電線の電気抵抗

電気抵抗と導電率の概念

電流が流れる物体には、一定の抵抗があります。電流が流れるのを妨げる導電性材料の特性を電気抵抗といいます。

電子理論は、金属導体の電気抵抗の性質をこのように説明します。自由電子は、ワイヤーに沿って移動する際、その途中で原子や他の電子に何度も遭遇し、それらと相互作用することで、必然的にエネルギーの一部を失います。いずれにせよ、電子はその運動に対して抵抗を経験します。異なる原子構造を持つ異なる金属導体は、電流に対する抵抗が異なります。

まったく同じことが、電流の通過に対する液体導体と気体の抵抗を説明します。しかし、これらの物質では、電子ではなく分子の荷電粒子が運動中に抵抗を受けることを忘れてはなりません。

抵抗はラテン文字の R または r で表されます。

オームは電気抵抗の単位として使用されます。

オームは、温度 0 ℃、高さ 106.3 cm、断面積 1 mm2 の水銀柱の抵抗です。

たとえば、ワイヤの電気抵抗が 4 オームの場合、R = 4 オームまたは r = 4 番目のように記述されます。

大きな値の抵抗を測定する場合は、メグオームと呼ばれる単位が採用されます。

1 メガオームは 100 万オームに相当します。

ワイヤの抵抗が大きいほど、電流は流れにくくなり、逆に、ワイヤの抵抗が低いほど、電流はこのワイヤを通過しやすくなります。

したがって、（電流の通過の観点から）導体の特性については、その抵抗だけでなく、抵抗の逆数であり、導電率と呼ばれる値も考慮に入れることができます。

電気伝導率は、材料がそれ自体に電流を流す能力と呼ばれます。

コンダクタンスは抵抗の逆数であるため、1 /R で表され、コンダクタンスはラテン文字 g で表されます。

導体の材質、寸法、周囲温度が電気抵抗値に与える影響

さまざまなワイヤの抵抗は、ワイヤの材質によって異なります。さまざまな材料の電気抵抗を特徴付けるために、いわゆる抵抗。

長さ1m、断面積1mm2のワイヤの抵抗と呼ばれる抵抗。抵抗はギリシャ文字の r で表され、導体を構成する各材料には独自の固有抵抗があります。

たとえば、銅の抵抗は 0.017 です。つまり、長さ 1 m、断面積 1 mm2 の銅線の抵抗は 0.017 オームです。アルミニウムの抵抗値は0.03、鉄の抵抗値は0.12、コンスタンタンの抵抗値は0.48、ニクロムの抵抗値は1～1.1です。

詳細については、こちらをご覧ください。 電気抵抗とは何ですか?

ワイヤの抵抗はその長さに正比例します。つまり、ワイヤが長いほど電気抵抗は大きくなります。

ワイヤの抵抗は断面積に反比例します。つまり、ワイヤが太ければ抵抗は低くなり、逆にワイヤが細くなると抵抗は高くなります。

この関係をよりよく理解するために、2 対の連絡血管 (1 対の血管には細い接続チューブがあり、もう 1 対には太い接続チューブがある) を想像してください。容器の 1 つ（各ペア）が水で満たされている場合、太いパイプを介した別の容器への移送は、細いパイプを介するよりもはるかに速く行われることは明らかです。太いパイプは水の流れの抵抗が少なくなります。同様に、電流は細いワイヤよりも太いワイヤを通過しやすく、つまり、前者の抵抗は後者よりも低くなります。

導体の電気抵抗は、この導体が作られている材料の比抵抗に導体の長さを乗じ、導体の断面積で割った値に等しくなります。導体：

R = p l / S、

ここで、R - ワイヤの抵抗、オーム、l - ワイヤの長さ（m）、C - ワイヤの断面積、mm2。

丸線の断面積は次の式で計算されます。

S = 円周率 xd2 / 4

ここで、Pi は 3.14 に等しい定数値です。 d — ワイヤの直径。

ワイヤーの長さは次のように決定されます。

l = S R / p、

この式に含まれる他の量がわかっていれば、この式により、ワイヤの長さ、断面積、抵抗を決定することができます。

ワイヤの断面積を決定する必要がある場合、式は次の形式になります。

S = p l / R

同じ式を変形し、p に関して等式を解くと、ワイヤの抵抗が求められます。

R = R S / l

後者の式は、導体の抵抗値や寸法はわかっているが材質が不明で、しかも外観から判断することが難しい場合に使用します。これを行うには、ワイヤの抵抗を決定し、表を使用してそのような抵抗を持つ材料を見つける必要があります。

ワイヤの抵抗に影響を与えるもう 1 つの要因は温度です。

温度が上昇すると金属ワイヤの抵抗が増加し、温度が低下すると抵抗が減少することが確認されています。純金属導体の抵抗の増加または減少はほぼ同じで、1 °C あたり平均 0.4% です。液体導体と石炭の抵抗は、温度の上昇とともに減少します。

物質の構造に関する電子理論は、温度の上昇に伴う金属導体の抵抗の増加について次のように説明します。加熱されると、導体は熱エネルギーを受け取り、その熱エネルギーは必然的に物質のすべての原子に伝達され、その結果、それらの運動の強度が増加します。原子の動きが増加すると、自由電子の指向性運動に対する抵抗が大きくなり、導体の抵抗が増加するのはこのためです。温度が下がると、電子の方向性の移動にとってより良い条件が作り出され、導体の抵抗が減少します。これは、金属の超伝導という興味深い現象を説明します。

超電導金属の抵抗がゼロになることは、-273°°という巨大なマイナスの温度、いわゆる絶対零度で起こります。絶対零度の温度では、金属原子は電子の動きによってまったく妨げられず、その場で凍ったように見えます。