Apa itu Resistivitas: Definisi dan Rumusnya
Ketika perbedaan potensial diterapkan di seluruh material, elektron dalam material mulai bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif, yang menghasilkan arus dalam material. Tetapi selama pergerakan elektron ini, mereka mengalami berbagai tabrakan dengan elektron lain di jalurnya.
Tabrakan ini menyebabkan beberapa perlawanan terhadap aliran elektron. Fenomena ini dikenal sebagai Resistansi terhadap materi. Sifat resistivitas material bermanfaat dalam rangkaian listrik.
Banyak faktor yang mempengaruhi nilai resistansi suatu material. Nilai resistansi atau hambatan spesifik suatu material memberi kita gambaran tentang kapasitas resistif suatu bahan tertentu.
Apa itu Resistivitas?
Material dibagi berdasarkan sifat konduksinya sebagai konduktor, semikonduktor, dan isolator. Resistivitas listrik suatu material didefinisikan sebagai resistansi material per satuan panjang dan per satuan luas penampang pada suhu tertentu.
Ketika perbedaan potensial diterapkan pada suatu bahan, properti resistansi bahan tersebut menentang aliran arus yang melaluinya. Sifat bahan ini bervariasi dengan suhu dan juga tergantung pada jenis material bahannya. itu mengukur ketahanan bahan.
Rumus untuk Resistivitas
Rumus untuk ini diturunkan dari hukum resistansi. Ada empat hukum untuk ketahanan atau resistansi suatu bahan.
Hukum Pertama
Dinyatakan bahwa resistansi, R suatu bahan berbanding lurus dengan panjangnya L. yaitu R ∝ L. Jadi bila panjang bahan tersebut digandakan. Resistansinya juga menjadi dua kali lipat.
Hukum Kedua
Menurut hukum ini, resistansi R suatu bahan berbanding lurus dengan luas penampang A. yaitu R ∝ 1 / A. Jadi dengan menggandakan luas penampang suatu bahan, nilai resistansinya dikurangi setengahnya.
Hukum Ketiga
Hukum ini menyatakan bahwa resistansi atau ketahanan suatu material bergantung pada suhu.
Hukum Keempat
Menurut hukum ini, nilai resistansi dua kawat yang terbuat dari meterial yang berbeda berbeda meskipun sama panjang dan luas penampangnya.
Dari semua hukum ini, nilai resistansi konduktor dengan panjang L dan luas penampang A dapat diturunkan sebagai
R ∝ L / A
R = ρL / A
Di sini, ρ adalah koefisien resistansi yang dikenal sebagai Resistivitas resistansi spesifik.
Jadi resistivitas listrik material diberikan sebagai
ρ = RA / L.
Satuan SI-nya adalah Ohm-Meter. Ini dilambangkan dengan simbol 'ρ'.
Klasifikasi Resistivitas untuk Konduktor, Semikonduktor, dan Insulator
Material ini sangat bergantung pada suhu. Dalam konduktor dengan peningkatan suhu, kecepatan elektron yang bergerak dalam material juga meningkat. Ini menyebabkan banyak tabrakan. Hal ini mengakibatkan penurunan waktu rata-rata tumbukan elektron.
Bahan ini berbanding terbalik dengan waktu rata-rata tumbukan elektron. Dengan demikian, dengan penurunan waktu rata-rata tumbukan, nilai resistivitas konduktor meningkat.
Dalam bahan semikonduktor ketika suhu dinaikkan, lebih banyak terjadi pemutusan ikatan kovalen. Ini meningkatkan jumlah pembawa muatan bebas dalam bahan. Dengan peningkatan pembawa muatan ini, konduktivitas bahan meningkat sehingga menurunkan resistivitas material semikonduktor. Jadi dengan kenaikan suhu, semikonduktornya akan meningkat.
Ini membantu dalam membandingkan berbagai material berdasarkan kemampuannya menghantarkan listrik. itu adalah kebalikan dari konduktivitas. Konduktor memiliki nilai konduktivitas tinggi dan nilai resistivitas rendah. Isolator memiliki nilai resistivitas tinggi dan nilai konduktivitas rendah. Nilai resistivitas dan konduktivitas untuk semikonduktor terletak di tengah.
Nilainya untuk konduktor yang baik seperti tembaga yang ditarik tangan pada suhu 20°C adalah 1,77 × 10-8 ohm-meter dan sebaliknya, untuk isolator yang baik berkisar antara 1012 hingga 1020 ohm-meter.
Koefisien Suhu
Koefisien suhu resistansi didefinisikan sebagai perubahan peningkatan resistansi resistor 1Ω suatu bahan per kenaikan suhu 1°C. Ini dilambangkan dengan simbol 'α'.
Perubahan resistivitas material dengan perubahan suhu diberikan sebagai
dρ/dt = ρ. α
Di sini, dρ adalah perubahan nilai resistivitas. Satuannya adalah ohm-m²/m. 'ρ' adalah nilai resistivitas bahan. 'dt' adalah perubahan nilai suhu. 'α' adalah koefisien suhu resistansi.
Nilai resistivitas baru untuk material saat mengalami perubahan suhu dapat dihitung dengan persamaan di atas. Pertama, besarnya perubahan nilainya dihitung menggunakan koefisien temperatur. Kemudian nilai tersebut ditambahkan ke nilai sebelumnya untuk menghitung nilai baru.
Ini sangat berguna dalam menghitung nilai resistansi material pada berbagai temperatur. Resistansi dan resistivitas kedua istilah terkait dengan perlawanan yang dialami oleh arus yang mengalir tetapi ini adalah properti intrinsik material.
Semua kabel tembaga terlepas dari panjang dan luas penampangnya memiliki nilai resistivitas yang sama sedangkan nilai resistansi berubah dengan perubahan pada panjang dan luas penampang.
Setiap materi memiliki nilainya. Nilai resistivitas umum untuk berbagai jenis bahan dapat diberikan sebagai - Untuk resistivitas superkonduktor adalah 0, untuk resistivitas logam adalah 10-8 , untuk semikonduktor dan nilai resistivitas elektrolit adalah variabel, untuk nilai resistivitas isolator adalah dari 1016, untuk isolator super nilai resistivitas adalah '∞'.
Pada suhu 20°C nilai resistivitas perak adalah 1,59 × 10-8, untuk tembaga 1,68 × 10-8. Semua nilai resistivitas untuk berbagai material dapat ditemukan dalam tabel. Kayu dianggap sebagai insulator tinggi tetapi ini bervariasi tergantung pada jumlah kelembaban yang ada di dalamnya.
Dalam banyak kasus, sulit untuk menghitung hambatan atau resistansi suatu material menggunakan rumus resistivitas karena sifat material yang tidak homogen. Dalam kasus seperti ini, persamaan diferensial parsial yang dibentuk oleh persamaan kontinuitas J dan persamaan Poisson untuk E digunakan.