Elektrický odpor: Co to je?

Electrical4u

Pole: Základní elektrotechnika

China

Co je elektrický odpor?

Odpor (také známý jako ohmový odpor nebo elektrický odpor) je měřítko odpornosti k proudovému průtoku v elektrickém obvodu. Odpor se měří v ohmech, symbolizovaných řeckým písmenem omega (Ω).

Čím větší je odpor, tím větší překážka proti proudu.

Když je na vodič aplikován potenciální rozdíl, začne proud pramenit, nebo se volné elektrony začnou pohybovat. Při pohybu se volné elektrony narážejí s atomy a molekulami vodiče.

Díky kolizím nebo překážkám je rychlost toku elektronů nebo elektrického proudu omezena. Proto můžeme říci, že existuje nějaká odpornost proti toku elektronů nebo proudu. Tuto odpornost, kterou látka nabízí toku elektrického proudu, nazýváme odpor.

Odpor vodivého materiálu byl zjištěn být—

úměrný délce materiálu
nepřímo úměrný ploše průřezu materiálu
závislý na povaze materiálu
závislý na teplotě

Matematicky lze odpor vodivého materiálu vyjádřit jako,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Kde R = odpor vodiče

$l$ = délka vodiče

a = průřezová plocha vodiče

$\rho$ = konstanta úměrnosti materiálu známá jako specifický odpor nebo rezistivita materiálu

Definice odporu 1 ohm

Pokud je na dva vedení vodiče přiložen potenciál 1 volt a pokud tímto vodičem protéká proud 1 amper, říká se, že odpor tohoto vodiče je jeden ohm.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \end{align*}$

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

V jakých jednotkách se měří elektrický odpor?

Elektrický odpor se měří v (SI jednotce pro odpor) ohmu, a Ω jej reprezentuje. Jednotka ohm (Ω) je pojmenována po velkém německém fyzikovi a matematikovi Georgu Simonu Ohmovi.

V SI systému je ohm roven 1 voltu za amper. Tedy,

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Proto se odpor také měří v voltech za amper.

Odpory jsou vyráběny a specifikovány v širokém rozsahu hodnot. Jedinice ohm se obvykle používá pro střední hodnoty odporu, ale velmi vysoké a nízké hodnoty odporu lze vyjádřit v miliomech, kiloomech, megaomech atd.

Proto jsou odvozené jednotky odpornosti založeny na jejich hodnotách, jak je uvedeno v následující tabulce.

Unit Name	Abbreviation	Values in Ohm $(\Omega)$
Milli Ohm	$m\,\,\Omega$	$10^-^3\,\,\Omega$
Micro Ohm	$\micro\,\,\Omega$	$10^-^6\,\,\Omega$
Nano Ohm	$n\,\,\Omega$	$10^-^9\,\,\Omega$
Kilo Ohm	$K\,\,\Omega$	$10^3\,\,\Omega$
Mega Ohm	$M\,\,\Omega$	$10^6\,\,\Omega$
Giga Ohm	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Odvozená jednotka odporů

Symbol elektrického odporu

Existují dva hlavní obvodové symboly pro elektrický odpor.

Nejčastějším symbolem pro odpor je zikzaková čára, která se široce používá v Severní Americe. Druhým obvodovým symbolem pro odpor je malý obdélník, který se široce používá v Evropě a Asii a označuje se jako mezinárodní symbol odporu.

Obvodový symbol pro odpor je znázorněn na následujícím obrázku.

企业微信截图_17099630627029.png 企业微信截图_17099630544755.png

Vzorec pro elektrický odpor

Základní vzorec pro odpor je:

Vztah mezi odporem, napětím a proudem (Ohmův zákon)
Vztah mezi odporem, výkonem a napětím
Vztah mezi odporem, výkonem a proudem

Tyto vztahy jsou shrnuty na následujícím obrázku.

Vzorec pro odpor 1 (Ohmův zákon)

Podle Ohmova zákona

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Tedy je odpor poměrem napětí a proudu.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\,\Omega \end{align*}$

Vzorec pro odpor 2 (výkon a napětí)

Přenesený výkon je součinem napětí a elektrického proudu.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Nyní dosaďte $I = \frac{V}{R}$ do výše uvedené rovnice, dostaneme:

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \end{align*}$

Tedy získáváme, že odpor je poměr druhé mocniny napětí a výkonu. Matematicky,

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\,\Omega \end{align*}$

Vzorec pro odpor 3 (výkon a proud)

Víme, že $P = V * I$

Dosazením $V = I *R$ do výše uvedené rovnice získáváme

$\begin{align*} P = I^2 * R \end{align*}$

Tedy odpor je poměr mezi výkonem a druhou mocninou proudu. Matematicky,

$\begin{align*} R = \frac{P}{I^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Rozdíl mezi AC a DC odporu

Existuje rozdíl mezi AC odporu a DC odporu. Pojďme si to stručně vysvětlit.

AC odpor

Celkový odpor (včetně odporu, indukční reaktance a kapacitivní reaktance) v AC obvodech se nazývá impedance. Proto se AC odpor také nazývá impedance.

Odpor = Impedance tedy,

$\begin{align*} R = Z \end{align*}$

Následující vzorec udává hodnotu AC odporu nebo impedanci v obvodech s CA,

$\begin{align*} R_A_C = \sqrt{R^2 + (X_L-X_C)^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Odpor DC

Velikost DC je konstantní, tedy v obvodích s DC není žádná frekvence; proto je kapacitivní reaktance a induktivní reaktance v obvodech s DC nulová.

Proto při napájení zdrojem DC hraje roli pouze hodnota odporu vodiče nebo drátu.

Takže podle Ohmova zákona můžeme vypočítat hodnotu odporu DC.

$\begin{align*} R_D_C = \frac{V}{I} \,\, \Omega \end{align*}$

Který je větší, odpor AC nebo odpor DC?

V obvodech s přímým proudem neexistuje efekt kůže, protože frekvence v zdroji s přímým proudem je nulová. Proto je odpor pro střídavý proud vyšší než odpor pro přímý proud kvůli efektu kůže.

$\begin{align*} R_A_C = R_D_C \end{align*}$

Obvykle je hodnota odporu pro střídavý proud 1,6krát větší než hodnota odporu pro přímý proud.

$\begin{align*} R_A_C = 1.6 * R_D_C \end{align*}$

Elektrický odpor, ohřev a teplota

Elektrický odpor a ohřev

Když elektrický proud (tj. proud volných elektronů) prochází vodičem, existuje nějaké "tření" mezi pohybujícími se elektrony a molekulami vodiče. Toto tření se nazývá elektrický odpor.

Tedy, elektrická energie dodaná vodiči se přemění na teplo kvůli tření nebo elektrickému odporu. Tento jev se nazývá ohřevací efekt elektrického proudu způsobený elektrickým odporem.

Například, pokud proud I amperů prochází vodičem o odporu R ohmů po dobu t sekund, dodaná elektrická energie je I2Rt džoulů. Tato energie se převede ve formě tepla.

Tedy,

$\begin{align*} Heat \,\, produced \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joules \end{align*}$

$\begin{align*} = \frac{I^2 * R * t}{4.186} \,\, calories \end{align*}$

Tento tepelný efekt se využívá k výrobě mnoha topných elektrických spotřebičů, jako jsou elektrické topidlo, elektrický toastovač, elektrický čajový hrnec, elektrický žehlička, lité žehlička atd. Základní princip těchto spotřebičů je stejný, tj. když elektrický proud prochází vysokým odporem (nazývaným topný prvek), vyprodukuje tak požadované teplo.

Nejčastěji používaný slitiny niklu a chromu, nazývaná nichrom, má odpor více než 50krát vyšší než měď.

Vliv teploty na elektrický odpor

Odpory všech materiálů jsou ovlivněny změnou teploty. Účinek změny teploty se liší v závislosti na materiálu.

Kovy

Elektrický odpor čistých kovů (např. měď, hliník, stříbro atd.) se zvyšuje s nárůstem teploty. Toto zvýšení odporu je významné pro běžný rozsah teplot. Proto mají kovy kladný teplotní koeficient odporu.

Sloučeniny

Elektrický odpor slitin (např. nichrom, mangalin atd.) také roste s nárůstem teploty. Toto zvýšení odporu je nerovnoměrné a relativně malé. Proto mají slitiny nízkou hodnotu kladného teplotního koeficientu odporu.

Polorovodníky, izolátory a elektrolyty

Elektrický odpor polorovodníků, izolátorů a elektrolytů klesá s nárůstem teploty. S nárůstem teploty se vytváří mnoho volných elektronů. Proto dochází ke snížení hodnoty elektrického odporu. Takové materiály tedy mají záporný teplotní koeficient odporu.

Časté otázky o odporu

Elektrický odpor lidského těla

Odpor kůže lidského těla je vysoký, ale vnitřní odpor těla je nízký. Když je lidské tělo suché, jeho průměrný efektivní odpor je vysoký, a když je mokré, odpor se výrazně snižuje.

Pod suchými podmínkami nabízí lidské tělo efektivní odpor 100 000 ohmů, a pod mokrými podmínkami nebo při porušené kůži se odpor snižuje na 1000 ohmů.

Pokud do lidské kůže pronikne vysoké napětí, rychle se kůže rozpadá a odpor nabízený tělem se sníží na 500 ohmů.

Elektrický odpor vzduchu

Víme, že elektrický odpor jakéhokoli materiálu závisí na jeho specifickém odporu nebo vodivosti. Specifický odpor vzduchu je přibližně $10^6$ až $10^1^5$ $\Omega-m$ při 200 C.

Elektrický odpor vzduchu je měřítkem schopnosti vzduchu bránit průchodu elektrického proudu. Odpor vzduchu je výsledkem srážek mezi povrchem vedoucí strany objektu a molekulami vzduchu. Dvě hlavní faktory, které ovlivňují množství odporu vzduchu, jsou rychlost objektu a plocha průřezu objektu.

Prahová hodnota pro protržení nebo dielektrickou sílu vzduchu je 21,1 kV/cm (RMS) nebo 30 kV/cm (vrchol), což znamená, že vzduch poskytuje elektrický odpor až do 21,1 kV/cm (RMS) nebo 30 kV/cm (vrchol). Pokud statický napěťový rozdíl ve vzduchu přesáhne 21,1 kV/cm (RMS), dojde k protržení vzduchu; tedy můžeme říci, že odpor vzduchu se stane nulovým.

Elektrický odpor vody

Specifický odpor nebo vodivost vody je měřítkem schopnosti vody bránit průchodu elektrického proudu, což závisí na koncentraci rozpustných solí ve vodě.

Čistá voda má vyšší hodnotu specifického odporu nebo vodivosti, protože neobsahuje žádné ionty. Když se srazy rozpustí v čisté vodě, vznikají volné ionty. Tyto ionty mohou vodič elektrického proudu; tudíž se odpor snižuje.

Voda s vysokou koncentrací rozpustných solí bude mít nízký specifický odpor nebo vodivost a naopak. Níže uvedená tabulka ukazuje hodnoty vodivosti pro různé typy vody.

Typy vody	Odpornost v Ohm-metrech $(\Omega-m)$
Čistá voda	20 000 000
Mořská voda	20-25
Vířená voda	500 000
Déšťová voda	20 000
Říční voda	200
Pitná voda	2 až 200
Dejonizovaná voda	180 000

Elektrický odpor mědi

Měď je dobrým vodičem, a proto má nízkou hodnotu odporu. Přirozený odpor, který nabízí měď, se nazývá specifický odpor nebo elektrická vodivost mědi.

Hodnota specifického odporu nebo elektrické vodivosti mědi je $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Jak se nazývá jev, kdy je elektrický odpor nulový?

Když je elektrický odpor nulový, tento jev se nazývá superkondukce.

Podle Ohmovyho zákona,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \end{align*}$

Pokud je elektrický odpor, tedy R = 0, pak

$\begin{align*} I = \frac{V}{0} = \infty \end{align*}$

Tedy, pokud je odpor vodiče nulový, proud průcházející vodičem bude nekonečný; tento jev se nazývá superkondukce.

Můžeme také říci, že pokud je elektrický odpor nulový, má nekonečnou vodivost.

$\begin{align*} G = \frac{1}{R} = \frac{1}{0} = \infty \end{align*}$

Jak ovlivňuje specifický odpor odpornost?

Jak víme, odpornost vodiče lze vyjádřit jako,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Kde R = odpornost vodiče

$l$ = délka vodiče

a = plošný obsah vodiče

$\rho$ = konstanta úměrnosti materiálu známá jako specifický odpor nebo elektrická vodivost materiálu

Nyní, pokud $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ pak

$\begin{align*} R = \rho \end{align*}$

Tedy, specifický odpor nebo elektrická vodivost materiálu je odpor nabízený jednotkovou délkou a jednotkovým plošným obsahem materiálu.

Víme, že každý vodič má jinou hodnotu specifického odporu nebo elektrické vodivosti; tedy, hodnota odporu závisí na délce a ploše použitého vodiče.

Zdroj: Electrical4u

Poznámka: Respektujte původ, doporučené články stojí za sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, obraťte se pro jejich odebrání.