抵抗率 - 科学

抵抗率は、物質を通過する電流の量に対する抵抗に関連する物質の特性です。これは、物質の抵抗率が大きいほど、電流が物質を通過するのが困難になることを意味します。このようにして、前の図に示した絶縁テープの場合のように、抵抗率が非常に高い場合は絶縁物質が得られます。

抵抗率の反対は物質の導電率であり、抵抗率が高いほど抵抗率は低くなり、その結果、物質は導電性であると特徴付けられます。

抵抗率は電気抵抗に直接関係し、したがってオームの法則に関係します。各物質には固有の抵抗値があり、その値は物質の元素と電流が流れるときの元素の温度に関係します。

電気抵抗率の概要

抵抗率は、電流の通過に対する物質の抵抗を決定する物質の特性です。
抵抗率は、物質を構成する元素とその温度の影響を受けます。
物質の抵抗率が非常に高い場合、その物質は絶縁体になります。
物質の抵抗率が非常に低い場合、その物質は導体です。
抵抗率の反対の特性は導電率です。
抵抗率が高いほど、回路の電気抵抗も大きくなります。

電気抵抗率とは何ですか?

電気抵抗率は、電流の流れに抵抗する物質の特性です。したがって、周期表の各元素、またはそれらの組み合わせには、その抵抗率の値があります。その意味を視覚的な方法で表現すると、抵抗率はすべての要素に含まれる電流に対する一連の障害物となり、その長さ当たりの量は要素ごとに異なります。

物質の抵抗値が高いほど、物質を通過する電流は少なくなります。したがって、電気抵抗率が非常に高い物体は絶縁体とみなされ、抵抗率が非常に低い物体は導体と見なされます。

電気抵抗率に影響を与える要因は何ですか?

電気抵抗率は物体の組成に影響され、金属は電流を流すため、一般に非常に低い値を持ちます。また、非金属は電流を通さないため、電気抵抗値が高くなります。

抵抗率に影響を与えるもう 1 つの要因は温度です。物体の温度が高くなると、その原子の振動が大きくなり、その結果、電流の流れがさらに困難になり、これにより抵抗率が増加します。これは電流のジュール効果に関係しています。導体が加熱すると、動作を続けるためにより多くの電流が消費されるためです。これは、電気エネルギーが熱エネルギー（熱）の形で散逸されるためです。

電気抵抗率の公式は何ですか?

電気抵抗率はオームの第 2 法則に関連しています。これは、導体の電気抵抗がその抵抗率と長さに比例し、横断面積（電流が導体に入る場所）に反比例することを示しています。

\(R=\frac{\rho\cdot L}{A}\ (\ オームの第二法則\)\)

この式の抵抗率を分離すると、次のようになります。

\(\rho=\frac{R\cdot A}{L}\)

ρ = 電気抵抗率 (Ω・m);
R = 電気抵抗 (Ω);
L = 導体長さ (m);
A = 導体断面積 (m²)。

抵抗率は導体の温度に直接関係しているため、次の式はこの関係を示しています。

\(\rho=\rho_0\cdot(1+\alpha\cdot∆T)\)

\(ΔT=T-T_0\)

ρ ₀ = 初期電気抵抗率、つまり温度変化前の電気抵抗率 (Ω・m)。
ρ = 温度変化後の抵抗率 (Ω・m);
ΔT = 温度変化 (°C);
α = 導体の線膨張係数 (°C ^-1 );
T = 最終温度 (°C);
T ₀ = 初期温度 (°C)。

この式から、温度変化が大きくなるほど、新しい抵抗率が大きくなることがわかります。

例

断面積1.2・10 ^-4 m²、電気抵抗率2・10 ^-7 Ω・m、長さ3 mの導体の電気抵抗はいくらですか?

問題のあるデータを抽出します。

R = ?
長さ＝3m
A = 1.2・10 ^-4平方メートル
ρ = 2・10 ^-7 Ω・m

\(R=\frac{\rho\cdot L}{A}=\frac{{2\cdot10}^{-7}\cdot3}{{1,2\cdot10}^{-4}}=\frac {{6\cdot10}^{-7}}{{1,2\cdot10}^{-4}}={5\cdot10}^{-7-(-4)}={5\cdot10}^{ -3}\オメガ\)

抵抗率が 5・10 ^-6 Ω・m の導体に電流が流れると、その温度は 25 °C から 65 °C まで変化します。線膨張係数が約 0.004°C ^-1であることがわかっているので、導体温度を変化させた後の抵抗値を決定します。

問題のあるデータを抽出します。

ρ = 5・10 ^-6 Ω・m
_T0 = 25℃
温度＝65℃
α = 0.004 °C ^-1
ρ = ?

まず温度変化を計算します。

\(ΔT=T-T_0=65-25=40 °C\)

\(\rho=\rho_0\cdot(1+α\cdotΔT)=5\cdot10^{-6}\cdot(1+0.004\cdot40)=5\cdot10^{-6}\cdot(1+ 0.16)\)

\(\rho={5\cdot10}^{-6}\cdot\left(1,16\right)={5,8\cdot10}^{-6}\ \Omega·m\)

電気抵抗率の測定単位

電気抵抗率は、1 メートルあたりのオーム (Ω・m) で測定されます。この単位は、メートル単位の長さ当たりの物体の抵抗を意味します。つまり、導体の長さが長いほど、電気抵抗が大きくなります。

材料の抵抗率

材料の電気抵抗率はその組成に関係します。金属または金属合金の場合、その値はおよそ 10 ^-8程度になります。半導体の場合、その大きさのオーダーは 10 ^-5から 10 2 の間になり、絶縁体の場合は 10 2 を超えます。

これを周期表に関連付けると、族 1A、2A、3A、および族 B の元素は抵抗率が低くなります。ファミリ 5A から 7A までの素子の場合、それらの大部分は非金属、つまり絶縁体であるため、高い抵抗率を持ちます。次の表は、いくつかの材料の抵抗率を示しています。

物質	ρ(Ω・m)	物質の種類
銀	1.47 10 ^-8	ドライバ
銅	1.72 10 ^-8	ドライバ
金	2.44 10 ^-8	ドライバ
マンガニン	44 10 ^-8	金属合金
ピュアカーボン	3.5 10 ^-5	半導体
ガラス	10 ¹⁰ ～ 10 ¹⁴	絶縁
硫黄	10 ¹⁵	絶縁

電気抵抗率×導電率

抵抗率は導体内の電流の流れの防止に関連する特性であり、抵抗率の値が高いほど、電流の流れが少なくなります。導電率は抵抗率と反対の特性を持っているため、その値が高いほど、材料内に流れる電流が大きくなります。ギリシャ文字 σ (シグマ) で表され、測定単位は 1 メートルあたりのオームから 1 を引いたもの (Ω・m) ^-1です。

\(\sigma=\frac{1}{\rho}\)

電気抵抗率×電気抵抗

上で述べたように、電気抵抗率は電気抵抗に直接関係します。つまり、材料の抵抗率が大きいほど、それによって形成される導体の電気抵抗も大きくなります。抵抗率はオームの第 2 法則で導入され、オームの第 2 法則の式で説明されているように、導体の抵抗をその組成、長さ、断面積に関連付けます。

\(R=\frac{\rho\cdot L}{A}\)