ความต้านทานและการนำไฟฟ้า

ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า
ไฟฟ้า แม่เหล็ก
สถิตยศาสตร์ไฟฟ้า ประจุไฟฟ้า ไฟฟ้าสถิต สนามไฟฟ้า ตัวนำไฟฟ้า ฉนวนไฟฟ้า ไฟฟ้าสถิตจากการสัมผัส การถ่ายเทประจุไฟฟ้า การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต กฏของกูลง กฏของเกาส์ ฟลักซ์ไฟฟ้า / พลังงานศักย์ไฟฟ้า โมเมนต์ของขั้วคู่ไฟฟ้า ความหนาแน่นโพลาไรเซชัน
สถิตยศาสตร์แม่เหล็ก กฎของอ็องแปร์ สนามแม่เหล็ก สภาพความเป็นแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก กฎของบีโย–ซาวาร์ โมเมนต์ของขั้วคู่แม่เหล็ก กฎของเกาส์สำหรับทฤษฎีแม่เหล็ก
พลศาสตร์ไฟฟ้า กฏของแรงลอเรนซ์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ กฏของเลนซ์ Displacement current ศักย์แม่เหล็ก สมการของแมกซ์เวลล์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า Maxwell tensor เวกเตอร์พอยน์ติง Liénard–Wiechert potential Jefimenko's equations กระแสฟูโก สมการของล็อนด็อน Mathematical descriptions of the electromagnetic field
เครือข่ายไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า ความต้านทาน กฎของโอห์ม Series circuit Parallel circuit กระแสตรง กระแสสลับ
สูตรความแปรปรวนร่วม Electromagnetic tensor (stress–energy tensor) Four-current Electromagnetic four-potential
นักวิทยาศาสตร์ อ็องแปร์ (แอมแปร์) กูลง (คูลอมบ์) ฟาราเดย์ เกาส์ เฮวิไซด์ เฮนรี แฮทซ์ โลเรินตส์ แมกซ์เวลล์ เทสลา โวลตา เวเบอร์ เออร์สเตด
ด ค ก

ความต้านทานไฟฟ้า (อังกฤษ: electrical resistance) ของ ตัวนำไฟฟ้า เป็นตัวชี้วัดของความยากลำบากในการที่จะผ่าน กระแสไฟฟ้า เข้าไปในตัวนำนั้น ปริมาณที่ตรงกันข้ามคือ การนำไฟฟ้า (อังกฤษ: electrical conductance) เป็นความสะดวกที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ความต้านทานไฟฟ้าเปรียบเหมือน แรงเสียดทาน ทางเครื่องกล หน่วย SI ของความต้านทานไฟฟ้าจะเป็น โอห์ม สัญลักษณ์ Ω ในขณะที่การนำไฟฟ้าไฟฟ้ามีหน่วยเป็น ซีเมนส์ (S)

วัตถุที่มีหน้าตัดสม่ำเสมอจะมีความต้านทานเป็นสัดส่วนกับ สภาพต้านทาน และ ความยาวของมัน และแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของมัน วัสดุทุกชนิดจะแสดงความต้านทานเสมอยกเว้น ตัวนำยิ่งยวด (อังกฤษ: superconductor) ซึ่งมีความต้านทานของศูนย์

ความต้านทาน (R) ของวัตถุจะถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของ แรงดันไฟฟ้า ตกคล่อมตัวมัน (V) ต่อกระแสที่ไหลผ่านตัวมัน (I) ในขณะที่การนำไฟฟ้า (G) เป็นตรงกันข้าม ตามสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle R={V \over I},\qquad G={I \over V}={\frac {1}{R}}}$

สำหรับวัสดุและเงื่อนไขที่หลากหลาย V และ I จะเป็นสัดส่วนโดยตรงซึ่งกันและกัน ดังนั้น R และ G จึงเป็นค่า คงที่ (แม้ว่าพวกมันยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ ก็ตาม เช่นอุณหภูมิหรือความเครียด) สัดส่วนนี้จะเรียกว่า กฎของโอห์ม และวัสดุที่เป็นไปตามกฏนี้จะเรียกว่า วัสดุ โอห์ม (อังกฤษ: ohmic material)

ในกรณีอื่น ๆ เช่น ไดโอด หรือ แบตเตอรี่ V และ I จะ ไม่ได้ เป็นสัดส่วนโดยตรงกัน อัตราส่วน V/I บางครั้งก็ยังคงเป็นประโยชน์และถูกเรียกว่า "ความต้านทานสถิตย์"^[1][2] ในสถานการณ์อื่น ๆ อนุพันธ์ ${\displaystyle {\frac {dV}{dI}}\,\!}$ อาจจะมีประโยชน์มากที่สุด ค่านี้จะเรียกว่า "ความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียล" (อังกฤษ: differential resistance)

ในการอุปมาเหมือนไฮดรอลิก กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเส้นลวด (หรือ ตัวต้านทาน) เป็นเหมือนน้ำที่ไหลผ่านท่อ และ แรงดัน ตกคร่อมเส้นลวดเป็นเหมือน ความดัน ตกคร่อมที่ใช้ผลักดันน้ำให้ไหลไปตามท่อ การนำไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณการไหลสำหรับความดันที่กำหนดให้ :${\displaystyle G\propto I}$ และความต้านทานไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณของความดันที่จำเป็นเพื่อให้มีการไหลที่กำหนด :${\displaystyle R\propto V}$ (การนำไฟฟ้าและความต้านทานไฟฟ้าเป็น ส่วนกลับกัน)

แรงดันไฟฟ้า ตกคร่อม (นั่นคือความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าในด้านหนึ่งของตัวต้านทานกับแรงดันไฟฟ้าอีกด้านหนึ่ง) ไม่ใช่ ศักย์ไฟฟ้า จะสร้างแรงผลักดันที่จะผลักดันกระแสให้ไหลผ่านตัวต้านทาน ในระบบไฮดรอลิก มันคล้ายกัน นั่นคือความดันที่ แตกต่างกัน ระหว่างสองด้านของท่อ ไม่ใช่ตัวความดันเอง จะกำหนดปริมาณการไหลผ่านลงท่อ ยกตัวอย่างเช่นมันอาจจะมีแรงดันน้ำขนาดใหญ่ด้านบนของท่อซึ่งพยายามที่จะผลักดันน้ำผ่านลงท่อ แต่ก็อาจจะมีแรงดันน้ำที่มีขนาดใหญ่เท่าเทียมกันด้านล่างท่อซึ่งก็พยายามที่จะผลักดันน้ำกลับขึ้นผ่านท่อ หากแรงดันเหล่านี้มีค่าเท่ากัน ก็จะไม่มีน้ำไหล (ในภาพขวาที่แรงดันน้ำด้านล่างท่อมีค่าเป็นศูนย์.)

ความต้านทานและการนำกระแสไฟฟ้าของเส้นลวด, ตัวต้านทานหรือองค์ประกอบอื่น ๆ จะถูกกำหนดด้วยคุณสมบัติสองอย่างนี้เป็นส่วนใหญ่:

• รูปร่างทางเรขาคณิต และ
• วัสดุ

รูปร่างทางเรขาคณิตเป็นสิ่งสำคัญเพราะมันจะยากกว่าที่จะผลักดันน้ำผ่านท่อที่ยาวและแคบกว่าท่อกว้างและสั้น ในทางเดียวกันลวดทองแดงที่ยาวและบางจะมีความต้านทานสูงกว่า (การนำไฟฟ้าต่ำกว่า) ลวดทองแดงหนาและสั้น

วัสดุก็มีความสำคัญเช่นกัน ท่อที่เต็มไปด้วยเส้นผมจะจำกัดการไหลของน้ำมากกว่าท่อที่สะอาดที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน ในทำนองเดียวกัน อิเล็กตรอน สามารถไหลได้อย่างอิสระและง่ายดายผ่านสาย ทองแดง แต่ไม่สามารถไหลได้อย่างง่ายดายผ่านลวด เหล็ก ที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน และที่สำคัญกระแสไม่สามารถไหลได้อย่างสิ้นเชิงผ่าน ฉนวน เช่น ยาง โดยไม่ต้องคำนึงถึงรูปร่างของมัน ความแตกต่างระหว่างทองแดง, เหล็ก, และยางจะเกี่ยวข้องกับโครงสร้างโมเลกุลและรูปแบบการเรียงตัวของ อิเล็กตรอน ของพวกมัน และมีการวัดโดยคุณสมบัติที่เรียกว่า สภาพต้านทาน

นอกเหนือไปจากรูปทรงเรขาคณิตและวัสดุ ยังมีปัจจัยอื่น ๆ ที่มีอิทธิพลต่อความต้านทานและการนำไฟฟ้า เช่นอุณหภูมิ; ดูด้านล่าง

สารที่กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้จะเรียกว่า ตัวนำ ชิ้นส่วนของวัสดุตัวนำที่มีค่าความต้านทานเฉพาะจะถูกใช้งานในวงจรไฟฟ้าเพื่อจุดประสงค์บางอย่าง จะถูกเรียกว่า ตัวต้านทาน ตัวนำจะทำจากวัสดุที่มี สภาพนำ สูงเช่นโลหะ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งทองแดงและอะลูมิเนียม ในทางตรงกันข้าม ตัวต้านทานจะทำจากวัสดุหลากหลายชนิดขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นค่าความต้านทานที่ต้องการ, ปริมาณของพลังงานที่จะต้องการให้มีการกระจาย, ความแม่นยำ, และค่าใช้จ่าย

แรงดันไฟฟ้า (V) , กระแสไฟฟ้า (I) และความต้านทาน (R)

${\displaystyle R={V \over I}\,}$

เมื่อไฟฟ้ากระแสตรงไหลผ่านวัตถุหรือสสารที่มีโครงสร้างเป็นเนื้อเดียวกันอย่างสม่ำเสมอทั้งชิ้น (เอกพันธ์ หรือ homogeneous) ^[3] กระแสไฟฟ้าจะกระจายทั่วหน้าตัดของวัตถุหรือสสารเหล่านั้น เราสามารถแสดงความสัมพันธ์ระหว่างมิติทางกายภาพและความต้านทานไฟฟ้าของวัตถุได้เป็น

${\displaystyle R={l\cdot \rho \over A}\,}$

โดย

l คือ ความยาวของตัวนำ มีหน่วยเป็นเมตร(m)

A คือ พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ มีหน่วยเป็นตารางเมตร(m²⁾

ρ (Greek: rho) คือ สภาพต้านทานไฟฟ้าของสสาร มีหน่วยเป็นโอห์ม-เมตร(Ω.m)

เมื่อไฟฟ้ากระแสสลับไหลผ่านวัตถุหรือสสารลักษณะสมบัติของกระแสที่ไหลผ่านวัตถุหรือสสารเหล่านั้นย่อมเปลี่ยนแปลงไปตามแต่ละชนิดของวัตถุหรือสสารเหล่านั้น กระแสที่ไหลผ่านจึงไม่เป็นเพียงกระแสนำ (อังกฤษ: Conduction Current) แต่เพียงอย่างเดียวดังเช่นวงจรไฟฟ้ากระแสตรง มันยังประกอบไปด้วยกระแสพา (อังกฤษ: Impressed Current) และกระแสแทนที่ (อังกฤษ: Displacement Current) ^[4] ความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับยังคงเป็นปริมาณที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแสที่ไหลผ่านวัตถุหรือสสารไดๆ แต่ปริมาณดังกล่าวมีความสัมพันธ์เกี่ยวข้องกับตัวแปรที่เพิ่มขึ้นจึงเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ที่แตกต่างกับความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรงด้วยตัวอักษรโรมันคือ Z ค่าดังกล่าวปกติเป็นปริมาณเชิงซ้อนที่ส่วนประกอบที่เป็นจินตภาพไม่เท่ากับศูนย์

บทความวิทยาศาสตร์นี้ยังเป็นโครง คุณสามารถช่วยวิกิพีเดียได้โดยการเพิ่มเติมข้อมูล

• ด
• ค
• ก