¿Qué es exactamente la resistencia y el ohmio?

Una herramienta intuitiva para comprender la resistividad en el contexto clásico es el modelo Drude.

Considere una red tridimensional, de obstáculos estacionarios, que están separados por una longitud característica$\lambda$.

Ahora considere una partícula cargada, que opera bajo una diferencia de potencial que crea un campo E constante en esta red 3D, digamos en el$\hat{x}$dirección.

Ahora, sin la red 3D, esperaría que la partícula cargada se acelere de manera constante, ya que:

$$\vec{F}\equiv e\vec{E}$$

Pero ese no es el caso aquí, lo que realmente sucede es que la partícula sigue chocando con estos obstáculos, y el componente de velocidad, que se generó estrictamente en el$\hat{x}$dirección:$v_x$ahora está "termalizado", es decir, se desvía en una dirección aleatoria que, en general, promedia cero, así:

$$<v_T>=0$$ Eso es cierto debido a la naturaleza aleatoria de esta velocidad.

Esto significa que solo hay una longitud finita en la que la partícula puede acumular velocidad en el$\hat{x}$dirección entonces - aquí hay una derivación completa:

$$V_x = a*\tau = \frac{e\nabla\Phi}{m_p}\cdot \tau = \frac{eE_x}{m_p}\cdot\tau$$ (hasta una constante numérica).

Encontremos$\tau$:

$$\tau\propto \frac{"x"}{"v"}=\frac{\lambda}{V}$$ Donde como aquí tomamos TODA la velocidad, tal cual, y no el componente promediado: $$\Rightarrow \tau\propto\frac{\lambda}{V_T + V_x}$$ Dónde $|V_T|\gg |V_x|$así que podemos seguir adelante y decir: $$\Rightarrow \tau\propto\frac{\lambda}{V_T}$$ enchufando estos: $$v_x\propto\frac{eE_x \lambda}{m_p V_T}$$

Ahora queremos considerar la corriente, así que tomamos la cantidad de partículas cargadas que pasan por toda la resistencia en un segundo, que es solo:

$$I=qAv_x$$ Dónde $q$es la carga de la partícula, y obtenemos: (cambiado $e\rightarrow q$) $$I\propto \frac{qE_x \lambda }{m_p V_T}\cdot\frac{qA\cdot l}{l}$$ Ahora juntamos estos muy bien: $$V=E_x l$$ $$\rho = \frac{m_p V_T}{q^2\lambda}$$ Y obtenemos la ley de Ohm: $$I=\frac{V}{R}$$ Dónde $$R=\rho\cdot \frac{l}{A}$$

Estos deberían darle una idea de la resistividad, cuando la temperatura de la resistencia aumenta, la resistividad se dispara. de manera similar, cuando aumenta el espacio entre los obstáculos, la resistividad disminuye.

Otra forma en que uno puede pensar en ello es mirando

$$F=m\cdot a$$ Entonces, ahora mira: $$V=I\cdot R$$ En la mecánica clásica, puedes pensar en la masa como lo difícil que es motivar a un objeto para que se mueva, el análogo de la electricidad en este caso será, $R$indica lo difícil que es, dado el potencial $V$, para provocar un movimiento de electrones a través de la resistencia, para formar una corriente.

Un ohmio es un voltio por amperio.

Es decir, una resistencia de un ohmio (ideal, lineal) requiere 1 V para que pase 1 A a través de ella. un 2$\Omega$resistencia requiere 2 V para que fluya 1 A. Por el contrario, si 1 A se fuerza a fluir a través de un 1$\Omega$resistencia, se desarrollará 1 V a través de la resistencia.

¿La resistencia disminuye la cantidad de electrones que pasan a través de un conductor por unidad de tiempo o disminuye la energía que transporta un solo electrón o ninguno de ellos?

La resistencia de un alambre restringe el flujo neto de electrones para un voltaje dado aplicado entre los dos extremos del alambre. Pero los electrones que fluyen en un extremo del cable generalmente no son los mismos que fluyen por el otro extremo, por lo que no tiene sentido hablar de la energía de un electrón en particular que fluye a través del cable.

Por ejemplo, cuando hablamos de un conductor que debe estar aislado por un aislante eléctrico, tenemos que saber cuántos ohmios se necesitan para determinar el tamaño del aislante para un buen aislamiento.

Esto no es correcto en la práctica. Si bien es cierto que queremos limitar la corriente que fluye a través del aislamiento, otras consideraciones son más críticas para la elección del aislamiento.

El aislamiento está diseñado para el voltaje máximo que se puede aplicar al conductor en relación con los objetos circundantes (por ejemplo, la tierra misma o un objeto conectado a tierra). El material y el grosor deben elegirse de modo que el campo eléctrico entre el cable y los objetos que lo rodean no sea mayor que el voltaje de ruptura del aislamiento.

La resistencia del propio cable provoca una diferencia de potencial entre los dos extremos del cable. Pero incluso si esta diferencia es pequeña (como debería ser), el potencial relativo a los objetos cercanos aún podría ser muy grande. La resistencia del cable puede contribuir a que se caliente durante el uso, y el aislamiento debe estar diseñado para soportar cualquier temperatura que alcance el cable sin incendiarse ni derretirse.

Pero ni el voltaje de ruptura ni los límites térmicos del aislamiento están particularmente relacionados con su resistencia.