Vastuskyvyn lait ja vastuskyvyn yksikkö
Vastusvastus tai Vastuskerroin
Vastusvastus tai vastuskerroin on aineen ominaisuus, joka vastustaa sähkövirran kulkuun aineessa. Minkä tahansa aineen vastusvastusta tai vastuskerrointa voidaan helposti laskentakaavalla, joka perustuu Vastuslakeihin.
Vastuslakeet
Minkä tahansa aineen vastus riippuu seuraavista tekijöistä,
Pituus aineesta.
Poikkileikkausala aineesta.
Aineen luonnollinen materiaali.
Lämpötila aineesta.
On pääasiassa neljä (4) vastuslakea, joista minkä tahansa aineen vastusvastus tai erityisvastus voidaan helposti määrittää.
Vastusvastuksen ensimmäinen laki
Aineen vastus on suoraan verrannollinen aineen pituuteen. Aineen sähköinen vastus R on
Missä L on aineen pituus.
Jos aineen pituus kasvaa, elektronien kuljettava matka kasvaa myös. Jos elektronit kulkuvat pidempään, ne törmäävät enemmän, ja seurauksena vähenee elektronien määrä, jotka kulkevat aineessa; tämä vähentää virran aineessa. Toisin sanoen, aineen vastus kasvaa aineen pituuden kasvaessa. Tämä suhde on lineaarinen.
Vastusvastuksen toinen laki
Aineen vastus on kääntäen verrannollinen aineen poikkileikkausalaan. Aineen sähköinen vastus R on
Missä A on aineen poikkileikkausala.
Virran aineessa riippuu siitä, kuinka monta elektronia kulkee aineen poikkileikkausalan läpi yksikköaikana. Joten, jos aineen poikkileikkausala on suurempi, niin useammat elektronit voivat kulkea sen läpi. Enemmän elektronien kulku aineen poikkileikkausalan läpi yksikköaikana aiheuttaa suurempaa virran aineessa. Kiinteällä jännitteellä suurempi virran tarkoittaa pienempää sähköistä vastusta ja tämä suhde on lineaarinen.
Vastusvastus
Yhdistämällä nämä kaksi lakia saamme,
Missä, ρ (rho) on verrannollisuuskertoja ja tunnetaan vastusvastuksena tai erityisvastuksena aineen johtajan tai aineen osalta. Nyt, jos asetamme L = 1 ja A = 1 yhtälöön, saamme, R = ρ. Tämä tarkoittaa, että aineen, jonka pituus on yksi ja poikkileikkausala yksi, vastus on sama kuin sen vastusvastus tai erityisvastus. Aineen vastusvastus voidaan määritellä myös aineen yksikkömäärän vastusvastuksena vastakkaisilla puolilla kyseisen aineen kuutiota.
Vastusvastuksen kolmas laki
Aineen vastus on suoraan verrannollinen aineeseen käytettyjen materiaalien vastusvastukseen. Kaikkien materiaalien vastusvastus ei ole sama. Se riippuu vapaiden elektronien määrästä, atomien kokoista, materiaalien sidostyyppistä ja monista muista materiaalirakenteen tekijöistä. Jos materiaalin vastusvastus on korkea, aineella, joka on tehty tällä materiaalilla, on korkea vastus, ja päinvastoin. Tämä suhde on myös lineaarinen.
Vastusvastuksen neljäs laki
Aineen lämpötila vaikuttaa myös aineen vastukseen. Tämä johtuu siitä, että lämpöenergia aiheuttaa lisää atomin välisten värähtelyiden metallissa, ja siksi elektronien esteiden määrä kasvaa alhaammasta potentiaalipäästä korkeampaan potentiaalipäähän kulkiessa. Siksi metallisessa aineessa vastus kasvaa lämpötilan kasvaessa. Jos aine on epämetallinen, lämpötilan kasvaessa hajoaa enemmän kovalenttisia siteitä, mikä aiheuttaa aineessa enemmän vapaita elekronien. Siksi vastus pienenee lämpötilan kasvaessa.
Siksi aineen vastuksen mainitseminen ilman lämpötilan mainitsemista on merkityksetöntä.
Vastusvastuksen yksikkö
Vastusvastuksen yksikkö voidaan helposti määrittää sen yhtälöstä
Vastusvastuksen yksikkö on Ω – m MKS-järjestelmässä ja Ω – cm CGS-järjestelmässä, ja 1 Ω – m = 100 Ω – cm.
Erilaisten yleisesti käytettyjen materiaalien vastusvastuksen luettelo
