Elektrisk modstand: Hvad er det?

Electrical4u

Felt: Grundlæggende elektricitet

China

Hvad er elektrisk resistens?

Resistens (også kendt som ohmisk resistens eller elektrisk resistens) er en måling af modstanden mod strøm i et elektrisk kredsløb. Resistens måles i ohm, symboliseret ved det græske bogstav omega (Ω).

Jo større resistens, jo større barrieren mod strømmens flyd.

Når der anvendes en spændingsforskel på en leder, begynder strømmen at flyde, eller de frie elektroner begynder at bevæge sig. Under bevægelsen kolliderer de frie elektroner med atomer og molekyler i lederen.

På grund af kollisioner eller forhindringer bliver hastigheden af elektronernes eller elektriske strømmens flyd begrænset. Derfor kan vi sige, at der findes en vis modstand mod elektronernes eller strømmens flyd. Denne modstand, som et stof tilbyder for elektrisk strøm, kaldes resistens.

Resistensen af ledende materiale er fundet til at være—

direkte proportional med længden af materialet
invers proportional med tværsnittets areal af materialet
afhænger af materialets natur
afhænger af temperaturen

Matematisk kan resistensen af et ledende materiale udtrykkes som,

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

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

Hvor R = lederens modstand

$l$ = længden af lederen

a = tværsnittets areal af lederen

$\rho$ = proportionalitetskonstant for materialet kendt som specifik modstand eller resistivitet af materialet

Definition af 1 Ohm Modstand

Hvis en spænding på 1 volt anvendes over to ledere i en leder og hvis en strøm på 1 ampere flyder igennem den, siges lederens modstand at være 1 ohm.

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

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

Hvad mæles elektrisk modstand i (enheder)?

Elektrisk modstand mæles i (den SI-enhed for en modstander) ohm, og Ω repræsenterer det. Enheden ohm (Ω) er opkaldt efter den store tyske fysiker og matematiker Georg Simon Ohm.

I SI-systemet er et ohm lig med 1 volt per ampere. Derfor,

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

Derfor mæles modstanden også i volt per ampere.

Modstandere produceres og specificeres over et bredt spektrum af værdier. Enheden ohm anvendes normalt for moderate modstandsværdier, men store og små modstandsværdier kan udtrykkes i milliohm, kiloohm, megaohm osv.

Derfor er de afledte enheder for modstandere opstillet i henhold til deres værdier, som vist i nedenstående tabel.

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	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Deriverte enhed for resistorer

Symbol for elektrisk modstand

Der er to hovedkredsløbsymboler, der bruges til elektrisk modstand.

Det mest almindelige symbol for en resistor er en zig-zag-linje, som er bredt anvendt i Nordamerika. Det andet kredsløbsymbol for en resistor er et lille rektangel, som er bredt anvendt i Europa og Asien, kaldet det internationale resistor-symbol.

Kredsløbsymbolet for resistorer vises på billedet nedenfor.

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

Formel for elektrisk modstand

Den grundlæggende formel for modstand er:

Forholdet mellem Modstand, Spænding og Strøm (Ohms lov)
Forholdet mellem Modstand, Effekt og Spænding
Forholdet mellem Modstand, Effekt og Strøm

Disse forhold er opsummeret på billedet nedenfor.

Modstandsformel 1 (Ohms lov)

Ifølge Ohms lov

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

Så er modstanden forholdet mellem spænding og strøm.

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

Modstandsformel 2 (Effekt og spænding)

Den overførte effekt er produktet af spænding og elektrisk strøm.

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

Nu sæt $I = \frac{V}{R}$ ind i ovenstående ligning, så får vi,

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

Dermed får vi, at modstand er forholdet mellem kvadratet af spændingsværdien og effekten. Matematisk,

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

Modstandsformel 3 (Effekt og strøm)

Vi ved, at $P = V * I$

Indsæt $V = I *R$ i den ovenstående ligning, fås

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

Dermed får vi, at modstand er forholdet mellem effekt og strøm i anden. Matematisk,

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

Forskelle mellem AC- og DC-modstand

Der findes en forskel mellem AC-modstand og DC-modstand. Lad os diskutere dette kort.

AC-modstand

Den samlede modstand (herunder modstand, induktiv reaktans, og kapacitiv reaktans) i AC-kredsløb kaldes impedans. Derfor kaldes AC-modstand også impedans.

Modstand = Impedans dvs.,

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

Følgende formel giver værdien af AC-resistansen eller impedancen i AC-kredsløb,

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

DC-resistans

Størrelsen af DC er konstant, dvs. der er ingen frekvens i DC-kredsløb; derfor er kapacitiv reaktans og induktiv reaktans nul i DC-kredsløb.

Derfor kommer kun lederens eller ledningens resistansværdi til at spille en rolle, når den udsættes for DC-strøm.

Dermed kan vi ifølge Ohms lov beregne værdien af DC-resistansen.

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

Hvilken er størst, AC-resistans eller DC-resistans?

Der er ingen hudeeffekt i DC-kredsløb, fordi frekvensen i DC-strøm er nul. Derfor er AC-resistansen højere end DC-resistansen på grund af hudeeffekten.

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

Typisk er værdien af AC-resistansen 1,6 gange værdien af DC-resistansen.

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

Elektrisk resistans, opvarmning og temperatur

Elektrisk resistans og opvarmning

Når elektrisk strøm (dvs. flyden af frie elektroner) passerer gennem en ledere, er der en vis 'fricton' mellem de bevægende elektroner og molekylerne i lederen. Denne fricton kaldes elektrisk resistans.

Således konverteres den elektriske energi, der leveres til lederen, til varme på grund af friktion eller elektrisk resistans. Dette kaldes opvarmnings effekten af en elektrisk strøm, som er produceret af elektrisk resistans.

For eksempel, hvis I ampere løber gennem en ledning med modstand R ohm i t sekunder, er den elektriske energi, der leveres, I2Rt joules. Denne energi konverteres til varme.

Dermed,

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

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

Denne varmeeffekt benyttes til at producere mange varmeløsninger som en elektrisk varmespand, elektrisk tostgører, elektrisk kande, elektrisk jern, loddjern, osv. Det grundlæggende princip for disse apparater er det samme, nemlig at når elektrisk strøm løber gennem en høj modstand ( kaldet en varmeelement), producerer det den påkrævede varme.

En meget almindeligt anvendt legering af nikkel og krom kaldet nichrome har en modstand mere end 50 gange højere end kobber.

Effekten af temperatur på elektrisk modstand

Modstanden i alle materialer påvirkes af ændringer i temperatur. Effekten af temperaturændringen er forskellig afhængig af materialet.

Metal

Den elektriske modstand i rene metaller (f.eks. kobber, aluminium, sølv osv.) stiger med stigende temperatur. Dette stigende modstandsforhold er betydeligt for normal temperaturinterval. Derfor har metaller en positiv temperaturkoefficient for modstand.

Lege

Den elektriske modstand i leger (f.eks. nichrome, manganin osv.) stiger også med stigende temperatur. Dette stigende modstandsforhold er uregelmæssigt og relativt lille. Derfor har leger en lav værdi af positiv temperaturkoefficient for modstand.

Semikonduktorer, isolatorer og elektrolyter

Den elektriske modstand i semikonduktorer, isolatorer og elektrolyter falder med stigende temperatur. Når temperaturen stiger, dannes mange frie elektroner. Så der er en nedgang i værdien af den elektriske modstand. Derfor har sådanne materialer en negativ temperaturkoefficient for modstand.

Almindelige spørgsmål om modstand

Elektrisk modstand i menneskekroppen

Modstanden i menneskehuden er høj, men den interne kropmodstand er lav. Når menneskekroppen er tørt, er dens gennemsnitlige effektive modstand høj, og når den er våd, falder modstanden betydeligt.

Under tørre forhold er den effektive modstand, som menneskekroppen tilbyder, 100.000 ohm, og under våde forhold eller ved skadet hud falder modstanden til 1000 ohm.

Hvis højspændings elektrisk energi kommer ind i menneskehuden, bryder den hurtigt ned menneskehuden, og modstanden, som kroppen tilbyder, falder til 500 ohm.

Elektrisk modstand i luften

Vi ved, at den elektriske modstand af ethvert materiale afhænger af resistiviteten eller den specifikke modstand for det materiale. Resistiviteten eller den specifikke modstand for luft er omkring $10^6$ til $10^1^5$ $\Omega-m$ ved 200 C.

Den elektriske modstand i luften er målet for luftens evne til at modstå en elektrisk strøm. Luftmodstanden er resultatet af kollisioner mellem det førende overfladeafsnit af objektet og luftmolekyler. De to hovedfaktorer, der påvirker mængden af luftmodstand, er objektets hastighed og det tværsnitarealet af objektet.

En nedbrydning eller dielektrisk styrke af luft er 21,1 kV/cm (RMS) eller 30 kV/cm (top), hvilket betyder, at luft yder elektrisk modstand op til 21,1 kV/cm (RMS) eller 30 kV/cm (top). Hvis elektrostatiske spændinger i luften overstiger 21,1 kV/cm (RMS), finder en nedbrydning af luft sted; vi kan derfor sige, at luftmodstanden bliver nul.

Elektrisk modstand i vand

Den specifikke modstand eller resistivitet for vand er målet for vandets evne til at modstå en elektrisk strøm, hvilket afhænger af koncentrationen af opløste salt i vandet.

Rent vand har en højere værdi af den specifikke modstand eller resistivitet, da det ikke indeholder nogen ioner. Når salt opløses i rent vand, dannes frie ioner. Disse ioner kan lede en elektrisk strøm; derfor falder modstanden.

Vand med en høj koncentration af opløste salt vil have en lav specifik modstand eller resistivitet, og vice versa. Tabellen nedenfor viser værdien af resistivitet for forskellige typer vand.

Vandtyper	Spændingsmodstand i Ohm-m $(\Omega-m)$
Rent vand	20.000.000
Søvand	20-25
Destilleret vand	500.000
Regnvand	20.000
Flodvand	200
Drikkevand	2 til 200
Deioniseret vand	180.000

Kobbers elektriske modstand

Kobber er en god ledere; derfor har det en lav værdi af modstand. Den naturlige modstand, som kobber tilbyder, kaldes for den specifikke modstand eller resistiviteten af kobber.

Værdien af den specifikke modstand eller resistiviteten af kobber er $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Hvad kalder man fænomenet, når den elektriske modstand er nul?

Når den elektriske modstand er nul, kaldes dette fænomen superledning.

Ifølge Ohms lov,

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

Hvis den elektriske modstand, dvs. R = 0, så

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

Dermed vil der være en uendelig strøm, der løber gennem lederen, hvis modstanden for denne leder er nul; dette fænomen kaldes superledning.

Vi kan også sige, at hvis den elektriske modstand er nul, har den uendelig ledningsevne.

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

Hvordan påvirker resistiviteten modstanden?

Som vi ved, kan modstanden i en ledeplade udtrykkes som,

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

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

hvor R = modstanden i lederen

$l$ = længden af lederen

a = tværsnittets areal af ledningen

$\rho$ = proportionalitetskonstanten for materialet, kendt som specific resistance eller resistiviteten af materialet

Nu, hvis $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ så er

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

Således er specific resistance eller resistiviteten af et materiale modstanden, der ydes af enheds-længden og enheds-tværsnittet af materialet.

Vi ved, at hvert lede-materiale har en forskellig værdi for specific resistance eller resistivitet; derfor, afhænger modstands-værdien af længden og arealet af det anvendte lede-materiale.

Kilde: Electrical4u

Erklæring: Respektér det originale, godt artikler er værd at deles, hvis der sker overtrædelse bedes kontakt slettes.