L'électricité est le flux de particules chargées électriquement appelées électrons, et il permet à l'humanité une existence luxueuse avec l'éclairage, le chauffage et la télévision. Comme les électrons circulent à travers un fil, ils se dispersent sur la surface et l'une l'autre. Cette dispersion conduit à une réduction de l'énergie d'électrons, et ce phénomène est généralement connu sous le nom de résistance.
La résistance d'un fil
La résistance d'un fil peut être calculée en fonction de sa longueur, la largeur, l'épaisseur et la résistivité. La résistivité est une constante spécifique au matériau qui est une mesure de la quantité de dispersion se produit dans un matériau. Par exemple, les métaux avec une résistivité élevée sont de mauvais conducteurs, et ceux ayant une faible résistivité sont de bons conducteurs. La résistance d'un métal est déterminée par sa résistivité, ainsi que sur ses dimensions, et peut être calculée en utilisant la formule suivante:
R = Rho x L / A
Où Rho est la résistivité, L est la longueur du fil et A est la surface en coupe transversale du fil. Cette équation peut être comprise en termes de diffusion des électrons. Lorsque le fil est fait plus (L est faite plus grand), les électrons sont plus susceptibles de se disperser, et la résistance sera plus grande. Lorsque la surface en coupe transversale du fil grossissent, les électrons sont plus dispersés, disperser moins large de l'autre, et par conséquent la résistance est plus faible. Parmi ces variables, il est la résistivité qui affecte le plus le changement de résistance avec la température, étant donné que toute expansion thermique rendra la surface en section transversale plus grande (et de diminuer la résistance), mais également d'augmenter la longueur (et augmente la résistance).
Température
Sur l'échelle atomique, la température est une mesure de vibration atomique. Si un objet est chauffé, l'énergie est transférée à l'objet, les atomes gagnent de l'énergie et de se déplacer plus rapidement. Les objets qui ont une température élevée ont des atomes qui se déplacent à des vitesses élevées. L'inverse est vrai pour les basses températures. Lorsque la température d'un objet est réduite, ses atomes constituants ralentissent.
Effet de la température sur la résistance
Lorsque la température d'un fil métallique est augmentée, les atomes du métal commence à vibrer à une plus grande vitesse. Ces vibrations entraînent une plus grande diffusion des électrons et donc conduisent à une augmentation générale de la résistance. Le refroidissement de la température ambiante entraîne une diminution des vibrations atomiques et une diminution de la résistance.
Calcul de la variation de la résistance avec la température
La variation de la résistance avec la température peut être calculée, en supposant une relation linéaire. Ceci est une bonne approximation pour la plupart des métaux et de l'équation suivante peut être utilisée:
R = R0 [(1 + (alpha x dt)]
R est la nouvelle résistance (mesurée en ohms) après le changement de température, R0 est la résistance avant le changement de température, l'alpha est le coefficient de température de résistance (taux de changement de résistance par degré) et dt est la variation de température.