Kiến thức

Điện trở – Wikipedia tiếng Việt

Điện trở

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới điều hướng

Bước tới tìm kiếm

Điện trở

đại lượng vật lý

đặc trưng cho tính chất cản trở

dòng điện

của vật liệu.

Ohm

đơn vị đo

điện trở trong

SI

. Đại lượng nghịch đảo của điện trở là

độ dẫn điện

G được đo bằng

siêmen

. Giá trị điện trở càng lớn thì độ dẫn điện càng kém. Khi vật dẫn cản trở dòng điện,

năng lượng

dòng điện bị chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, ví dụ như

nhiệt năng

.

Định nghĩa trên chính xác cho

dòng điện một chiều

. Đối với

dòng điện xoay chiều

, trong mạch điện chỉ có điện trở, tại thời điểm cực đại của điện áp thì dòng điện cũng cực đại. Khi điện áp bằng không thì dòng điện trong mạch cũng bằng không. Điện áp và dòng điện cùng pha. Tất cả các công thức dùng cho mạch điện một chiều đều có thể dùng cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở mà các trị số dòng điện xoay chiều lấy theo trị số hiệu dụng.

[1]

Đối với nhiều chất dẫn điện, trong điều kiện môi trường (ví dụ

nhiệt độ

) ổn định, điện trở không phụ thuộc vào giá trị của cường độ dòng điện hay hiệu điện thế. Hiệu điện thế luôn tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và hằng số tỷ lệ chính là điện trở. Trường hợp này được miêu tả theo

định luật Ohm

và các chất dẫn điện như thế gọi là các

thiết bị ohm

. Các thiết bị này nhiều khi cũng được gọi là các

điện trở

, như một

linh kiện điện tử thụ động

trong

mạch điện

, được ký hiệu với chữ R (tương đương với từ resistor trong

tiếng Anh

).

Tính chất vật lý của điện trở[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Tính chất dẫn điện, hay cản trở điện, của nhiều vật liệu có thể giải thích bằng

cơ học lượng tử

. Mọi vật liệu đều được tạo nên từ mạng lưới các

nguyên tử

. Các nguyên tử chứa các

electron

, có

năng lượng

gắn kết với

hạt nhân nguyên tử

nhận các giá trị rời rạc trên các mức cố định. Các mức này có thể được nhóm thành 2 nhóm:

vùng dẫn

vùng hóa trị

thường có năng lượng thấp hơn vùng dẫn. Các electron có năng lượng nằm trong vùng dẫn có thể di chuyển dễ dàng giữa mạng lưới các nguyên tử.

Khi có

hiệu điện thế

giữa hai đầu miếng vật liệu, một

điện trường

được thiết lập, kéo các electron ở vùng dẫn di chuyển nhờ

lực Coulomb

, tạo ra

dòng điện

. Dòng điện mạnh hay yếu phụ thuộc vào số lượng electron ở vùng dẫn.

Các electron nói chung sắp xếp trong nguyên tử từ mức năng lượng thấp đến cao, do vậy hầu hết nằm ở vùng hóa trị. Số lượng electron nằm ở vùng dẫn tùy thuộc vật liệu và điều kiện kích thích năng lượng (

nhiệt độ

,

bức xạ điện từ

từ môi trường). Chia theo tính chất các mức năng lượng của electron, có sáu loại vật liệu chính sau:

Vật liệu Điện trở suất, ρ (

Ω

m

)

Siêu dẫn

0

Kim loại

10−8{displaystyle 10^{-8}}

Bán dẫn

thay đổi mạnh

Chất điện phân

thay đổi mạnh

Cách điện

1016{displaystyle 10^{16}}
Superinsulators {displaystyle infty }

Lý thuyết vừa nêu không giải thích tính chất dẫn điện cho mọi vật liệu. Vật liệu như

siêu dẫn

có cơ chế dẫn điện khác, nhưng không nêu ở đây do vật liệu này không có điện trở.

Kim loại[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Trong

kim loại

luôn có

electron

nằm ở vùng dẫn. Trên thực tế, không có khoảng cách giữa vùng dẫn và vùng hóa trị, và có thể coi hai vùng là một đối với kim loại.

Mạng lưới nguyên tử của kim loại, thực tế, không hoàn hảo: các chỗ bị sứt mẻ trong mạng lưới

tán xạ

electron, gây nên sự cản trở với sự di chuyển của electron (điện trở). Khi

nhiệt độ

tăng, các nguyên tử dao động mạnh hơn và dễ va chạm vào các electron hơn, khiến điện trở tăng theo.

Vật dẫn điện càng dài, số lượng va chạm của electron trên đường đi càng tăng, khiến điện trở vật dẫn càng tăng.

Bán dẫn và cách điện[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Trong chất

bán dẫn

và chất

cách điện

, các nguyên tử tương tác với nhau khiến cho khoảng cách năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị lớn; hầu hết các

electron

không nằm ở vùng dẫn. Để có đủ electron dẫn điện, cần cung cấp nhiều năng lượng cho electron nhảy lên vùng dẫn, ví dụ

nhiệt năng

hay

quang năng

. Một

hiệu điện thế

lớn chỉ tạo được

dòng điện

yếu do có ít

điện tử

dẫn điện; do đó chất bán dẫn và chất cách điện có

điện trở suất

cao.

Trong chất

bán dẫn

, khi tăng

nhiệt độ

, các electron có thể nhận

nhiệt năng

để nhảy lên vùng dẫn. Hiệu ứng nhiệt này mạnh hơn hiệu ứng cản trở dòng do dao động mạng, khiến điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Tương tự, có thể chiếu

ánh sáng

, hay

bức xạ điện từ

nói chung, vào một số chất bán dẫn, để truyền năng lượng cho các electron (sau khi

hấp thụ

các

photon

) nhảy lên vùng dẫn và tăng tính dẫn điện, như trong

CCD

của

camera

hay

pin Mặt Trời

.

Có thể thay đổi khả năng dẫn điện của các chất bán dẫn bằng việc pha thêm tạp chất lựa chọn đặc biệt để tạo ra các lỗi trong mạng tinh thể có thừa

electron

tự do (

bán dẫn loại n

) hoặc thiếu electron gọi là

lỗ trống điện tử

(

bán dẫn loại p

). Nồng độ tạp chất quyết định số lỗ trống hay điện tử tự do trong vật liệu, do đó quyết định tính dẫn điện của vật liệu.

Siêu dẫn[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Các điện trở của một chất

dẫn điện

 giảm dần khi nhiệt độ được hạ xuống. Trong các

dây dẫn

thông thường, chẳng hạn như 

đồng

 hoặc 

bạc

, giảm này được giới hạn bởi các tạp chất và các khuyết tật khác. Thậm chí gần không độ tuyệt đối, một mẫu thực sự của một dây dẫn bình thường cho thấy một số kháng. Trong một chất siêu dẫn, sức đề kháng giảm đột ngột bằng không khi vật liệu được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ tới hạn của nó. Một 

dòng điện

 chạy trong một vòng lặp của chất

siêu dẫn

 có thể kéo dài vô thời hạn mà không có nguồn điện.

Năm 1986, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một số 

cuprate

 – 

perovskite

 

gốm

 vật liệu có nhiệt độ cao hơn rất nhiều loại vật liệu quan trọng, và vào năm 1987 có một chất được sản xuất với một nhiệt độ tới hạn trên 90K (-183,15 °C). Một nhiệt độ chuyển đổi cao như vậy là lý thuyết không thể cho một chất siêu dẫn thông thường, vì vậy các nhà nghiên cứu đặt tên cho những dây dẫn 

siêu dẫn nhiệt độ cao

 . 

Nitơ lỏng

 sôi ở 77K (-196,15 °C), tạo điều kiện cho nhiều thí nghiệm và các ứng dụng mà ít thực hành ở nhiệt độ thấp hơn. Trong các chất siêu dẫn thông thường, các electron được tổ chức với nhau theo cặp bởi một điểm thu hút trung gian bởi lưới 

phonon

. Các mô hình có sẵn tốt nhất của chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao vẫn còn hơi thô. Có một giả thuyết cho rằng cặp electron trong chất siêu dẫn nhiệt độ cao được trung gian bởi

sóng spin

tầm ngắn gọi là

paramagnons

Plasma[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Sét

 là một ví dụ về hiện tượng của

plasma

ở bề mặt

Trái đất

. Thông thường, sét có chỉ số đo lên đến 30.000

ampe

và 100 triệu

volt

, phát ra

ánh sáng

,

sóng radio

,

tia X

và thậm chí

tia gamma

. Nhiệt độ của plasma trong sét có thể lên tới 28.000K (27.726,85 °C) và

mật độ điện tử

có thể vượt quá 10 24 m −3.

Plasma rất tốt cho

dây dẫn điện

 và có tiềm năng điện đóng một vai trò quan trọng. Các tiềm năng như nó tồn tại trên trung bình trong không gian giữa các hạt tích điện, độc lập với các câu hỏi của nó như thế nào có thể đo được, gọi là 

tiềm năng plasma

,hoặc 

tiềm năng không gian

. Nếu một điện cực được đưa vào một plasma, tiềm năng của nó thường nằm đáng kể dưới mức tiềm năng trong huyết tương, do những gì được gọi là một 

vỏ bọc Debye

 . Độ dẫn điện tốt của plasma làm điện trường của họ rất nhỏ. Điều này dẫn đến các khái niệm quan trọng của 

quasineutrality

, trong đó nói rằng

mật độ điện tích

âm là xấp xỉ bằng với mật độ điện tích dương trên khối lượng lớn của plasma (n e = <Z> n i), nhưng trên quy mô của các 

chiều dài Debye

có thể có phí mất cân bằng. Trong trường hợp đặc biệt mà 

lớp kép

 được hình thành, sự chia tách phí có thể kéo dài vài chục độ dài Debye.

Độ lớn của các tiềm năng và các lĩnh vực điện phải được xác định bằng các phương tiện khác hơn là chỉ đơn giản là tìm kiếm mạng 

mật độ điện tích

. Một ví dụ phổ biến là cho rằng các điện tử đáp ứng các 

mối quan hệ Boltzmann

 :

ne∝eeΦ/kBTe.{displaystyle {displaystyle n_{e}propto e^{ePhi /k_{B}T_{e}}.}}

Phân biệt mối quan hệ này cung cấp một phương tiện để tính toán điện trường từ mật độ:

E→=−kBTee∇nene.{displaystyle {displaystyle {vec {E}}=-{frac {k_{B}T_{e}}{e}}{frac {nabla n_{e}}{n_{e}}}}.}

Nó có thể sản xuất một plasma mà không phải là

quasineutral

. Một chùm tia điện tử, ví dụ, có chi phí chỉ tiêu cực. Mật độ của plasma không trung tính thường phải rất thấp, hoặc nó phải rất nhỏ. Nếu không, đẩy 

lực tĩnh điện

 tiêu tán nó.

Trong 

vật lý thiên thể

 

plasma

, Debye sàng lọc ngăn chặn các lĩnh vực điện từ trực tiếp ảnh hưởng đến huyết tương trên một khoảng cách lớn, tức là lớn hơn 

chiều dài Debye

. Tuy nhiên, sự tồn tại của các hạt tích gây plasma để tạo ra, và bị ảnh hưởng bởi 

từ trường

. Điều này có thể và không gây ra hành vi cực kỳ phức tạp, chẳng hạn như các thế hệ của lớp kép plasma, một đối tượng mà tách phí hơn một vài chục 

độ dài Debye

. Tính năng động của plasma tương tác với bên ngoài và tự tạo ra 

từ trường

 được nghiên cứu trong các ngành của 

từ thủy động lực học

.

Xem thêm: Yahoo Hỏi & Đáp đã ngừng hoạt động

Điện trở của dây dẫn[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Điện trở R của dây dẫn tỉ lệ thuận với điện trở suất và độ dài dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây

R=ρlS{displaystyle R=rho {frac {l}{S}}}

Trong đó:

l là

chiều dài

của dây dẫn, đo theo

mét

S là tiết diện (diện tích mặt cắt), đo theo

m2

ρ (

tiếng Hy Lạp

: ) là

điện trở suất

(hay còn gọi là

điện trở riêng

hoặc

suất điện trở

), nó là thước đo khả năng kháng lại dòng điện của vật liệu. Điện trở suất của một dây dẫn là điện trở của một dây dẫn dài 1m có tiết diện 1mm2, nó đặc trưng cho vật liệu dây dẫn.

Theo hệ quả của Định luật Ohm, Điện trở là tỉ số của

hiệu điện thế

giữa hai đầu vật thể đó với

cường độ dòng điện

đi qua nó

R=UI{displaystyle R={frac {U}{I}}}

trong đó:

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng

Vôn

(V).

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng

Ampe

(A).

R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng

Ohm

(Ω).

Từ trên, ta có

R=UI=ρlS{displaystyle R={frac {U}{I}}=rho {frac {l}{S}}}

Điện trở suất của vật liệu tạo nên dây dẫn

ρ=UISl{displaystyle rho ={frac {U}{I}}{frac {S}{l}}}

Sự phụ thuộc nhiệt độ[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Thay đổi điện trở theo nhiệt độ[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Điện trở của kim loại tăng lên khi bị nung nóng. Hệ số nhiệt độ (Alpha) của điện trở là lượng tăng điện trở của một dây dẫn có điện trở 1 ôm khi nhiệt độ tăng lên 1 độ C (hệ số alpha được ghi ở bảng)

R(T)=R0+aT{displaystyle R(T)=R_{0}+aT,}

Điện trở của một

chất bán dẫn

điển hình giảm theo

cơ số mũ

với sự tăng lên của nhiệt độ

R(T)=R0ea/T{displaystyle R(T)=R_{0}e^{a/T},}
Vật liệu Điện trở suất ở 20oC Ω mm2/m Hệ số nhiệt độ điện trở
Đồng 0,0175=1/54 0,004 (IEC 60909-0)

Nhôm

0,033=1/34 0,0037 (IEC 60909-0)
Sắt 0,13 – 0,18 0,0048
Bạc 0,016 0,0038

Năng lượng điện thất thoát dưới dạng nhiệt[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Khi dòng điện có cường độ I chạy qua một vật có điện trở R, điện năng được chuyển thành

nhiệt năng

thất thoát có

công suất

PR=I2⋅R(T)=V2R(T)=mCΔT{displaystyle P_{R}={I^{2}cdot R(T)},={frac {V^{2}}{R(T)}}=mCDelta T}

trong đó:

PR là công suất, đo theo

W

I là cường độ dòng điện, đo bằng

A

R(T) là điện trở, đo theo

Ω

Hiệu ứng này có ích trong một số ứng dụng như đèn điện dây tóc hay các thiết bị cung cấp nhiệt bằng điện, nhưng nó lại là không mong muốn trong việc truyền tải điện năng. Các phương thức chung để giảm tổn thất điện năng là: sử dụng vật liệu dẫn điện tốt hơn, hay vật liệu có tiết diện lớn hơn hoặc sử dụng hiệu điện thế cao. Các dây siêu dẫn được sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt, nhưng khó có thể phổ biến vì giá thành cao và nền công nghệ vẫn chưa phát triển.

Năng lượng điện truyền[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Năng lượng điện truyền không có thất thoát dưới dạng nhiệt

P=Pv−PR=IV−I2R(T){displaystyle P=P_{v}-P_{R}=IV-I^{2}R(T)}

Các đơn vị điện từ trong SI[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Tên Ký hiệu Thứ nguyên Đại lượng đo

ămpe

(đơn vị cơ bản của SI)

A A

Dòng điện

culông

C A·s

Điện tích

,

Điện lượng

vôn

V J/C = kg·m2·s−3·A−1

Điện thế

,

Hiệu điện thế

ôm

Ω V/A = kg·m2·s−3·A−2 Điện trở,

Trở kháng

,

Điện kháng

ôm mét

Ω·m kg·m3·s−3·A−2

Điện trở suất

fara

F C/V = kg−1·m−2·A2·s4

Điện dung

fara trên mét

F/m kg−1·m−3·A2·s4

Điện môi

fara nghịch đảo

1/F hay F−1 kg·m2·A−2·s−4 Elastance??

siêmen

S Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2

Độ dẫn điện

, độ dẫn nạp, độ điện nạp

siêmen trên mét S/m kg−1·m−3·s3·A2

Suất dẫn điện

weber

Wb V·s = kg·m2·s−2·A−1

Từ thông

tesla

T Wb/m2 = kg·s−2·A−1

Mật độ từ thông

ămpe trên mét A/m A·m−1 Cảm ứng từ
ămpe trên weber A/Wb kg−1·m−2·s2·A2 Từ trở

henry

H V·s/A = kg·m2·s−2·A−2

Tự cảm

henry trên mét H/m kg·m·s−2·A−2 Độ từ thẩm
(Phi thứ nguyên) Cảm từ

Xem thêm: Tia hồng ngoại là gì? Ứng dụng của tia hồng ngoại trong đời sống

Trở kháng vi phân[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Khi điện trở có thể bị phụ thuộc vào hiệu điện thế và cường độ dòng điện, trở kháng vi phân hay trở kháng lượng gia được định nghĩa như là đường cong của đồ thị có hai trục V-I ở một điểm cụ thể nào đó, do vậy:

R=dVdI{displaystyle R={frac {dV}{dI}},}

Đại lượng này đôi khi đơn giản được gọi là điện trở, mặc dù hai định nghĩa này chỉ tương đương đối với các thiết bị ôm chẳng hạn như các điện trở lý tưởng. Nếu đồ thị V-I không phải là biến thiên đều (tức là có các điểm lồi hay lõm), trở kháng vi phân sẽ là âm đối với một số giá trị nào đó của hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Thuộc tính này thông thường được biết đến như là “trở kháng âm”, mặc dù chính xác hơn phải gọi là trở kháng vi phân âm, do giá trị tuyệt đối của điện trở V/I vẫn là một số dương.

Trong dòng điện xoay chiều[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Đối với

dòng điện xoay chiều

, Điện trở thuần là một tính chất của dây dẫn, nó phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của dây dẫn, những nguyên tử của dây dẫn ngăn cản sự chuyển động của các điện tử tự do, nghĩa là ngăn cản dòng điện. Những phần tử được làm bằng các vật liệu có điện trở thông thường cũng được gọi là điện trở.

[2]

. Trong mạch điện chỉ có điện trở thuần, tại thời điểm cực đại của điện áp thì dòng điện cũng cực đại. Khi điện áp bằng không thì dòng điện trong mạch cũng bằng không. Điện áp và dòng điện cùng pha. Tất cả các công thức dùng cho mạch điện một chiều đều có thể dùng cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần mà các trị số dòng điện xoay chiều lấy theo trị số hiệu dụng. Trong kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật điện tử, người ta ứng dụng những tính chất khác nhau của ba loại kháng trở chính là: Điện trở thuần, dung kháng, và cảm kháng để thiết kế các mạch điện tổ hợp.

Dung kháng[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Sự cản trở mà tụ điện gây ra đối với dòng điện xoay chiều. Nếu tụ điện có điện dung C, dòng điện xoay chiều hình sin có tần số góc ω thì dung kháng có giá trị: Zc= 1/ω.C
  • Nếu đấu nối tiếp một tụ điện với một điện trở thuần vào dòng điện xoay chiều, I là dòng điện chung cho cả hai phần tử nối tiếp. Điện áp trên điện trở thuần cùng pha với dòng điện I, thành phần điện áp trên điện dung Uc chậm sau dòng điện I là 900. Cả hai thành phần này xác định điện áp của nguồn U, điện áp này bị chậm sau dòng điện một góc (an pha).
  • Nếu đấu song song, thì dòng điện vượt trước điện áp 90 độ (1/4 chu kỳ)

Cảm kháng[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Sự cản trở do độ tự cảm kháng của một cuộn dây gây ra đối với dòng điện xoay chiều. Nếu ω là tần số góc của dòng điện thì cảm kháng của cuộn dây có giá trị: XL = Lω.
  • Nếu đấu nối tiếp một cuộn cảm (có cảm kháng) với một điện trở thuần vào dòng điện xoay chiều (biến thiên). Thì dòng điện chạy qua chúng như nhau nhưng tạo nên các

    Điện áp rơi

    và theo

    Định luật Kiếckhốp

    : Tổng đại số của tất cả các sức điện động của mạch kín bằng tổng đại số tất cả các điện áp rơi trên điện trở cửa mạch vòng đó

  • Nếu đấu song song một cuộn cảm (có cảm kháng) với một điện trở thuần vào dòng điện xoay chiều (biến thiên). Thì điện áp nguồn là như nhau nhưng dòng điện trên điện trở thuần thì cùng pha còn trên cuộn dây (cảm kháng) thì dòng điện lại chậm sau điện áp 90 độ (1/4 chu kỳ). Để xác định dòng điện chung ta phải cộng hình học (đồ thị véc tơ) các dòng điện trong cả hai mạch nhánh. Dòng điện này chậm sau điện áp một góc (an pha)

Xem thêm: Dòng điện trong chất bán dẫn-Thế giới điện cơ

Chú thích[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  1. ^

    Kỹ thuật điện nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1984, tr 227

  2. ^

    Tính toán kỹ thuật điện đơn giản nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1980, mục Khái niệm và công thức

Xem thêm[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Dẫn điện

  • Bộ chia điện thế

  • Bộ chia dòng

  • Nhiệt trở

  • Điện trở suất

  • Điện áp rơi

Liên kết ngoài[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Điện trở

    Lưu trữ

    2007-04-27 tại

    Wayback Machine

  • Sách học điện tử

    trên

    Wikibooks

Lấy từ “

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Điện_trở&oldid=64983453

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button