材質が異なると抵抗が異なる理由

ワイヤを流れる電流の量は、ワイヤの両端間の電圧に正比例します。これは、ワイヤの端の電圧が大きいほど、そのワイヤに流れる電流も大きくなることを意味します。しかし、異なる材料で作られた異なるワイヤ上の同じ電圧の場合、電流は異なります。つまり、異なるワイヤの電圧が同じように増加すると、電流強度の増加は異なるワイヤで異なる方法で発生し、これは特定のワイヤの特性によって異なります。

各ワイヤの印加電圧に対する電流値の依存性は個別であり、この依存性を といいます。 導体の電気抵抗 R… 一般的な形式の抵抗は、式 R = U / I、つまり、導体に印加される電圧と、その電圧で導体に発生する電流量の比として求められます。

所定の電圧におけるワイヤの電流値が大きいほど、ワイヤの抵抗は低くなり、所定の電流を生成するためにワイヤに印加する必要がある電圧が大きくなるほど、ワイヤの抵抗は大きくなります。

抵抗を求める公式から、電流 I = U / R を表すことができます。この式はと呼ばれます。 オームの法則… これから、ワイヤの抵抗が大きいほど、電流が小さくなることがわかります。

いわば、抵抗は電流の流れを妨げ、電圧（ワイヤ内の電界）がさらに大きな電流を生成するのを防ぎます。したがって、抵抗は特定の導体を特徴づけるものであり、導体に印加される電圧には依存しません。より高い電圧を印加すると電流は大きくなりますが、U/Iの比、つまり抵抗Rは変わりません。

実際、ワイヤの抵抗は、ワイヤの長さ、断面積、ワイヤの材質、および現在の温度に依存します。導体の物質は、いわゆる 抵抗.

抵抗は導体の材質を特徴付けるもので、そのような導体の断面積が1平方メートル、長さが1メートルの場合に、特定の物質で作られた導体がどのくらいの抵抗を持つかを示します。長さ 1 メートル、断面 1 平方メートルのワイヤは、異なる物質で構成されており、電気抵抗も異なります。

肝心なのは、どんな物質でも（通常は 金属、ワイヤーが金属で作られていることが多いため) は独自の原子および分子構造を持っています。金属に関しては、結晶格子の構造と自由電子の数について話すことができますが、それは金属によって異なります。特定の物質の比抵抗が低いほど、その物質で作られた導体の電流伝導性が良くなります。つまり、電子がそれ自身を通過しやすくなります。

銀、銅、アルミニウムは抵抗率が低いです。合金はもちろんのこと、鉄やタングステンははるかに大きく、その抵抗は純金属の数百倍を超えるものもあります。ワイヤ内の自由電荷キャリアの濃度は誘電体よりも大幅に高いため、ワイヤの抵抗は常に高くなります。

上で述べたように、すべての物質が電流を流す能力は、その物質内に存在する電流キャリア (電荷キャリア)、つまり移動可能な荷電粒子 (電子、イオン) または準粒子 (たとえば、半導体内の正孔) の存在に関連しています。特定の物質中を長距離移動するということは、そのような粒子または準粒子が特定の物質中を任意に大きな、少なくとも巨視的な距離を移動できなければならないことを意味していると簡単に言うことができます。

電流密度が高くなるほど、自由電荷キャリアの濃度が高くなり、その平均移動速度が高くなるため、特定の環境における電流キャリアの種類に依存する移動度も重要になります。電荷キャリアの移動度が大きいほど、この媒体の抵抗は低くなります。

ワイヤが長いほど電気抵抗が高くなります。結局のところ、ワイヤが長ければ長いほど、電流を形成する電子の経路で結晶格子からのより多くのイオンが出会うことになります。これは、電子が途中で遭遇する障害物が多ければ多いほど、速度が低下することを意味します。 電流の大きさ.

断面積が大きい導体は、電子が狭い管内ではなく広い経路を移動しているかのように、より自由度を電子に与えます。電子は結晶格子のノードと衝突することがほとんどないため、より広い条件でより容易に移動し、電流を形成します。太いワイヤほど電気抵抗が小さくなるのはこのためです。

その結果、導体の抵抗は導体の長さ、導体を構成する物質の比抵抗に正比例し、導体の断面積に反比例します。最終的な抵抗の式には、これら 3 つのパラメータが含まれます。

しかし、上の式には温度がありません。一方、導体の抵抗は温度に大きく依存することが知られています。実際のところ、物質の抵抗の基準値は通常+ 20°Cの温度で測定されます。したがって、ここでも温度が考慮されます。さまざまな物質温度に対する抵抗参照表があります。

金属は温度が上昇すると抵抗が増加するという特徴があります。

これは、温度が上昇するにつれて、結晶格子のイオンがますます振動し始め、電子の動きをますます妨害するためです。しかし、電解質ではイオンが電荷を持っているため、電解質の温度が上昇すると、イオンの解離が加速し、イオンの移動が速くなるため、逆に抵抗が減少します。

半導体および誘電体では、温度が上昇すると電気抵抗が減少します。これは、ほとんどの電荷キャリアの濃度が温度の上昇とともに増加するためです。温度の関数としての電気抵抗の変化を考慮した値は、と呼ばれます。 抵抗温度係数.