電気抵抗を分かりやすく解説│抵抗が生じる原因や金属の電気抵抗率一覧

電気抵抗とは？電気抵抗が生じる原因や、抵抗と温度との関係性などを解説します。
また、金属の電気抵抗率一覧も掲載しています。

電気抵抗とは

電気抵抗とは、電流の流れにくさを表した数値のことです。
国際単位系における単位は、Ω（オーム）であり、電気抵抗の数値が大きければ大きいほど電流が流れにくいことを意味します。

電気抵抗と電流、電圧との関係は、オームの法則と呼ばれ以下の式で表されます。

電気抵抗の公式

導体の電気抵抗R［Ω］は、長さL［m］、断面積S［㎡］、抵抗率ρ［Ω・ｍ］より、以下の公式で表すことができます。

上記の式からも分かるように、
導体の電気抵抗の大きさは同一素材だと長さに比例し、断面積に反比例します。

 

電気抵抗率とは

電気抵抗率とは、物質の単位長さと単位断面積あたりの電気の流れにくさを表す指標のことで物質固有の値となります。
電気抵抗は、同一素材においても物質の長さや面積によって変化するのに対し、電気抵抗率は変化しません。
電気抵抗率の記号はρ[ロー]であり、単位は一般的にΩ・ｍ（オームメートル）またはΩ・cm（オームセンチメートル）が使用されます。

導体の電気抵抗率ρ［Ω・m］は、抵抗R［Ω］、長さL［m］、断面積S［㎡］より、以下の式で表すことができます。

電気抵抗率の大きさにより、物質は「導体」、「半導体」、「絶縁体」に区分することができます。
導体・半導体・絶縁体の違いをみていきましょう。

 

導体・半導体・絶縁体

以下の図が示すように、電気抵抗率が非常に小さい物質を「導体」、非常に大きい物質を「絶縁体」、その中間に位置する物質を「半導体」といいます。

 

電気は、電流＝自由電子が物質内を移動することにより発生します。
そのため、電気抵抗の大きさは、物質内に存在する自由電子の数に左右され、
電気を良く通す導体には自由電子が多く存在しますが、電気を通さない絶縁体には殆ど存在しません。

自由電子については、以下の記事にて詳しく解説しています。
【簡単解説】金属結合とは？自由電子の役割や金属結晶について 

金属の電気抵抗はなぜ起こる？

電気を通しやすい”導体”の代表的な例である金属においても電気抵抗は存在します。

これは、電気を流した際に金属中を移動する自由電子が原子と衝突することが原因です。
衝突するたびに、自由電子＝電流　の流れが妨げられるため、電気抵抗が発生します。

金属は自由電子の存在により電気を非常に通しやすい物質ですが、
金属の中では電気を通しにくい（電気抵抗値が高い）ように成分を調整した材料を「抵抗材料」といいます。

金属の電気抵抗と温度の関係

金属の電気抵抗は、一般的に温度が上昇するにつれて大きくなりますが、
これは、金属格子の振動（フォノン）が影響しています。

金属は、絶対零度以外の温度では常に金属格子が振動しており、この振動は、温度が高くなるにつれ大きくなります。そのため、温度が上昇すると金属中を移動する自由電子と大きく振動している原子がぶつかる回数が多くなり、より電気が流れにくくなるのです。

この温度変化に伴う抵抗値の変化の割合を抵抗温度係数（TCR：Temperature Coefficient of Resistance）と言い、単位はppm/℃（ppm/K）で表されます。
温度変化と抵抗値の変化は比例ではないため、TCRには温度範囲の記載が必要となります。
例：TCR 50ppm/℃（23～100℃）
なお、抵抗器の様な用途では、この値が小さいほど安定した抵抗器と言えますが、金属材料でこの値をゼロにすることはできないので、抵抗温度係数を踏まえて設計、管理することが重要となってきます。



反対に、温度を下げると原子の振動が小さくなり、自由電子が移動しやすくなるため抵抗も小さくなります。
金属の中には、絶対零度付近まで温度を下げると突然電気抵抗がゼロになるものがあり、この現象は超電導と呼ばれます。

超電導は、

• 電気抵抗がゼロになるため、無駄なエネルギー損失なく電気を運ぶことができる
• 外部からの磁場を完全に排除するマイスナー効果がある

という大きな特徴があり、近年その技術はMRIやリニアといった様々な分野で応用されています。

金属の電気抵抗率一覧

電気抵抗率は材料毎に固有の値をとります。
下表に主な金属材料の電気抵抗率、導電率を示します。

なお、上述した通り、一般的に電気抵抗率は温度が上がるほど大きくなる傾向にあり、
温度帯によって数値が若干異なりますが、ここでは代表値のみ記載いたします。

また、電気抵抗率と反対の関係にある、導電率についても併せて記載いたします。

※弊社テクニカルガイドより抜粋
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※こちらの情報は、ご利用者の判断と責任においてご利用ください

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以上のように、金属は自由電子の存在により電気を非常に通しやすい物質ですが、
金属の中では電気を通しにくい（電気抵抗値が高い）ように成分を調整した材料を「抵抗材料」といいます。


抵抗材料は以下の2種類に分類されます。

電気抵抗用材料…電気抵抗により電流の流れを制限した材料
電熱用材料…電気抵抗により金属が発熱する特性を利用した材料


当社では電気抵抗用材料と電熱用材料を各種取り扱っており、以下のような調整や対応が可能です。

• 導体抵抗値の微調整が可能
• 抵抗温度係数（TCR）を保証
• 高精度な板厚公差を保証
• 小ロット対応
• 極薄箔も製造可能

取り扱い材料や化学成分、仕様などの詳しい情報は、以下のページに載っていますので、ぜひご確認ください。



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