Resistencia el??ctrica

Electromagnetismo
Electricidad Magnetismo
Electrost??tica Carga el??ctrica Electricidad est??tica Campo el??ctrico Conductor Aislante Triboelectricidad La descarga electrost??tica Inducci??n La ley de Coulomb La ley de Gauss Flujo el??ctrico / energ??a potencial Momento dipolar el??ctrico Polarizaci??n el??ctrica
Magnetoest??tica La ley de Amp??re Campo magn??tico Magnetizaci??n Flujo magn??tico Ley de Biot-Savart Momento dipolar magn??tico La ley de Gauss para el magnetismo
Electrodin??mica Ley de la fuerza de Lorentz Inducci??n electromagn??tica La ley de Faraday La ley de Lenz Corriente de desplazamiento Las ecuaciones de Maxwell Campo electromagn??tico Radiaci??n electromagn??tica Maxwell tensor Vector de Poynting Potencial Li??nard-Wiechert Ecuaciones de Jefimenko Corrientes de Foucault
Red el??ctrica Corriente el??ctrica Potencial el??ctrico Voltaje Resistencia La ley de Ohm Circuito en serie Circuito paralelo Corriente continua Corriente alterna Fuerza electromotriz Capacidad Inductancia Impedancia Cavidades resonantes Las gu??as de onda
Formulaci??n covariante Tensor electromagn??tico ( tensor de tensi??n-energ??a) Cuadricorriente Electromagn??tica de cuatro potencial
Los cient??ficos Amp??re Culombio Faraday Gauss Heaviside Henry Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber ??rsted

La resistencia el??ctrica de un objeto mide su oposici??n al paso de una corriente el??ctrica. Un objeto de secci??n transversal uniforme tiene una resistencia proporcional a su la resistividad y la longitud e inversamente proporcional a su ??rea de secci??n transversal. Todos los materiales muestran cierta resistencia.

Descubierto por Georg Ohm en 1827, la resistencia el??ctrica comparte algunas similitudes conceptuales con la noci??n mec??nica de fricci??n. La Unidad del SI de resistencia el??ctrica es el ohm ( Ω). Resistencia del cantidad rec??proca es la conductancia el??ctrica mide en siemens.

La resistencia de un objeto puede ser definido como la relaci??n entre la tensi??n a la corriente:

Para una amplia variedad de materiales y condiciones, la resistencia el??ctrica R es constante para una temperatura dada; no depende de la cantidad de corriente a trav??s de o la diferencia de potencial ( voltaje) a trav??s del objeto. Tales materiales se denominan materiales ??hmico. Para los objetos hechos de materiales ??hmicos la definici??n de la resistencia, siendo R una constante para que la resistencia, que se conoce como La ley de Ohm.

En el caso de un conductor no lineal (no obedecer la ley de Ohm), esta relaci??n puede cambiar a medida que los cambios de corriente o voltaje; la pendiente inversa de un acorde a una Curva de I-V se refiere a veces como una "resistencia cordal" o "resistencia est??tica".

Conductores y resistencias

A 65 Ω- resistor, como se identifica por su Codificaci??n de colores (azul, verde y negro). Una ohm??metro podr??a ser utilizado para verificar este valor.

Los objetos tales como cables que se dise??an para tener una baja resistencia para que de transferencia de corriente con la menor p??rdida de energ??a el??ctrica se llaman conductores. Los objetos que est??n dise??ados para tener una resistencia espec??fica de modo que puedan disipar la energ??a el??ctrica o de otra manera modificar la forma se llaman un circuito se comporta resistores. Los conductores est??n hechos de materiales altamente conductores tales como metales, en particular cobre y aluminio. Resistencias, por otra parte, est??n hechos de una amplia variedad de materiales dependiendo de factores tales como la resistencia a la deseada, la cantidad de energ??a que necesita para disipar, precisi??n, y el costo.

Resistencia DC

La resistencia de un resistor o conductor dado crece con la longitud del conductor y disminuye para ampliar la zona de secci??n transversal. La resistencia R de un conductor de secci??n transversal uniforme, por lo tanto, se puede calcular como

donde es la longitud del conductor, medido en metros [M], A es el ??rea de secci??n transversal del conductor medido en metros cuadrados [m??], y ρ (griego: rho) es la el??ctrica resistividad (tambi??n llamada resistencia el??ctrica espec??fica) del material, medida en ohmios-metros (Ω m). La resistividad es una medida de la capacidad del material para oponerse a la corriente el??ctrica.

Por razones pr??cticas, cualquier conexi??n a un conductor verdadero es casi seguro que significan la densidad de corriente no es totalmente uniforme. Sin embargo, esta f??rmula todav??a proporciona una buena aproximaci??n para conductores largos y delgados, tales como cables.

Resistencia AC

Si un cable conduce la corriente alterna de alta frecuencia, entonces el ??rea efectiva de la secci??n transversal del alambre se reduce debido a la efecto de la piel. Si varios conductores est??n juntos, entonces debido a el efecto de proximidad, la resistencia efectiva de cada uno es m??s alto que si ese conductor estuviera solo. Estos efectos son tan peque??as de baja frecuencia de AC hogar com??n que normalmente deben ser tratados como si se tratara de la resistencia DC.

Medida de resistencia

Un instrumento para medir la resistencia se denomina ??hmetro. Ohm??metros simple no puede medir resistencias bajas con precisi??n porque la resistencia de sus cables de medida provoca una ca??da de tensi??n que interfiere con la medici??n, lo que los dispositivos m??s precisos utilizan detecci??n de cuatro terminales.

Las causas de la resistencia

En los metales

Una de metal consiste en un entramado de ??tomos , cada uno con una corteza de electrones. Esto tambi??n se conoce como una red i??nica positiva. Los electrones externos son libres de disociarse de sus ??tomos de padres y viajan a trav??s de la red, la creaci??n de un "mar" de electrones, por lo que el metal de un conductor. Cuando una diferencia de potencial el??ctrico (a tensi??n) se aplica a trav??s del metal, los electrones deriva de un extremo del conductor a la otra bajo la influencia de la del campo el??ctrico .

Cerca de la temperatura ambiente, el movimiento t??rmico de iones es la principal fuente de dispersi??n de electrones (debido a la interferencia destructiva de las ondas de electrones libres en los potenciales de iones no correlacionando), y por lo tanto la causa principal de la resistencia del metal. Las imperfecciones de celos??a tambi??n contribuyen a la resistencia, a pesar de su contribuci??n en los metales puros es insignificante.

Cuanto mayor sea el ??rea de secci??n transversal del conductor, los m??s electrones est??n disponibles para llevar la corriente, por lo que el menor es la resistencia. Cuanto mayor sea el conductor, los eventos de dispersi??n m??s se producen en el camino de cada electr??n a trav??s del material, por lo que la mayor es la resistencia. Diferentes materiales tambi??n afectan a la resistencia.

En los semiconductores y aislantes

En los metales, la Nivel de Fermi se encuentra en la banda de conducci??n (v??ase Teor??a Band, abajo) dando lugar a los electrones de conducci??n libres. Sin embargo, en los semiconductores de la posici??n del nivel de Fermi se encuentra dentro de la banda prohibida, aproximadamente a medio camino entre el m??nimo de la banda de conducci??n y m??ximo de la banda de valencia para los semiconductores intr??nsecos (sin dopar). Esto significa que en 0 grados Kelvin, no hay electrones de conducci??n libres y la resistencia es infinito. Sin embargo, la resistencia continuar?? disminuyendo a medida que la densidad de portadores de carga en los aumentos de banda de conducci??n. En extr??nsecos (dopados) semiconductores, ??tomos dopantes aumentan la concentraci??n de portadores de carga mayoritarios mediante la donaci??n de electrones de la banda de conducci??n o aceptar agujeros en la banda de valencia. Para ambos tipos de ??tomos donadores o aceptores, el aumento de la densidad de dopante conduce a una reducci??n en la resistencia. Semiconductores altamente dopados, por tanto, se comportan met??lico. A temperaturas muy altas, la contribuci??n de los portadores generados t??rmicamente dominar?? sobre la contribuci??n de los ??tomos de dopante y la resistencia disminuir?? exponencialmente con la temperatura.

En los l??quidos i??nicos / electrolitos

En electrolitos, conducci??n el??ctrica no pasa por los electrones de la banda o agujeros, sino por especies at??micas completas ( iones ) de viaje, cada uno con una carga el??ctrica. La resistividad de los l??quidos i??nicos var??a enormemente por la concentraci??n - mientras que el agua destilada es casi un aislante, el agua salada es un conductor el??ctrico muy eficiente. En membranas biol??gicas, las corrientes son transportadas por sales i??nicas. Los peque??os agujeros en las membranas, llamadas canales i??nicos, son selectivos a iones espec??ficos y determinar la resistencia de la membrana.

Resistividad de diversos materiales

Material	Resistividad, ohm-metro
Metales	10 -8
Semiconductores	variable
Los electrolitos	variable
Aislantes	10 16
Los superconductores	0 (exactamente)

Teor??a de bandas simplificado

Los niveles de energ??a de electrones en un aislante

La mec??nica cu??ntica establece que la energ??a de un electr??n en un ??tomo no puede ser cualquier valor arbitrario. Niveles M??s bien, est??n fijados de energ??a que los electrones pueden ocupar, y valores en entre estos niveles son imposibles. Los niveles de energ??a se agrupan en dos bandas: la banda de valencia y la banda de conducci??n (este ??ltimo es generalmente por encima de la primera). Los electrones en la banda de conducci??n pueden circular libremente por toda la sustancia en presencia de un campo el??ctrico.

En aislantes y semiconductores, los ??tomos en la influencia de sustancias entre s?? de modo que entre la banda de valencia y la banda de conducci??n no existe una banda prohibida de los niveles de energ??a, que los electrones no pueden ocupar. Para que una corriente fluya, una cantidad relativamente grande de energ??a debe ser suministrado a un electr??n para que saltar a trav??s de este hueco prohibido y en la banda de conducci??n. As??, incluso las grandes tensiones pueden producir corrientes relativamente peque??as.

Resistencia diferencial

Cuando el dependencia de corriente-voltaje no es lineal, la diferencia de la resistencia, la resistencia incremental o resistencia a la pendiente se define como la pendiente de la gr??fica VI en un punto particular, de este modo:

Esta cantidad es a veces llamado simplemente la resistencia, aunque las dos definiciones son equivalentes s??lo para un componente ??hmica tales como una resistencia ideal. Por ejemplo, una diodo es un elemento de circuito para los que la resistencia depende de la tensi??n o la corriente aplicada.

Si el gr??fico VI no es monot??nica (es decir, tiene un pico o un valle), la resistencia diferencial ser?? negativo para algunos valores de tensi??n y corriente. Esta propiedad se conoce a menudo como resistencia negativa, aunque se denomina m??s correctamente resistencia diferencial negativa, ya que la resistencia absoluta V / I todav??a es positiva. Un ejemplo de tal elemento es el diodo t??nel.

Resistencia diferencial s??lo es ??til para comparar un dispositivo no lineal con una fuente / carga lineal en alg??n peque??o intervalo; por ejemplo, si es necesario para evaluar una estabilidad de la tensi??n Zener del diodo bajo diferentes valores de corriente.

Dependencia de la temperatura

Cerca de la temperatura ambiente, la resistencia el??ctrica de un t??pico metal aumenta linealmente con el aumento de la temperatura , mientras que la resistencia el??ctrica de un semiconductor t??pico disminuye con el aumento de la temperatura. La cantidad de ese cambio en la resistencia se puede calcular utilizando la coeficiente de temperatura de resistividad del material mediante la siguiente f??rmula:

donde T es la temperatura, T ₀ es una temperatura de referencia (normalmente temperatura ambiente), R es la resistencia de ₀ a T _0, y α es el porcentaje de cambio en la resistividad por unidad de temperatura. La α constante depende s??lo de ser considerado el material. La relaci??n establecida es en realidad s??lo sea aproximada, la f??sica verdaderos siendo algo no lineal, o mirarlo de otra manera, α vez var??a con la temperatura. Por esta raz??n, es habitual para especificar la temperatura que α se midi?? a con un sufijo, tales como α ₁₅ y la relaci??n s??lo tiene en una gama de temperaturas de alrededor de la referencia.

A temperaturas m??s bajas (menos de la Temperatura de Debye), la resistencia de un metal disminuye a medida que T ⁵ debido a la dispersi??n de los electrones fuera de fonones. A temperaturas a??n m??s bajas, el mecanismo de dispersi??n de electrones es dominante para otros electrones, y la resistencia disminuye a medida que T ^2. En alg??n momento, las impurezas en el metal dominar??n el comportamiento de la resistencia el??ctrica que provoca que se sature a un valor constante. Regla de Matthiessen (primero formulado por Augusto Matthiessen en la d??cada de 1860; la siguiente ecuaci??n da su forma moderna) dice que todos estos diferentes comportamientos se puede resumir para obtener la resistencia total en funci??n de la temperatura,

donde R _imp es la temperatura de la resistividad el??ctrica independiente debido a las impurezas, y a, b, y c son coeficientes que dependen de las propiedades del metal. Esta regla puede ser visto como la motivaci??n para Experimentos de Heike Kamerlingh Onnes que llevaron en 1911 con el descubrimiento de la superconductividad . Para m??s detalles ver Historia de la superconductividad.

Semiconductores intr??nsecos a convertirse en mejores conductores al aumentar la temperatura; los electrones se mudan su banda de energ??a de conducci??n por la energ??a t??rmica, en el que fluyen libremente y, al hacerlo dejar atr??s agujeros en el banda de valencia que tambi??n fluya libremente. La resistencia el??ctrica de un t??pico intr??nsecas (no dopado) semiconductores disminuye exponencialmente con la temperatura:

Extr??nseca (dopado) semiconductores tienen un perfil de temperatura mucho m??s complicado. A medida que aumenta la temperatura a partir de cero absoluto que primero disminuyen abruptamente en la resistencia como los transportistas dejan los donantes o aceptantes. Despu??s de la mayor??a de los donantes o aceptores han perdido sus portadores la resistencia comienza a aumentar de nuevo ligeramente debido a la reducci??n de la movilidad de los portadores (tanto como en un metal). A temperaturas m??s altas se comportar?? como semiconductores intr??nsecos como los transportistas de los donantes / aceptantes se vuelven insignificantes en comparaci??n con los portadores generados t??rmicamente.

La resistencia el??ctrica de electrolitos y aislantes es altamente no lineal, y caso por caso depende, por lo tanto, no se dan las ecuaciones generalizadas.

Dependencia Strain

As?? como la resistencia de un conductor depende de la temperatura, la resistencia de un conductor depende cepa. Al colocar un conductor bajo tensi??n (una forma de estr??s que conduce a la deformaci??n en la forma de estiramiento del conductor), la longitud de la secci??n del conductor bajo tensi??n aumenta y su ??rea de secci??n transversal disminuye. Ambos efectos contribuyen a aumentar la resistencia de la secci??n tensa de conductor. Bajo compresi??n (deformaci??n en la direcci??n opuesta), la resistencia de la secci??n tensa de conductor disminuye. V??ase la discusi??n sobre medidores de tensi??n para obtener m??s detalles acerca de los dispositivos construidos para aprovechar este efecto.