jauges de contrainte pour des détails sur les appareils construits pour profiter de cet effet.