Mengapa bahan yang berbeda memiliki ketahanan yang berbeda

Jumlah arus yang mengalir melalui kawat berbanding lurus dengan tegangan di ujungnya. Ini berarti semakin besar tegangan di ujung kabel, semakin besar arus di kabel itu. Tetapi untuk tegangan yang sama pada kabel berbeda yang terbuat dari bahan berbeda, arusnya akan berbeda. Artinya, jika tegangan pada kabel yang berbeda meningkat dengan cara yang sama, maka peningkatan kekuatan arus akan terjadi pada kabel yang berbeda dengan cara yang berbeda, dan ini bergantung pada sifat kabel tertentu.

Untuk setiap kabel, ketergantungan nilai arus pada tegangan yang diberikan bersifat individual, dan ketergantungan ini disebut hambatan listrik penghantar R… Resistansi dalam bentuk umum dapat ditemukan dengan rumus R = U / I, yaitu sebagai perbandingan antara tegangan yang diterapkan pada suatu penghantar dengan jumlah arus yang terjadi pada tegangan tersebut di penghantar tersebut.

Semakin besar nilai arus dalam sebuah kawat pada tegangan tertentu, semakin rendah resistansinya, dan semakin banyak tegangan yang harus diterapkan pada kawat untuk menghasilkan arus tertentu, semakin besar resistansi kawat tersebut.

Dari rumus untuk menemukan hambatan, Anda dapat menyatakan I = U / R saat ini, ungkapan ini disebut Hukum Ohm… Dari situ terlihat bahwa semakin besar resistansi kawat, semakin kecil arusnya.

Perlawanan, seolah-olah, mencegah aliran arus, mencegah tegangan listrik (medan listrik di kawat) menciptakan arus yang lebih besar. Dengan demikian, resistansi mencirikan konduktor tertentu dan tidak bergantung pada tegangan yang diterapkan pada konduktor. Ketika tegangan yang lebih tinggi diterapkan, arus akan lebih tinggi, tetapi rasio U / I, yaitu resistansi R, tidak akan berubah.

Faktanya, resistansi kawat bergantung pada panjang kawat, luas penampangnya, pada substansi kawat dan suhu arusnya. Substansi konduktor terkait dengan hambatan listriknya melalui nilai yang disebut perlawanan.

Resistansi adalah ciri bahan konduktor, yang menunjukkan seberapa besar resistansi konduktor yang terbuat dari bahan tertentu jika konduktor tersebut memiliki luas penampang 1 meter persegi dan panjang 1 meter. Kabel dengan panjang 1 meter dan penampang 1 meter persegi, terdiri dari zat yang berbeda, akan memiliki hambatan listrik yang berbeda.

Intinya adalah untuk zat apa pun (biasanya ada logam, karena kabel sering terbuat dari logam) memiliki struktur atom dan molekulnya sendiri. Mengenai logam, kita dapat berbicara tentang struktur kisi kristal dan jumlah elektron bebas, berbeda untuk logam yang berbeda. Semakin rendah resistansi spesifik suatu zat, semakin baik konduktor yang dibuatnya menghantarkan arus listrik, yaitu, semakin baik ia melewati elektron melalui dirinya sendiri.

Perak, tembaga, dan aluminium memiliki resistivitas rendah. Besi dan tungsten jauh lebih besar, belum lagi paduannya, ketahanan beberapa di antaranya melebihi logam murni hingga ratusan kali lipat. Konsentrasi pembawa muatan bebas di kabel jauh lebih tinggi daripada di dielektrik, itulah sebabnya resistansi kabel selalu lebih tinggi.

Seperti disebutkan di atas, kemampuan semua zat untuk menghantarkan arus terkait dengan keberadaan pembawa arus (pembawa muatan) di dalamnya - partikel bermuatan bergerak (elektron, ion) atau partikel kuasi (misalnya, lubang dalam semikonduktor) yang dapat bergerak dalam suatu zat tertentu dalam jarak yang jauh, kita dapat dengan mudah mengatakan bahwa yang kita maksud adalah partikel atau kuasipartikel semacam itu harus dapat bergerak dalam suatu zat tertentu dalam jarak yang sangat besar, setidaknya makroskopis.

Karena kerapatan arus lebih tinggi, semakin besar konsentrasi pembawa muatan bebas dan semakin tinggi kecepatan rata-rata pergerakannya, mobilitas, yang bergantung pada jenis pembawa arus di lingkungan tertentu, juga penting. Semakin besar mobilitas pembawa muatan, semakin rendah resistansi media ini.

Kabel yang lebih panjang memiliki hambatan listrik yang lebih tinggi. Lagi pula, semakin panjang kabelnya, semakin banyak ion dari kisi kristal yang bertemu di jalur elektron yang membentuk arus. Dan ini berarti bahwa semakin banyak rintangan yang dihadapi elektron di jalan, semakin mereka melambat, yang berarti berkurang. besaran arus.

Konduktor dengan penampang besar memberi lebih banyak kebebasan pada elektron, seolah-olah elektron tidak bergerak dalam tabung sempit, tetapi dalam jalur lebar. Elektron bergerak lebih mudah dalam kondisi yang lebih luas, membentuk arus, karena jarang bertabrakan dengan simpul kisi kristal. Inilah sebabnya mengapa kawat yang lebih tebal memiliki hambatan listrik yang lebih sedikit.

Akibatnya, resistansi konduktor berbanding lurus dengan panjang konduktor, resistansi spesifik bahan pembuatnya, dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Rumus resistensi utama mencakup ketiga parameter ini.

Tapi tidak ada suhu dalam rumus di atas. Sementara itu, diketahui bahwa resistansi konduktor sangat bergantung pada suhunya. Faktanya, nilai referensi resistansi zat biasanya diukur pada suhu + 20 ° C. Oleh karena itu, suhu tetap diperhitungkan di sini. Ada tabel referensi resistensi untuk suhu zat yang berbeda.

Logam dicirikan oleh peningkatan resistansi saat suhunya meningkat.

Ini karena ketika suhu naik, ion kisi kristal mulai bergetar semakin banyak dan semakin mengganggu pergerakan elektron.Tetapi dalam elektrolit, ion membawa muatan, oleh karena itu, ketika suhu elektrolit meningkat, resistansi sebaliknya menurun, karena disosiasi ion dipercepat dan bergerak lebih cepat.

Dalam semikonduktor dan dielektrik, hambatan listrik berkurang dengan meningkatnya suhu. Ini karena konsentrasi sebagian besar pembawa muatan meningkat dengan meningkatnya suhu. Nilai yang memperhitungkan perubahan hambatan listrik sebagai fungsi suhu disebut koefisien suhu resistensi.