Resistência elétrica

Eletromagnetismo
Eletricidade Magnetismo
Eletrostática Carga elétrica Eletricidade estática Campo elétrico Condutor Insulator Triboelectricity A descarga eletrostática Indução A lei de Coulomb A lei de Gauss Fluxo elétrico / energia potencial Momento de dipolo elétrico Densidade polarização
Magnetostática A lei de Ampère Campo magnético Magnetização O fluxo magnético Lei de Biot-Savart Momento de dipolo magnético A lei de Gauss para o magnetismo
Eletrodinâmica Lei da força de Lorentz Indução eletromagnética A lei de Faraday A lei de Lenz Corrente de deslocamento As equações de Maxwell Campo eletromagnético Radiação eletromagnética Maxwell tensor Poynting vector Potencial de Liénard-Wiechert Equações de Jefimenko Eddy atual
Rede elétrica Corrente elétrica Potencial elétrico Tensão Resistência A lei de Ohm Circuito em série Circuito paralelo Corrente contínua Corrente alternada Força eletromotiva Capacidade Indutância Impedância Cavidades de ressonância Waveguides
Formulação covariante Tensor eletromagnética ( tensor de tensão-energia) Quatro atual Electromagnética de quatro potencial
Os cientistas Ampère Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henry Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber Ørsted

A resistência eléctrica de um objecto mede a sua oposição à passagem de um corrente elétrica. Um objecto da secção transversal uniforme tem uma resistência proporcional à sua resistividade e comprimento e inversamente proporcional a sua área em corte transversal. Todos os materiais mostram alguma resistência.

Descoberto por Georg Ohm, em 1827, a resistência elétrica compartilha algumas semelhanças conceituais com a noção de mecânica atrito. O Unidade SI de resistência elétrica é o ohm ( Ω). Resistência do quantidade recíproca é condutância eléctrica medida em siemens.

A resistência de um objecto pode ser definida como a razão entre tensão de corrente:

Para uma ampla variedade de materiais e as condições, a resistência eléctrica R é constante para uma dada temperatura; que não depende da quantidade de corrente ou através da diferença de potencial ( tensão) entre o objecto. Esses materiais são chamados de materiais ôhmicas. Para objectos feitos de materiais óhmicas a definição da resistência, com R sendo uma constante para que a resistência, é conhecido como A lei de Ohm.

No caso de um condutor não linear (não obedecendo a lei de Ohm), esta proporção pode mudar como alterações de corrente ou tensão; a inclinação inversa de um acorde para uma Curva I-V é por vezes referida como uma "resistência cordal" ou "resistência estática".

Condutores e resistores

A 65-Ω resistor, identificada pelo seu código de cor eletrônico (blue-green-black). Um ohmímetro poderia ser usado para verificar este valor.

Objectos, tais como fios que se destinam a ter baixa resistência, de modo que eles transferem corrente com a menor perda de energia eléctrica são chamados condutores. Objectos que são concebidos para ter uma resistência específica, de modo que eles podem dissipar energia eléctrica ou de outra forma modificar a forma como um circuito comporta são chamados resistências. Os condutores são feitos de materiais altamente condutores tal como metais, nomeadamente cobre e alumínio. Resistores, por outro lado, são feitos de uma grande variedade de materiais, dependendo de factores tais como a resistência desejada, quantidade de energia que é necessário para dissipar, precisão e custo.

Resistência DC

A resistência de uma determinada resistência ou condutor cresce com o comprimento de condutor e diminui para a área de secção transversal maior. A resistência R de um condutor de secção transversal uniforme, por conseguinte, pode ser calculado como

onde é o comprimento do condutor, medido em metros [m], A é a área da secção transversal do condutor medido em metros quadrados [m²], e ρ (em grego: rho) é o elétrico resistividade (também chamado de resistência eléctrica específica) do material, medida em ohm-metros (Ω m). A resistividade é uma medida da capacidade do material a opor-se a corrente eléctrica.

Por razões práticas, as ligações a um condutor verdadeiro quase certamente significa a densidade de corrente não é totalmente uniforme. No entanto, esta fórmula proporciona ainda uma boa aproximação para condutores longas e finas, tais como fios.

Resistência AC

Se um fio conduz corrente alternada de alta frequência, então a área de secção transversal efectiva do fio é reduzida por causa da efeito de pele. Se vários condutores estão juntos, em seguida, devido a efeito de proximidade, a resistência efetiva de cada um é maior do que se esse condutor estavam sozinhos. Estes efeitos são tão pequenas para baixa frequência de AC casa ordinária que eles deveriam normalmente ser tratado como se fosse a resistência DC.

Medir a resistência

Um instrumento para a medição da resistência é chamado um ohmímetro. Ohmímetros simples não é possível medir com precisão baixas resistências, porque a resistência dos seus linhas de medição provoca uma queda de tensão que interfere com a medição, de modo que dispositivos mais precisos utilizar detecção de quatro terminais.

Causas de resistência

Nos metais

Um de metal consiste de uma estrutura de átomos , cada um com uma cobertura de electrões. Isto também é conhecido como um reticulado iónica positiva. Os elétrons exteriores são livres para desassociar dos seus átomos de pai e viajar através da grade, criando um "mar" de elétrons, fazendo com que o metal um condutor. Quando uma diferença de potencial eléctrico (um tensão) é aplicada entre os metais, os electrões deriva de uma extremidade do condutor para o outro sob a influência do campo eléctrico .

Perto temperatura ambiente, o movimento térmico de íons é a principal fonte de dispersão de elétrons (devido a interferência destrutiva de ondas de elétrons livres em potenciais de íons não-correlação), e é, portanto, a principal causa da resistência do metal. Imperfeições da estrutura também contribuem para a resistência, embora a sua contribuição em metais puros é insignificante.

Quanto maior for a área de secção transversal do condutor, os mais electrões estão disponíveis para transportar a corrente, de modo a diminuir a resistência. Quanto maior for o condutor, os eventos mais dispersão ocorrem no caminho de cada um de electrões através do material, de modo que quanto maior a resistência. Diferentes materiais também afecta a resistência.

Nos semicondutores e isolantes

Nos metais, o Nível de Fermi situa-se na banda de condução (ver Teoria Band, abaixo) dando origem a elétrons de condução livres. No entanto, em semicondutores a posição do nível de Fermi está dentro do intervalo de banda, aproximadamente a meio caminho entre o mínimo eo máximo de banda de condução banda de valência para intrínsecas não dopadas () semicondutores. Isto significa que a 0 graus Kelvin, não há electrões de condução livre e a resistência é infinita. No entanto, a resistência continuará a diminuir à medida que a densidade de portadores de carga na banda de condução aumenta. Em extrínsecos (dopadas) de semicondutores, átomos dopantes aumentar a concentração de portadores de carga maioria doando elétrons para a banda de condução ou aceitar buracos na banda de valência. Para ambos os tipos de átomos dadores ou aceitadores, aumentando a densidade dopante leva a uma redução na resistência. Altamente semicondutores dopados, portanto, comportar metálico. A temperaturas muito elevadas, a contribuição de portadores gerados termicamente irá dominar sobre a contribuição de átomos dopantes e a resistência vai diminuir exponencialmente com a temperatura.

Em líquidos iônicos / eletrólitos

Em electrólitos, condução elétrica não acontece por elétrons da banda ou buracos, mas por espécies atômicas completos ( íons ) itinerante, cada um carregando uma carga elétrica. A resistividade de líquidos iônicos varia tremendamente pela concentração - enquanto a água destilada é quase um isolante, a água salgada é um condutor elétrico muito eficiente. Em membranas biológicas, são transportadas por correntes de sais iónicos. Pequenos buracos nas membranas, chamados canais iônicos, são seletivas para íons específicos e determinar a resistência da membrana.

A resistividade de vários materiais

Material	Resistividade, ohm-metro
Metais	10 -8
Semiconductors	variável
Eletrólitos	variável
Isoladores	10 16
Supercondutores	0 (exatamente)

Teoria banda simplificado

Electron níveis de energia em um isolador

A mecânica quântica estabelece que a energia de um elétron em um átomo não pode ser qualquer valor arbitrário. Níveis bastante, não são corrigidos de energia que os elétrons podem ocupar e valores em entre esses níveis são impossíveis. Os níveis de energia estão agrupadas em duas bandas: a banda de valência ea banda de condução (o último é geralmente acima da antiga). Elétrons na banda de condução podem circular livremente em toda a substância na presença de um campo elétrico.

Em isoladores e semicondutores, os átomos da substância influência uns dos outros de modo que entre a banda de valência e da banda de condução existe uma banda proibida de níveis de energia, que os electrões não pode ocupar. Para que uma corrente flua, uma quantidade relativamente grande de energia deve ser fornecida a um elétron para que ele saltar sobre esta lacuna proibido e na banda de condução. Assim, mesmo as grandes tensões pode render relativamente pequenas correntes.

Resistência diferencial

Quando o a dependência de corrente-tensão não é linear, diferencial de resistência, resistência incremental ou resistência inclinação é definido como o declive do gráfico de VI em um determinado ponto, da seguinte forma:

Esta quantidade é por vezes chamado simplesmente de resistência, embora as duas definições são equivalentes apenas para um componente óhmica, tais como uma resistência ideal. Por exemplo, uma diodo é um elemento de um circuito para o qual a resistência depende da tensão ou corrente aplicada.

Se o gráfico de VI não é monótona (ou seja, tem um pico ou uma calha), a resistência diferencial será negativo para alguns valores de tensão e corrente. Esta propriedade é muitas vezes conhecido como resistência negativa, embora seja mais corretamente chamado de resistência diferencial negativa, uma vez que a resistência absoluta V / I ainda é positiva. Um exemplo de um tal elemento é a diodo túnel.

Resistência diferencial só é útil para comparar um dispositivo não-linear com uma fonte / carga linear em algum intervalo pequeno; por exemplo, se é necessário avaliar um estabilidade de tensão Zener de diodo sob diferentes valores atuais.

Dependência de temperatura

Perto temperatura ambiente, a resistência eléctrica de um típico metal aumenta linearmente com o aumento da temperatura , enquanto a resistência eléctrica de um semicondutor típico diminui com o aumento da temperatura. A quantidade de que a mudança na resistência pode ser calculada usando a coeficiente de temperatura da resistividade do material com a seguinte fórmula:

em que T é a temperatura, T ₀ é a temperatura de referência (geralmente temperatura ambiente), ₀ R é a resistência a T _0, e α é a variação percentual da resistividade por unidade de temperatura. O α constante depende apenas do material a ser considerada. A relação indicado é na verdade apenas um valor aproximado um, os verdadeiros física sendo um pouco não-linear, ou olhar para ele de outra forma, α em si varia com a temperatura. Por esta razão é normal especificar que a temperatura foi medida a α com um sufixo, tal como α ₁₅ e a relação só realiza em uma gama de temperaturas de cerca de referência.

A temperaturas mais baixas (inferiores a este Temperatura de Debye), a resistência de um metal diminui à medida que t ^5, devido à dispersão dos electrões de fora fônons. A temperaturas ainda mais baixas, o mecanismo de dispersão de electrões é dominante para outros electrões, e a resistência diminui à medida que t ^2. Em algum ponto, as impurezas do metal dominará o comportamento da resistência eléctrica que faz com que a saturar a um valor constante. Regra de Matthiessen (primeira formulada por Augustus Matthiessen na década de 1860; a equação abaixo dá a sua forma moderna) diz que todas estas diferentes comportamentos pode ser resumida para obter a resistência total, como uma função da temperatura,

em que R é a temperatura _imp resistividade eléctrica independente devido às impurezas, e a, b, e c são coeficientes que dependem as propriedades do metal. Esta regra pode ser visto como a motivação para Os experimentos de Heike Kamerlingh Onnes que levaram em 1911 a descoberta da supercondutividade . Para mais detalhes veja História da supercondutividade.

Semicondutores intrínsecos tornam-se melhores maestros como os aumentos de temperatura; os elétrons são colidido com a banda de condução de energia por energia térmica, onde fluir livremente e ao fazê-lo deixar para trás orifícios da valência banda que também fluir livremente. A resistência eléctrica de um típico intrínsecas (não dopadas) de semicondutores diminui exponencialmente com a temperatura:

Extrínseca (dopadas) de semicondutores tem um perfil de temperatura muito mais complicado. Com o aumento da temperatura a partir do zero absoluto eles primeiro diminuir acentuadamente em resistência como os portadores deixar os doadores ou receptores. Depois de a maior parte dos dadores ou aceitadores perderam os seus portadores a resistência começa a aumentar de novo ligeiramente, devido à redução da mobilidade de transportadores (tanto quanto em um metal). A temperaturas mais elevadas ele irá se comportar como os semicondutores intrínsecos como os portadores dos doadores / receptores de tornar-se insignificante em comparação com os portadores gerados termicamente.

A resistência elétrica de eletrólitos e isoladores é altamente não-linear, e caso a caso dependente, portanto, não há equações generalizadas são dadas.

Dependência Strain

Assim como a resistência de um condutor depende da temperatura, a resistência de um condutor depende estirpe. Ao colocar um condutor sob tensão (uma forma de tensão que leva a estirpe sob a forma de alongamento do condutor), o comprimento da secção de condutor sob a tensão aumenta e a sua área em corte transversal diminui. Ambos estes efeitos contribuem para o aumento da resistência da secção esticada de condutor. Sob compressão (estirpe no sentido oposto), a resistência da secção esticada de condutor diminui. Veja a discussão sobre medidores de tensão para obter detalhes sobre os dispositivos construídos para tirar vantagem deste efeito.