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.
Khái niệm điện trở có lẽ đã quá quen thuộc với mọi người, nhưng bỗng đến một ngày khi đi vào các khu vực xây dựng hoặc phải tìm hiểu về các loại dây dẫn điện, bạn bạn lại nghe thấy mọi người nói với nhau về “điện trở suất” một khái niệm củng khá quan trọng nhưng thường bị bỏ quên và bạn phân vân không biết định nghĩa khái niệm này chính xác như thế nào?
Trong bài viết này, hãy cùng tìm hiểu lại điện trở suất là gì? Điện trở suất khác điện trở như thế nào? Cách tính điện trở suất cũng như tìm hiểu những ứng dụng cần sử dụng đến đơn vị này nhé
1️⃣ Khái niệm về điện trở suất
Nhắc lại về khái niệm điện trở
- Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện. Ngoài ra, điện trở còn dùng để ám chỉ một loại linh kiện thụ động thường thấy trong PCB
Vậy điện trở suất là gì?
- Điện trở suất cũng là một đại lượng thể hiện khả năng cản trở dòng điện. Nhưng khái niệm điện trở suất nhắm đến khả năng cản trở dòng điện của từng “vật liệu cụ thể”, có “đường kính cụ thể” và “chiều dài vật liệu cụ thể”
- Điện trở suất phản ánh khả năng cản trợ sự dịch chuyển theo hướng của các hạt mang điện của các vật liệu khác nhau. Đơn vị của điện trở suất là Ohm.met [Ωm]
Ví dụ [Tại sao lại có những số liệu này? Chứng ta sẽ tính theo các công thức bên dưới]
- Điện trở suất của một dây nhôm, dài 2m, tiết diện 20mm² ≈ 0.0028200000000000005
- Điện trở suất của một dây sắt, dài 2m, tiết diện 20mm² ≈ 0.01
- Ta thấy điện trở suất của nhôm [0.0028] < điện trở suất của sắt [0.01] ⇒ Nhôm dẫn điện tốt hơn sắt trong cùng điều kiện
2️⃣ Tìm hiểu điện trở suất của một số loại vật liệu
| VÙNG ĐIỆN TRỞ SUẤT CHO CÁC NHÓM VẬT LIỆU KHÁC NHAU | |
| Loại vật liệu | Vùng điện trở suất |
| Chất điện giải | Biến thiên [*] |
| Chất cách điện | ~ 10^16 |
| Kim loại | ~ 10^-8 |
| Chất bán dẫn | Biến thiên [*] |
| Chất siêu dẫn | ~ 0 |
[*] Mức độ dẫn điện của chất bán dẫn phụ thuộc vào mức độ pha tạp. Khi không bị pha tạp, chúng gần như một chất cách điện, nhưng với các chất bán dẫn có sẵn điện tích pha tạp trong thành phần, điện trở suất sẽ giảm đột ngột. Tương tự đối với chất điện giải, mức điện trở suất củng rất khác nhau tùy thuộc vào thành phần
| BẢNG ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU [Wikipedia] | |
| Vật liệu | Điện trở suất Ωm, ở 20°C |
| Bạc | 1,59×10−8 |
| Đồng | 1,72×10−8 |
| Vàng | 2,44×10−8 |
| Nhôm | 2,82×10−8 |
| Tungsten | 5,6×10−8 |
| Hợp kim Cu-Zn | 0,8×10−7 |
| Sắt | 1,0×10−7 |
| Bạch kim | 1,1×10−7 |
| Chì | 2,2×10−7 |
| Mangan | 4,4×10−7 |
| Constantan | 4,9×10−7 |
| Thủy ngân | 9,8×10−7 |
| Nikelin | 0,4×10−6 |
| Nichrome | 1,10×10−6 |
| Cacbon | 3,5×10−5 |
| Gecmani | 4,6×10−1 |
| Silic | 6,40×102 |
| Thủy tinh | 1010 tới 1014 |
| Cao su | 1013 |
| Lưu huỳnh | 1015 |
| Parafin | 1017 |
| Thạch anh | 7,5×1017 |
| PET | 1020 |
| Teflon | 1022 tới 1024 |
3️⃣ Công thức tính điện trở suất
Công thức I
- Điện trở suất của một vật liệu được xác định bằng độ lớn của điện trường xuyên qua nó tạo ra một mật độ dòng điện nhất định. Công thức tính điện trở suất trong trường hợp này như sau
Trong đó
- ρ là điện trở suất của vật liệu tính bằng ohm mét [Ωm]
- E là độ lớn của điện trường tính bằng vôn trên mét [V/m]
- J là độ lớn của mật độ dòng điện tính bằng ampe trên mét vuông [A/m²]
Công thức II
- Nhiều điện trở và vật dẫn có tiết diện đều với dòng điện chạy đều với dòng điện chạy đều. Do đó, có thể tạo ra công thức hoặc phương trình điện trở suất cụ thể hơn, nhưng được sử dụng rộng rãi
Trong đó
- R là điện trở của một loại vật liệu bất kỳ – đồng nhất được đo bằng ohms [Ω]
- l là chiều dài của mẫu vật liệu được đo bằng mét [m]
- A là diện tích mặt cắt ngang của mẫu được đo bằng mét vuông [m²]
* Từ phương trình, có thể thấy độ lớn của điện trở suất của vật dẫn phụ thuộc vào chiều dài của vật dẫn và diện tích mặt cắt của vật dẫn. Để tăng điện trở suất của một vật dẫn bất kỳ ta có thể tăng diện tích mặt cắt ngang hoặc giảm chiều dài của vật dẫn
4️⃣ Ứng dụng của điện trở suất trong cuộc sống
- Khảo sát địa lý: đây là ứng dụng mà bạn có thể gặp khái niệm điện trở suất rất nhiều. Áp dụng trong việc dò mạch nước ngầm và các tài nguyên dưới lòng đất
- Ứng dụng trong xây dựng: bằng khả năng phân tích các tầng địa chất, các kỹ sư có thể biết được khả năng xây dựng ở từng khu vực khác nhau. Ngoài ra, nó còn có thể ứng dụng trong khảo sát và xây dựng đường hầm bằng phương pháp chụp cắt lớp điện trở suất [ERT]
- Thiết kế hệ thống chống sét: bằng phương pháp đo điện trở đất củng là một ứng dụng được sử dụng khá rộng rãi của việc kiểm tra điện trở suất
- Tính toán khả năng dẫn điện của dây dẫn: trong truyền tải điện năng, việc kiểm tra thông số điện trở suất đóng một vai trò cực kỳ quan trọng vì chiều dài đường dây tải và tiết diện dây ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn
5️⃣ Ý nghĩa của đại lượng điện trở suất
Điện trở suất của đồng và ứng dụng rộng rãi của nó
Điện trở suất của vật liệu rất quan trọng vì dựa vào đó ta có thể sử dụng vật liệu vào đúng các ứng dụng cần thiết của nó như linh kiện hoặc bộ phận điện tử
Vật liệu được sử dụng làm dây dẫn, ví dụ như trong dây dẫn điện và các loại dây kết nối thông thường phải có mức điện trở suất thấp để khả năng dẫn điện được tốt nhất, ít tiêu hao nhất. Lựa chọn vật liệu làm dây dẫn phù hợp với ứng dụng của nó
Ví dụ, đồng là một vật liệu có khả năng dẫn điện tốt vì nó có mức điện trở suất thấp, giá thành của đồng củng không quá cao và nó cũng cung cấp các đặc tính vật lý hữu ích trong nhiều ứng dụng điện và điện tử. Điện trở suất của đồng vào khoảng 1,7×10-8 ohm mét [hoặc 17 nΩm], số liệu này có thể thay đổi một chút tùy vào độ tinh khiết của đồng
Các vật liệu như đồng hoặc thậm chí là nhôm cung cấp mức điện trở suất thấp và điều này khiến chúng trở nên lý tưởng để làm dây và cáp điện – nhưng đồng là loại vật liệu được yêu thích hơn cả. Bạc và vàng có giá trị điện trở suất thấp hơn nhiều, nhưng vì chúng có giá đắt hơn đáng kể nên thường không được sử dụng rộng rãi, trừ những trường hợp đặc biệt như bạc được sử dụng để làm plate wires khi yêu cầu khả năng dẫn điện tốt hơn, vàng thường được mạ vào các đầu nối [connector] để đảm bảo tiếp điểm tốt nhất và nó củng không bị oxy hóa như các kim loại khác
Tính toán khả năng cách điện dựa vào điện trở xuất
Ngoài dẫn điện, một số vật liệu được yêu cầu hoạt động như một chất cách điện, nhiệm vụ là cản trở dòng điện đi qua càng nhiều càng tốt. Điện trở suất của chất cách điện sẽ cao hơn rất nhiều so với các vật liệu dẫn điện, ví dụ điển hình của vật liệu cách điện là không khí nó có điện trở suất lên đến 1.5×1014 , cao hơn rất nhiều so với điện trở suất của đồng
Điện trở suất rất quan trọng trong nhiều linh kiện điện tử khác. Trong điện trở, hiểu được nguyên lý điện trở suất là chìa khóa để nghiên cứu ra các loại điện trở với thông số thích hợp
Điện trở suất cũng là yếu tố then chốt trong các linh kiện điện tử khác. Đối với các mạch tích hợp, điện trở suất của các vật liệu trong chip là rất quan trọng. Một số khu vực cần điện trở rất cao để một lượng điện nhỏ đi qua, trong khi các vật liệu khác vẫn cần có điện trở suất cao để cách ly ác khu vực khác nhau
6️⃣ Máy đo điện trở suất, điện trở đất
Trong thực tế, khi nói về các thiết bị đo điện trở suất, ta thường để cập để máy đo điện trở nối đất [hay còn gọi là máy đo điện trở tiếp địa] dùng để kiểm tra điện trở suất của đất phục vụ cho các công việc khảo sát địa chất trước khi tiến hành xây dựng hoặc lắp đặt hệ thống chống sét cho công trình
Để mua các dòng máy đo điện trở suất/điện trở nối đất vui lòng liên hệ với Lidinco theo thông tin bên dưới. Chúng ta cam kết chỉ cung cấp các sản phẩm chính hãng với giấy tờ nguồn gốc, cũng như chế độ bảo hành chính hãng lên đến 12 tháng
Thông tin liên hệ
CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG
028 3977 8269 / 028 3601 6797 / 0906 988 447
Email:
487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam