L'elettricità è il flusso di particelle elettricamente cariche chiamate elettroni, e permette l'umanità un'esistenza lussuosa con illuminazione, riscaldamento e televisione. Come gli elettroni passano attraverso un filo si disperdono fuori dalla superficie e uno con l'altro. Questa dispersione conduce ad una riduzione di energia degli elettroni, e questo fenomeno è generalmente conosciuto come resistenza.
Resistenza di un filo
La resistenza di un filo può essere calcolata in base alla sua lunghezza, larghezza, spessore e resistività. La resistività è una costante di materiale-specifico che è una misura di quanta dispersione si verifica in un materiale. Ad esempio, i metalli con un alta resistività sono cattivi conduttori, e quelli con bassa resistività sono buoni conduttori. La resistenza di un metallo è determinata dalla sua resistività sia al momento le sue dimensioni e può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
R = Rho x L / A
Dove Rho è la resistività, L è la lunghezza del filo e A è l'area della sezione trasversale del filo. Questa equazione può essere compresa in termini di scattering di elettroni. Quando il filo è fatto più lungo (L è fatto più grande), gli elettroni sono più probabili di dispersione, e la resistenza otterrà più grande. Quando l'area della sezione trasversale del filo si fanno più grandi, gli elettroni sono più diffuso, dispersione fuori a vicenda meno, e quindi la resistenza è inferiore. Di queste variabili è la resistività che più colpisce il cambiamento nella resistenza con la temperatura, poiché eventuali dilatazioni termiche renderà l'area della sezione trasversale più grande (e diminuzione della resistenza), ma anche aumenta la lunghezza (e aumenta la resistenza).
Temperatura
Su scala atomica, la temperatura è una misura della vibrazione atomica. Se un oggetto viene riscaldato, l'energia viene trasferita all'oggetto, gli atomi acquistano energia e si muovono più velocemente. Gli oggetti che hanno una temperatura elevata hanno atomi che si muovono a velocità elevate. Il contrario è vero per le basse temperature. Come la temperatura di un oggetto è diminuita, suoi atomi costituenti rallentano.
Effetto della temperatura sulla resistenza
Come la temperatura di un filo metallico è aumentata, gli atomi del metallo iniziano a vibrare ad una velocità maggiore. Queste vibrazioni portano a una maggiore dispersione degli elettroni e quindi portano ad un aumento generale nella resistenza. Raffreddamento da temperatura conduce ad una diminuzione delle vibrazioni atomiche e una diminuzione della resistenza.
Calcolare la variazione nella resistenza con la temperatura
La variazione della resistenza con la temperatura può essere calcolata, supponendo che una relazione lineare. Questa è una buona approssimazione per la maggior parte dei metalli e può essere utilizzata la seguente equazione:
R = R0 [(1 + (alfa x dt)]
R è la resistenza di nuova (misurata in ohm) dopo il cambiamento di temperatura, R0 è la resistenza prima del cambiamento di temperatura, alfa è il coefficiente di temperatura di resistenza (tasso di variazione di resistenza per grado) e dt è la variazione di temperatura.