Điện Trở Là Gì?
Bài viết này giới thiệu về điện trở, một thành phần không thể thiếu trong các mạch điện tử, nhấn mạnh vai trò của nó trong việc kiểm soát dòng điện và chuyển đổi năng lượng, chẳng hạn như trong bóng đèn. Nó giải thích về các ký hiệu khác nhau của điện trở, sự cần thiết của điện trở để điều chỉnh dòng điện nhằm tránh hư hỏng các thành phần, và các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn điện trở bao gồm giá trị điện dung và điện áp hoạt động.
Điện Trở Là Gì?
Điện trở là một thành phần cơ bản được sử dụng trong tất cả các mạch điện tử. Đây là một phần tử thụ động, cản trở dòng chảy của electron, do đó, chỉ cho phép một lượng dòng điện nhất định đi qua nó. Phần dòng điện còn lại được chuyển hóa thành nhiệt.
Nguyên lý hoạt động của bóng đèn là dòng điện được truyền qua dây tóc, thường là tungsten, vốn là một điện trở. Năng lượng này được chuyển đổi và phát ra dưới dạng ánh sáng và nhiệt.
Ký Hiệu Điện Trở
Thông thường, có hai tiêu chuẩn được sử dụng để biểu diễn ký hiệu của điện trở, đó là: Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) và Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC).
Ký hiệu IEEE của điện trở là một đường gấp khúc, như được minh họa trong hình dưới đây.
The IEC symbol
Tại Sao Điện Trở Được Sử Dụng Trong Mạch Điện?
Hãy cùng lấy một ví dụ để trả lời câu hỏi này.
Xét một đèn LED được kết nối với một pin 9V. Giả sử dòng điện tối đa mà đèn LED chịu được là 3mA.
Nếu có một điện trở được kết nối giữa đèn LED và pin, đèn LED sẽ sáng bình thường.
Nếu không có điện trở giữa đèn LED và pin, đèn LED vẫn sáng nhưng sau một thời gian sẽ bị nóng lên rất nhiều. Điều này xảy ra do dòng điện lớn hơn (hơn 30mA) đi qua đèn LED.
Do đó, điện trở là cần thiết để kiểm soát dòng điện.
Điện trở trong mạch có thể được sử dụng cho nhiều mục đích, ví dụ như:
Điều chỉnh mức điện áp.
Cấp điện áp chênh lệch (bias) cho các thành phần hoạt động.
Chia mức điện áp, v.v.
Điện Trở Được Làm Từ Gì?
Điện trở được chế tạo từ các thanh gốm phủ kim loại hoặc oxit kim loại.
Lớp phủ này quyết định giá trị điện trở của điện trở.
Nếu lớp phủ dày hơn, giá trị điện trở sẽ thấp hơn.
Điện Trở Là Gì?
Điện trở là đặc tính của điện trở dùng để cản trở dòng điện. Hãy tìm hiểu điều này một cách rõ ràng.
Thông thường, các vật liệu được chia thành hai loại: dẫn điện và cách điện.
Vật dẫn điện cho phép dòng điện chạy qua nhờ có các electron tự do.
Vật cách điện không có electron tự do và ngăn cản sự chuyển động của các electron. Lực cản này được gọi là điện trở.
Các loại điện trở khác nhau được chế tạo từ các thành phần khác nhau. Do đó, điện trở có thể được định nghĩa là lực cản mà vật liệu tạo ra đối với dòng điện.
Cách Tính Điện Trở
Cơ chế dòng năng lượng qua vật dẫn có thể được mô tả như sau:
Trong sự hiện diện của nguồn năng lượng, các phần tử thụ động như điện trở luôn hấp thụ năng lượng, và dòng điện qua chúng sẽ luôn chảy từ nơi có thế năng cao đến nơi có thế năng thấp.
Nếu áp dụng cùng một sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu của hai vật dẫn khác nhau nhưng có hình dạng giống nhau (như thanh đồng và thanh thủy tinh), dòng điện tạo ra sẽ khác nhau. Đặc tính này của vật dẫn, gây ra sự khác biệt về dòng điện, chính là điện trở.
Định nghĩa về điện trở có thể được suy ra từ Định luật Ohm dưới dạng lý thuyết điện từ hoặc liên tục:
J=σE
Trong đó,
σ là độ dẫn điện của vật liệu dẫn.
E là điện trường phát triển dọc theo chiều dài của vật dẫn do dòng năng lượng điện qua nó.
Nếu
V là điện áp rơi trên vật dẫn và L là chiều dài vật dẫn:
𝐸=𝑉/𝐿
Mật độ dòng điện J là kết quả của dòng năng lượng điện qua vật dẫn.
Nếu I là dòng điện chạy qua vật dẫn và A là diện tích mặt cắt ngang của vật dẫn, thì theo định nghĩa về mật độ dòng điện:
J=I/A
Bây giờ kết hợp các phương trình 1, 2 và 3
I/A = σV/L
V = (L/Aσ)I —-4
Thuật ngữ trong ngoặc đơn là hằng số và chúng ta hãy ký hiệu nó là ‘R’.
∴V = RI
Đây là dạng định luật Ohm trong phân tích mạch điện.
Theo định nghĩa của định luật Ohm, cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào.
I ∝ V
Hằng số tỉ lệ được gọi là tham số điện trở của dây dẫn R.
∴I= V/R
R = V/I
Điện Trở Của Một Vật Dẫn
Điện trở giữa hai điểm trên vật dẫn được xác định bằng cách áp dụng một hiệu điện thế V giữa hai điểm đó và đo dòng điện I chạy qua.
Đơn Vị Của Điện Trở
Đơn vị của điện trở là **Volt trên Ampe** và được gọi là Ohm (Ω).
∴ 1Ω = 1 volt per ampere = 1 V/A.
From earlier calculations
V = (L/Aσ) I
∴ R = L/(A σ) I
∴ Điện trở của vật liệu ∝ Điện trở suất của vật liệu
R = ρL/A Ω
Điện trở của một vật dẫn được định nghĩa là khả năng của vật dẫn trong việc chống lại dòng điện chạy qua nó.
Điện trở là một tính chất của vật thể (như vật dẫn).
Điện trở suất là một tính chất của vật liệu làm nên vật thể đó.
Giá trị điện trở của một điện trở cụ thể có thể được đọc từ mã màu điện trở trên nó.
Công Suất Định Mức Của Điện Trở Là Gì?
Công suất định mức của điện trở là giá trị tối đa của công suất (kết hợp giữa điện áp và dòng điện) mà điện trở có thể chịu được.
Nếu công suất đầu vào vượt quá giá trị này, điện trở có thể bị hỏng.
Công suất định mức của điện trở còn được gọi là wattage.
Điện trở có nhiều mức công suất khác nhau, từ 1/8 watt đến 1 watt.
Điện trở có công suất lớn hơn 1 watt được gọi là điện trở công suất (Power Resistors).
Đặc Tuyến V-I Của Điện Trở
Đặc tuyến V-I của điện trở là mối quan hệ giữa điện áp được áp vào và dòng điện chạy qua nó.
Theo Định luật Ohm, khi điện áp áp dụng lên điện trở tăng thì dòng điện chạy qua nó cũng tăng, tức là Điện áp áp dụng tỉ lệ thuận với dòng điện.
Các thông số trên chỉ đúng trong trường hợp điện trở thuần, tức là điện trở lý tưởng, và nhiệt độ không đổi.
Trong các điều kiện thực tế, các giá trị này có thể thay đổi tùy thuộc vào môi trường hoạt động và các đặc điểm có thể khác với các giá trị lý tưởng tuyến tính.
Sự Thay Đổi Của Điện Trở Theo Nhiệt Độ
Khi nhiệt độ của môi trường xung quanh tăng lên, điện trở của vật liệu thay đổi.
Lý do cho sự thay đổi này không phải do sự thay đổi kích thước của vật liệu mà là do sự thay đổi điện trở suất của vật liệu.
Khi nhiệt độ tăng:
Nhiệt làm cho các nguyên tử dao động.
Những dao động này gây ra va chạm giữa các electron tự do và các electron ở lớp bên trong của nguyên tử.
Những va chạm này tiêu hao năng lượng của các electron tự do.
Nếu xảy ra nhiều va chạm hơn, nhiều năng lượng của các electron tự do bị tiêu hao, làm tăng điện trở đối với dòng điện. Đây là trường hợp trong vật dẫn điện.
Trong trường hợp vật cách điện, điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.
Nguyên nhân là do sự xuất hiện của nhiều electron tự do hơn, khi chúng được giải phóng khỏi trạng thái giam giữ.
Về mặt toán học, sự thay đổi tỉ lệ của điện trở tỉ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ.
∆R/R 0 ∝∆T
Trong đó ∆R là sự thay đổi nhỏ trong điện trở
∆R = R – R 0
R là điện trở ở nhiệt độ T
R 0 là điện trở ở nhiệt độ T 0
∆T là sự thay đổi nhiệt độ
∆T = T – T 0
Nếu chúng ta biểu thị hằng số tỷ lệ trong phương trình trên là alpha (α)
Sau đó ∆R/R 0 = α∆T
Trong đó α là hệ số nhiệt độ của điện trở.
Hệ số nhiệt độ của điện trở được sử dụng để mô tả sự thay đổi tương đối của điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
Nếu sự thay đổi nhiệt độ là nhỏ thì phương trình trên có thể được viết như sau
R = R 0 [1+α (TT 0 )]
Nếu điện trở tăng khi nhiệt độ tăng thì vật liệu được cho là có hệ số nhiệt độ dương. Những vật liệu này là chất dẫn điện.
Nếu điện trở giảm khi nhiệt độ tăng thì vật liệu được cho là có hệ số nhiệt độ âm. Những vật liệu này là chất cách điện.
