Khi lựa chọn các loại dây dẫn điện để lắp đặt hệ thống điện trong nhà hoặc công trình, bạn không nên bỏ qua khái niệm điện trở suất. Vậy điện trở suất là gì? Công thức tính điện trở suất và điện trở suất kí hiệu là gì? Ý nghĩa của điện trở suất trong cuộc sống ra sao? Cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.
Điện trở suất là gì?
Điện trở suất là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng cản trở sự dịch chuyển theo hướng của các hạt mang điện của mỗi chất. Hiểu đơn giản thì mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có một đại lượng đặc trưng thể hiện khả năng cản trở dòng điện theo kích cỡ (tiết diện, chiều dài), đại lượng này được gọi là điện trở suất.
Đơn vị điện trở suất là Ω.m (Ohm.met), đọc là “ôm mét”.
Điện trở suất của vật liệu càng nhỏ thì khả năng dẫn điện của vật liệu đó càng tốt.
Thông thường, những vật chất sở hữu mức điện trở suất cao sẽ được sử dụng làm vật liệu cách điện, còn chất có điện trở suất thấp được ứng dụng để làm vật dẫn điện. Ví dụ, nhôm, đồng là những vật liệu có điện trở suất thấp nên thường được dùng để làm lõi của các loại dây dẫn điện.
Trong thực tế, điện trở suất của các vật liệu còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như nhiệt độ, cơ chế tán xạ của điện tử trong vật liệu (tán xạ trên phono, tán xạ sai hỏng, tán xạ trên spin), mật độ điện tử tự do trong chất,... Sau khi tìm hiểu khái niêm điện trở suất của một chất là gì, cùng đến với ý nghĩa điện trở suất và công thức tính điện trở suất theo nhiệt độ ở trong các phần sau của bài viết.
Xem thêm: Khái niệm và phương pháp đo điện trở suất của đất
Ý nghĩa của điện trở suất
Điện trở suất được ứng dụng khá phổ biến trong cuộc sống và có ý nghĩa vô cùng quan trọng bởi nó cho phép người dùng biết được các hạng mục điện, điện tử nên sử dụng loại vật liệu nào là phù hợp nhất, đảm bảo an toàn khi thi công, sử dụng điện cũng như hiệu quả dẫn điện của thiết bị.
Ví dụ, trong ứng dụng làm dây dẫn điện thông thường, một dây dẫn điện tốt phải có điện trở suất thấp thì mới cho hiệu quả dẫn điện cao. Vì vậy, những vật liệu dẫn điện kém sẽ không được sử dụng để làm dây dẫn mà thay vào đó, người ta sẽ chọn những vật liệu có điện trở suất thấp như đồng để làm dây dẫn điện.
Điện trở suất của đồng chỉ vào khoảng 1.72×10-8 Ωm mà giá thành lại rẻ nên rất lý tưởng để làm dây điện. Mặc dù bạc và vàng có giá trị điện trở suất thấp hơn nhiều nhưng giá thành lại quá cao nên cũng không được sử dụng để làm dây dẫn điện.
Bạn có thể tìm hiểu thêm về điện trở suất của một số kim loại trong bảng dưới đây:
Ngoài ra, điện trở suất trong thực tiễn còn đóng vai trò là một yếu tố then chốt trong sản xuất các linh kiện điện tử. Đối với các mạch tích hợp, điện trở suất của các vật liệu trong chip là một yếu tố 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.
Có thể bạn quan tâm: Giá trị điện trở cách điện tiêu chuẩn bao nhiêu là đạt, an toàn?
Sự phụ thuộc của điện trở suất theo nhiệt độ
Giữa điện trở suất của các chất và nhiệt độ có sự liên quan mật thiết với nhau. Thông thường, đối với các vật liệu làm bằng kim loại thì điện trở suất sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Ngược lại, ở các vật liệu bán dẫn thì điện trở suất lại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, khi nhiệt độ cao thì điện trở suất sẽ thấp.
Trong thực tế, điện trở suất của các vật liệu còn phụ thuộc vào cơ chế tán xạ của điện tử trong vật liệu. Các tán xạ có thể kể đến như tán xạ sai hỏng, tán xạ trên spin, tán xạ trên phono.
Ngoài ra, điện trở suất còn phụ thuộc vào một yếu tố đó là mật độ điện tử tự do có trong chất
Công thức tính điện trở suất
Ký hiệu của điện trở suất là ρ, đọc là “rô”.
Ta có công thức tính điện trở suất của một dây dẫn như sau:
ρ = R.(S/l)
Trong đó:
-
ρ: là điện trở suất
-
R: là điện trở
-
S: là tiết diện ngang
-
l: là chiều dài của vật dẫn
Ngoài ra, dựa 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
Lưu ý: Bạn có thể sử dụng các thiết bị đo điện như đồng hồ đo điện trở cách điện để kiểm tra khả năng cách điện của dây dẫn, thiết bị điện,...
Bên cạnh công thức tính điện trở suất ở trên, bạn cũng có thể tính điện trở khi có điện trở suất thông qua công thức tính điện trở bằng điện trở suất dưới đây:
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
Lưu ý:
Điện trở của dây dẫn điện tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây dẫn. Đồng thời tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây dẫn điện và phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn.
Công thức tính điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ là:
- Công thức tính điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo bảng hàm bậc nhất
P = p0 [1 + α(t - t0)] (Với p0 là điện trở suất của kim loại ở t0 oC
- Công thức tính điện trở suất của kim loại tăng theo đúng hàm bậc nhất
Rt = r0[1 + α(t - t0)] (với r0 là điện trở ở t0 oC; α (K-1) là hệ số nhiệt của điện trở)
Hy vọng rằng với những khái niệm liên quan đến điện trở suất là gì, đơn vị của điện trở suất là gì, ý nghĩa của điện trở suất, các công thức tính điện trở suất ở trên sẽ hữu ích cho các bạn khi cần tìm một vật liệu dẫn điện hoặc vật liệu cách điện phù hợp để sử dụng cho công trình.
