Elektrische geleider

De weerstand van een bepaalde geleider hangt af van het materiaal waarvan hij is gemaakt en van zijn afmetingen. Voor een bepaald materiaal is de weerstand omgekeerd evenredig met het oppervlak van de dwarsdoorsnede. Bijvoorbeeld, een dikke koperdraad heeft een lagere weerstand dan een anders-identieke dunne koperdraad., Ook voor een bepaald materiaal is de weerstand evenredig met de lengte; bijvoorbeeld, een lange koperdraad heeft een hogere weerstand dan een anders-identieke korte koperdraad. De weerstand R en de geleidbaarheid G van een geleider met een gelijkmatige doorsnede kunnen daarom worden berekend als

R = ρ, j = σ A, J = σ a . {\displaystyle {\begin{aligned}R&= \ rho {\frac {\ell }{A}},\ \ G&= \ sigma {\frac {A} {\ell }}.,\end{aligned}}}

waarbij J {\displaystyle \ ell } de lengte van de geleider is, gemeten in meters , A het doorsnede-oppervlak van de geleider is , σ (sigma) de elektrische geleidbaarheid is gemeten in siemens per meter (S·m−1), en ρ (rho) de elektrische weerstand (ook wel specifieke elektrische weerstand genoemd) van het materiaal, gemeten in ohm-meter (Ω·m). De weerstand en geleidbaarheid zijn proportionaliteit constanten, en dus alleen afhankelijk van het materiaal van de draad is gemaakt van, niet de geometrie van de draad., Weerstand en geleidbaarheid zijn reciproken: ρ = 1 / σ {\displaystyle \rho =1/\sigma } . Weerstand is een maat voor het vermogen van het materiaal om elektrische stroom tegen te gaan.

deze formule is niet exact: ze gaat ervan uit dat de stroomdichtheid in de geleider volledig gelijk is, wat in de praktijk niet altijd het geval is. Deze formule biedt echter nog steeds een goede benadering voor lange dunne geleiders zoals draden.

een andere situatie waar deze formule niet exact voor is, is met wisselstroom (AC), omdat het huideffect de stroomstroom in de buurt van het midden van de geleider remt., Dan is de geometrische dwarsdoorsnede verschillend van de effectieve dwarsdoorsnede waarin de stroom daadwerkelijk stroomt, zodat de weerstand hoger is dan verwacht. Evenzo, als twee geleiders in de buurt van elkaar wisselstroom dragen, hun weerstanden toenemen als gevolg van de nabijheid effect. Bij commerciële stroomfrequentie zijn deze effecten significant voor grote geleiders die grote stromen dragen, zoals busbars in een elektrisch onderstation, of grote stroomkabels die meer dan een paar honderd ampère vervoeren.,

naast de geometrie van de draad heeft temperatuur ook een significant effect op de doeltreffendheid van geleiders. Temperatuur beïnvloedt geleiders op twee belangrijke manieren, de eerste is dat materialen kunnen uitzetten onder de toepassing van warmte. De hoeveelheid die het materiaal zal uitzetten wordt bepaald door de thermische uitzettingscoëfficiënt die specifiek is voor het materiaal. Een dergelijke uitzetting (of samentrekking) zal de geometrie van de geleider en dus de karakteristieke weerstand veranderen. Dit effect is echter over het algemeen klein, in de Orde van 10-6., Een stijging van de temperatuur zal ook het aantal fononen dat in het materiaal wordt gegenereerd, doen toenemen. Een fonon is in wezen een roostertrilling, of liever gezegd een kleine, harmonische kinetische beweging van de atomen van het materiaal. Net als het schudden van een flipperkast, dienen fononen om het pad van elektronen te verstoren, waardoor ze zich verspreiden. Deze elektronenverstrooiing zal het aantal elektronenbotsingen verminderen en daardoor de totale hoeveelheid overgedragen stroom verminderen.