Milloin resistanssi kasvaa?

Resistanssi kasvaa – Mutta milloin ja miksi?

Resistanssi, sähkövirran kulkua vastustava ominaisuus, ei ole vakio suure. Sen suuruus riippuu useista tekijöistä, joista lämpötila on yksi merkittävimmistä. Yleinen käsitys on, että resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa, mutta tämä ei ole aina totta. Todellisuudessa resistanssin lämpötilaherkkyys riippuu materiaalin ominaisuuksista.

Metallien resistanssi ja lämpötila:

Metalleissa resistanssi kasvaa lähes lineaarisesti lämpötilan noustessa. Tämä johtuu siitä, että korkeammassa lämpötilassa metallin atomit värähtelevät voimakkaammin, mikä haittaa elektronien vapaata liikettä ja siten lisää resistanssia. Tämä ilmiö voidaan kuvata seuraavalla empiirisellä kaavalla:

R = R₀(1 + α(T – T₀))

jossa:

• R on resistanssi lämpötilassa T
• R₀ on resistanssi referenssi-lämpötilassa T₀ (yleensä 20°C)
• α on lämpötilakerroin, joka on materiaalikohtainen ja osoittaa resistanssin muutosta lämpötilan muuttuessa.

Tämä lineaarinen malli toimii hyvin rajoitetulla lämpötila-alueella. Erittäin alhaisissa lämpötiloissa metallit voivat saavuttaa suprajohtavuuden, jolloin resistanssi putoaa käytännössä nollaksi. Korkeammissa lämpötiloissa lineaarisuus alkaa heikentyä.

Puolijohtujen resistanssi ja lämpötila:

Puolijohtujen, kuten pii- ja germaniumin, käyttäytyminen on täysin erilaista. Niiden resistanssi pienenee lämpötilan noustessa. Tämä johtuu siitä, että lämpöenergia kiihdyttää elektronien siirtymistä valenssivyöltä johtavuusvyölle, mikä lisää varauksenkuljettajien määrää ja siten vähentää resistanssia. Termistorit, lämpötilaa mittaavat puolijohdevastukset, hyödyntävät tätä ominaisuutta.

Muita tekijöitä, jotka vaikuttavat resistanssiin:

Lämpötilan lisäksi resistanssiin vaikuttavat myös:

• Materiaali: Eri materiaaleilla on erilaiset resistanssit. Esimerkiksi kupari on paljon parempi johdin kuin rauta.
• Pituus: Johtimen pituus on suoraan verrannollinen resistanssiin. Pidempi johdin vastustaa virran kulkua enemmän.
• Poikkipinta-ala: Johtimen poikkipinta-ala on kääntäen verrannollinen resistanssiin. Suurempi poikkipinta-ala tarkoittaa pienempää resistanssia.
• Johtimen rakenne: Epäpuhtauksia ja virheitä materiaalin rakenteessa vaikuttavat resistanssiin.

Yhteenvetona voidaan todeta, että resistanssin lämpötilaherkkyys on materiaalikohtainen. Metalleissa resistanssi yleensä kasvaa lämpötilan noustessa, kun taas puolijohteissa se pienenee. Täydellisen kuvan saamiseksi resistanssin käyttäytymisestä on otettava huomioon myös muut tekijät, kuten materiaali, pituus ja poikkipinta-ala.