Widerstandsgesetze und Einheit der spezifischen Widerstandsfähigkeit
Widerstandszahl oder Widerstandsbeiwert
Die Widerstandszahl oder der Widerstandsbeiwert ist eine Eigenschaft eines Stoffes, die diesem den Widerstand gegen den Stromfluss verleiht. Die Widerstandszahl oder der Widerstandsbeiwert eines beliebigen Stoffes kann leicht aus der Formel berechnet werden, die aus den Widerstandsgesetzen abgeleitet wird.
Widerstandsgesetze
Der Widerstand eines beliebigen Stoffes hängt von den folgenden Faktoren ab,
Länge des Stoffes.
Querschnittsfläche des Stoffes.
Die Natur des Materials des Stoffes.
Temperatur des Stoffes.
Es gibt hauptsächlich vier (4) Widerstandsgesetze, aus denen die Widerstandszahl oder spezifische Widerstandszahl eines beliebigen Stoffes leicht bestimmt werden kann.
Erstes Widerstandsgesetz
Der Widerstand eines Stoffes ist direkt proportional zur Länge des Stoffes. Der elektrische Widerstand R eines Stoffes ist elektrischer Widerstand R eines Stoffes ist
Dabei ist L die Länge des Stoffes.
Wenn die Länge eines Stoffes erhöht wird, wird auch der Weg, den die Elektronen zurücklegen, länger. Wenn Elektronen länger reisen, kollidieren sie häufiger und daher verringert sich die Anzahl der Elektronen, die durch den Stoff passieren; somit reduziert sich der Strom durch den Stoff. Mit anderen Worten, der Widerstand des Stoffes nimmt mit zunehmender Länge des Stoffes zu. Diese Beziehung ist ebenfalls linear.
Zweites Widerstandsgesetz
Der Widerstand eines Stoffes ist umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche des Stoffes. Der elektrische Widerstand R eines Stoffes ist
Dabei ist A die Querschnittsfläche des Stoffes.
Der Strom durch einen beliebigen Stoff hängt von der Anzahl der Elektronen ab, die pro Zeiteinheit durch die Querschnittsfläche des Stoffes passieren. Je größer die Querschnittsfläche eines Stoffes, desto mehr Elektronen können die Querschnittsfläche überqueren. Das Passieren von mehr Elektronen durch die Querschnittsfläche pro Zeiteinheit führt zu einem höheren Strom durch den Stoff. Bei konstanter Spannung bedeutet ein höherer Strom weniger elektrischer Widerstand und diese Beziehung ist linear.
Widerstandszahl
Wenn wir diese beiden Gesetze kombinieren, erhalten wir,
Dabei ist ρ (rho) die Proportionalitätskonstante und bekannt als Widerstandszahl oder spezifische Widerstandszahl des Materials des Leiters oder des Stoffes. Wenn wir nun L = 1 und A = 1 in die Gleichung einsetzen, erhalten wir, R = ρ. Das bedeutet, dass der Widerstand eines Materials mit einer Länge von 1 Einheit und einer Querschnittsfläche von 1 Einheit gleich seiner Widerstandszahl oder spezifischen Widerstandszahl ist. Die Widerstandszahl eines Materials kann alternativ definiert werden als der elektrische Widerstand zwischen gegenüberliegenden Flächen eines Würfels mit Volumen 1 Einheit dieses Materials.
Drittes Widerstandsgesetz
Der Widerstand eines Stoffes ist direkt proportional zur Widerstandszahl des Materials, aus dem der Stoff hergestellt wurde. Die Widerstandszahl aller Materialien ist nicht gleich. Sie hängt von der Anzahl der freien Elektronen, der Größe der Atome des Materials, den Bindungsarten im Material und vielen anderen Faktoren der Materialstruktur ab. Wenn die Widerstandszahl eines Materials hoch ist, ist der Widerstand, den das aus diesem Material hergestellte Stoff anbietet, hoch und umgekehrt. Diese Beziehung ist ebenfalls linear.
Viertes Widerstandsgesetz
Die Temperatur des Stoffes beeinflusst auch den Widerstand, den der Stoff bietet. Dies liegt daran, dass die Wärmeenergie mehr interatomare Schwingungen im Metall verursacht, und daher die Elektronen während ihres Drifts vom Endpunkt mit niedrigerem Potential zum Endpunkt mit höherem Potential mehr Hindernisse begegnen. Daher nimmt in metallischen Stoffen der Widerstand mit steigender Temperatur zu. Ist der Stoff nichtmetallisch, so werden bei steigender Temperatur mehr kovalente Bindungen gebrochen, was zu mehr freien Elektronen im Material führt. Daher nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur ab.
Aus diesem Grund ist es sinnlos, den Widerstand eines Stoffes ohne Angabe seiner Temperatur zu nennen.
Einheit der Widerstandszahl
Die Einheit der Widerstandszahl kann leicht aus ihrer Gleichung bestimmt werden
Die Einheit der Widerstandszahl ist Ω – m im MKS-System und Ω – cm im CGS-System, und 1 Ω – m = 100 Ω – cm.
Liste der Widerstandszahlen verschiedener gängiger Materialien
