Otpornost ili koeficijent otpornosti
Otpornost ili koeficijent otpornosti je svojstvo tvari, zbog kojeg tvar nudi odpor strujanju kroz nju. Otpornost ili koeficijent otpornosti bilo koje tvari lako se može izračunati pomoću formule izvedene iz Zakona o otpornosti.
Zakoni o otpornosti
Otpor bilo koje tvari ovisi o sljedećim faktorima,
Duljina tvari.
Površina presjeka tvari.
Priroda materijala tvari.
Temperatura tvari.
Postoji četiri (4) zakona o otpornosti, pomoću kojih se lako može odrediti otpornost ili specifična otpornost bilo koje tvari.
Prvi zakon o otpornosti
Otpor tvari je direktno proporcionalan duljini tvari. Električni otpor R tvari je
gdje je L duljina tvari.
Ako se poveća duljina tvari, poveća se i put koji elektroni prelaze. Ako elektroni putuju duže, više sudara imaju, a posljedično smanji se broj elektrona koji prođe kroz tvar; stoga se struja kroz tvar smanji. Drugim riječima, otpor tvari raste s porastom duljine tvari. Ova relacija je također linearna.
Drugi zakon o otpornosti
Otpor tvari je obrnuto proporcionalan površini presjeka tvari. Električni otpor R tvari je
gdje je A površina presjeka tvari.
Struja kroz bilo koju tvar ovisi o broju elektrona koji prođu kroz presjek tvari po jedinici vremena. Dakle, ako je presjek tvari veći, više elektrona može proći kroz presjek. Prolaženje većeg broja elektrona kroz presjek po jedinici vremena uzrokuje veću struju kroz tvar. Za fiksnu naponsku razliku, veća struja znači manji električni otpor i ova relacija je linearna.
Otpornost
Kombinirajući ova dva zakona dobivamo,
gdje je ρ (rho) konstanta proporcionalnosti i poznata kao otpornost ili specifična otpornost materijala provodnika ili tvari. Sada, ako stavimo L = 1 i A = 1 u jednadžbu, dobivamo R = ρ. To znači da je otpor materijala jedinične duljine s jediničnom površinom presjeka jednak njegovoj otpornosti ili specifičnoj otpornosti. Otpornost materijala može se alternativno definirati kao električni otpor između suprotnih strana kocke jediničnog volumena tog materijala.
Treći zakon o otpornosti
Otpor tvari je direktno proporcionalan otpornosti materijala od kojeg je tvar izrađena. Otpornost svih materijala nije ista. Ovisi o broju slobodnih elektrona, veličini atoma materijala, vrsti vezanja u materijalu i mnogim drugim faktorima strukture materijala. Ako je otpornost materijala visoka, otpor koji tvar iz tog materijala nudi je visok, i obrnuto. Ova relacija je također linearna.
Četvrti zakon o otpornosti
Temperatura tvari također utječe na otpor koji tvar nudi. To je zato što toplinska energija uzrokuje više međuatomske vibracije u metale, a stoga elektroni imaju više prepreka prilikom klizanja od kraja s nižim potencijalom do kraja s višim potencijalom. Stoga, u metalnim tvarima, otpor raste s porastom temperature. Ako je tvar nemetalna, s porastom temperature više kovalentnih veza se prekida, što uzrokuje više slobodnih elektrona u materijalu. Stoga, otpor smanjuje se s porastom temperature.
Stoga je bez smisla spominjati otpor bilo koje tvari bez spominjanja njezine temperature.
Jedinica za otpornost
Jedinica za otpornost lako se može odrediti iz njene jednadžbe
Jedinica za otpornost je Ω – m u MKS sustavu i Ω – cm u CGS sustavu, a 1 Ω – m = 100 Ω – cm.
Popis otpornosti različitih često korištenih materijala