Để có thể lựa chọn được những loại dây dẫn điện cho các công trình hay chính hệ thống điện của gia đình bạn thì chúng ta cần biết được điện trở suất của chất liệu dây dẫn đó. Câu hỏi đặt ra chính là điện trở suất là gì? Điện trở suất phụ thuộc vào những yếu tố nào? Nguyên nhân có điện trở suất?,… Tất tần tật những nghi vấn này sẽ nhanh chóng được chúng tôi giải đáp ngay trong phần nội dung chia sẻ sau đây.
Nội dung bài viết
Điện trở suất là gì?
Chúng ta thường đã được tiếp xúc với đại lượng này từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường. Đây là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của mỗi chất. Chúng cũng gần tương tự như điện trở vậy. Cụ thể, điện trở chính là khả năng cản trở dòng điện của một dây dẫn.
Còn điện trở suất chính là điện trở của mỗi chất trên một đơn vị diện tích mặt cắt ngang ở nhiệt độ xác định. Chúng ta có thể hiểu đơn giản qua ví dụ, điện trở chính là khả năng cản trở điện của dây dẫn bằng đồng. Nhưng điện trở suất lại chính là điện trở của đồng.
điện trở suất là gì
Điện trở suất của một dây dẫn là gì?
Trong vật lý, điện trở suất được ký hiệu là ρ. Điện trở suất của một dây dẫn điện chính là điện trở của dây dẫn đó có chiều dài 1m với tiết diện là 1m². Điện trở suất này đặc trưng cho vật liệu cấu thành dây dẫn đó. Chúng có công thức như sau:
R = ρ.(l/S)
Trong đó:
- R: là điện trở
- S: là tiết diện ngang
- l: là chiều dài của vật dẫn
- ρ: là điện trở suất
Ngoài ra, theo định luật Ohm vi phân thì điện trở suất còn được định nghĩa là:
ρ = E/J
Trong đó:
- E: là cường độ điện trường
- J: là mật động dòng điện
Điện trở suất của dây dẫn
Điện trở suất phụ thuộc vào yếu tố nào?
Điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ. Cụ thể, điện trở suất của kim loại sẽ tăng khi nhiệt độ tăng. Còn điện trở suất của chất bán dẫn thường sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Đặc biệt, trong mọi trường hợp thì điện trở suất của vật dẫn phụ thuộc vào các cơ chế tán xạ của điện tử trong các vật liệu. Cụ thể như tán xạ sai hỏng, tán xạ trên phonon, tán xạ trên spin.
Ngoài ra, đại lượng điện trở suất còn phụ thuộc vào mật độ điện tử tự do có trong chất. Tổng quát lại theo công thức Bloch Gruneissen thì điện trở suất trong kim loại phụ thuộc vào:
Trong đó:
- ρ(0): là điện trở suất tồn dư bởi tán xạ sai hỏng
- A: là hằng số phụ thuộc vào vận tốc điện tử trên mặt Fermi, mật độ điện tử trong kim loại và bán kính Debye
- ΘR: là nhiệt độ Debye
- n: là số nguyên phụ thuộc vào cơ chế tương tác
Đối với các chất bán dẫn điện trở suất giảm theo nhiệt độ dựa trên phương trình Steinhart-Hart
1/T = A + Bln(ρ) + C(ln(ρ))3
Trong đó: A, B, C là hằng số hay còn gọi là hệ số Steinhart-Hart
Bảng điện trở suất của một số kim loại phổ biến
Nguyên nhân có điện trở suất trong kim loại là do sự va chạm của các ion dương ở các nút mạng bị mất trật tự với các e. Để hiểu hơn về điện trở suất của một số chất phổ biến, chúng ta hãy cùng tham khảo bảng tổng hợp sau đây. Điện trở suất của các chất dưới đây được đo tại 200C. Đơn vị đo là Ωm.
Vàng có điện trở suất rất thấp cho nên dẫn điện rất tốt
| Điện trở suất của đồng | 1.72×10-8 |
| Điện trở suất của nhôm | 2.82×10-8 |
| Điện trở suất của Nikêlin | 0.40×10-6 |
| Điện trở suất của Nicrom | 1.10×10-6 |
| Điện trở suất của Vonfram | 5.5×10-8 |
| Điện trở suất của nước | 2×103 |
| Điện trở suất của sắt | 1×10-7 |
Ý nghĩa điện trở suất trong thực tiễn
Trong thực tiễn, ý nghĩa của điện trở suất là vô cùng quan trọng vì chúng cho người dùng biết được nên sử dụng loại vật liệu nào cho các hạng mục điện và điện tử nào để phù hợp nhất.
Ví dụ như trong ứng dụng làm dây dẫn điện thông thường. Thì một dây dẫn điện tốt phải có điện trở suất thấp, khi đó hiệu quả dẫn điện mới cao. Chúng ta không thể lựa chọn những vật liệu dẫn điện kém để làm dây dẫn được. Đồng sẽ là một lựa chọn hợp lý khi chúng có điện trở suất thấp mà giá thành lại rẻ. Điện trở suất của chất này chỉ khoảng 1.72×10-8 Ωm. Điều này khiến cho chúng trở nên lý tưởng để sử dụng làm dây điện. Bạc và vàng là những kim loại có điện trở suất thấp hơn nhiều, tuy nhiên giá thành của chúng quá cao khiến cho chúng không thể trở thành dây dẫn điện được.
Biết được điện trở suất sẽ lựa chọn được những vật liệu phù hợp nhất
Bên cạnh đó, điện trở suất còn là yếu tố then chốt trong các linh kiện điện tử. Đối với các mạch tích hợp, điện trở suất của các vật liệu trong chip là rất quan trọng. Một số khu vực cần có điện trở rất thấp và có thể kết nối với các khu vực khác nhau của vi mạch bên trong. Trong khi các vật liệu khác cần cách ly các khu vực khác nhau. Lúc này điện trở suất là điều kiện cần để thực hiện nhiệm vụ này.
Đến đây hẳn bạn đã biết điện trở suất là gì. Những thông tin tổng hợp trên đây hy vọng sẽ hữu ích đối với quý vị trong thực tiễn cuộc sống của mình.
Bài viết liên quan khác:
- Hệ số công suất là gì? Ý nghĩa và công thức tính hệ số công suất
- Quán tính là gì? Lực quán tính trong các hệ quy chiếu
- Sóng điện từ là gì? Đặc điểm, cấu tạo và ứng dụng của sóng điện từ
- Sóng vô tuyến là gì? Sức mạnh và những ứng dụng của sóng vô tuyến
- Sóng điện thoại là sóng gì? Sóng điện thoại gây vô sinh không?
