Sähköinen vastus: Mikä se on?

Electrical4u

Kenttä: Perus sähkötiede

China

Mikä on sähköinen vastus?

Vastus (tunnetaan myös ohmin vastuksena tai sähköisenä vastuksena) on mittari, joka määrittelee vastustuksen virtaan kulkevalle virtaukselle sähköisessä piirissä. Vastus mitataan ohmeissa, joita symboloidaan kreikkalaisella kirjaimella omega (Ω).

Mitä suurempi vastus, sitä suurempi este virran virtaukselle.

Kun potentiaeroksi sovelletaan johtimelle, virtaus alkaa kulkea, tai vapaat elektronit alkavat liikkua. Liikkumisessaan vapaat elektronit törmäävät johtimen atomeihin ja molekyyleihin.

Törmäyksen tai esteen vuoksi elektronien tai sähkövirran virtaus hidastuu. Siksi voimme sanoa, että on olemassa jotain esteitä elektronien tai virran virtaukselle. Tämä este, jonka aine tarjoaa sähkövirran virtaukselle, kutsutaan vastukseksi.

Johtavan materiaalin vastus on havaittu olevan—

suoraan verrannollinen materiaalin pituuteen
kääntäen verrannollinen materiaalin poikkileikkauksen pinta-alaan
riippuvainen materiaalin luonteesta
Se riippuu lämpötilasta

Matemaattisesti johtavan materiaalin vastusta voidaan ilmaista seuraavasti,

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

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

Missä R = johtimen vastus

$l$ = johtimen pituus

a = johtimen poikkileikkausala

$\rho$ = materiaalin suhteellisuuskonstantti, jota kutsutaan erityisvastuksi tai resistiviteettina materiaalissa

Yhden ohmin vastuksen määritelmä

Jos potentiaali 1 volttinen on sovitettu johtimen kahden napojen välille ja jos siitä kulkee 1 amperin sähkövirta, johtimen vastusta sanotaan olevan yksi ohmi.

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

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

Mitä yksikköä käytetään sähköisen vastuksen mittaamiseen?

Sähköinen vastus mitataan ohmin yksikössä (SI-yksikkö vastukselle), jota edustaa symboli Ω. Yksikkö ohm (Ω) on nimetty suuren saksalaisen fysiikan ja matematiikan tutkijan Georg Simon Ohmin mukaan.

SI-järjestelmässä ohm on yhtä kuin 1 volt per ampere. Näin ollen,

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

Näin ollen, vastus mitataan myös volttina per amperessa.

Vastukset valmistetaan ja määritellään laajalla arvoalueella. Ohm on yleisesti käytetty mittayksikkö keskivertovastuille, mutta suuret ja pienet vastusarvot voidaan ilmaista milliohmissa, kiloohmissa, megaohmissa jne.

Näin ollen vastusten johdannaisyksiköt on tehty niiden arvojen mukaan, kuten alla olevassa taulukossa näkyy.

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

Vastusyksikkö

Sähköisen vastuksen symboli

Sähköisen vastuksen kuvailussa käytetään kahta pääasiallista piiridiagrammisymbolia.

Yleisin vastuksen symboli on viivakuvio, jota laajasti käytetään Pohjois-Amerikassa. Toinen vastuksen symboli on pieni suorakulmio, jota laajasti käytetään Euroopassa ja Aasiassa, ja se tunnetaan kansainvälisenä vastuksensymbolina.

Vastusten piiridiagrammisymbolit näkyvät alla olevassa kuvassa.

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

Sähköinen vastuskaava

Vastuksen peruskaava on:

Vastuksen, jännitteen ja sähkövirran välinen suhde (Ohmin laki)
Vastuksen, tehon ja jännitteen välinen suhde
Vastuksen, tehon ja sähkövirran välinen suhde

Nämä suhteet on yhteenvetoitu alla olevassa kuvassa.

Vastuskaava 1 (Ohmin laki)

Ohmin lain mukaan

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

Näin ollen vastus on päävoiman ja sähkövirran suhde.

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

Vastuskaava 2 (teho ja jännite)

Siirretty teho on päävoiman ja sähkövirran tulo.

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

Sitten, kun asetetaan $I = \frac{V}{R}$ yllä olevaan yhtälöön, saamme

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

Näin ollen saamme, että vastus on toimitusjännitteen neliön ja tehon suhde. Matemaattisesti,

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

Vastuskaava 3 (Teho ja virta)

Tiedämme, että $P = V * I$

Sijoitetaan $V = I *R$ yllä olevaan yhtälöön, jolloin saamme

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

Näin ollen saamme, että vastus on tehon ja sähkövirtauksen neliön suhde. Matemaattisesti,

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

Vaihtovirta- ja jannitinvirta-vastustuksen ero

On ero vaihtovirta- ja jannitinvirta-vastustuksessa. Keskustellaan tästä lyhyesti.

Vaihtovirta-vastus

Koko vastus (mukaan lukien vastus, induktiovasta ja kapasitiivinen vasta) vaihtovirtapiirissä kutsutaan impedanssiksi. Siksi vaihtovirta-vastusta kutsutaan myös impedanssiksi.

Vastus = Impedanssi eli,

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

Seuraava kaava antaa vaihtovirtakierrosten vastustuksen tai impedanssin arvon,

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

DC-vastus

Vakiovirta on vakioarvoinen, eli siinä ei ole taajuutta vakiovirtakierroksissa; siksi vakiovirtakierroksissa kapasitiivinen reaktanssi ja induktiivinen reaktanssi ovat nollia.

Siksi vain johtimen tai sähköjohtojen vastusarvo tulee mukaan, kun ne altistetaan vakiovirtasille.

Tämän vuoksi ohmin laista voimme laskea DC-vastuksen arvon.

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

Mikä on suurempi: AC-vastus vai DC-vastus?

DC-piirissä ei ole pinnan vaikutusta, koska DC-toiminnassa taajuus on nolla. Siksi AC-vastus on suurempi kuin DC-vastus pinnan vaikutuksen vuoksi.

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

Yleensä AC-vastus on 1,6 kertaa suurempi kuin DC-vastus.

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

Sähköinen vastus, lämmitys ja lämpötila

Sähköinen vastus ja lämmitys

Kun sähkövirta (vapaiden elektronien virtaus) kulkee johtimesta, on olemassa jonkinlainen "kitka" liikkuvien elektronien ja johtimen molekyylien välillä. Tätä kitkakehitystä kutsutaan sähköiseksi vastukseksi.

Näin ollen sähköenergia, joka toimitetaan johtimeen, muuntuu lämmöksi kitkan tai sähköisen vastuksen vuoksi. Tämä tunnetaan sähköisen vastuksen aiheuttamana lämmitysvaikutuksena.

Esimerkiksi, jos I amperiä virtaa R ohmin vastuksen läpi t sekuntia, sähköenergia, joka toimitetaan, on I2Rt džouleja. Tämä energia muunnetaan lämmöksi.

Joten,

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

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

Tätä lämpövaikutusta käytetään monien lämpötekniikan sähköisten laitteiden valmistukseen, kuten sähkölämmittimen, sähkölevyn, sähkökeitin, sähkörautan, lötötyökalun ja niin edelleen. Nämä laitteiden perusperiaate on sama, eli kun sähkövirta virtaa korkean vastustuksen (kutsutaan lämpöelementiksi) läpi, se tuottaa tarvittavan määrän lämpöä.

Lämpötilan vaikutus sähköiseen vastustukseen

Kaikkien materiaalien vastus on vaikutettu lämpötilan muutoksesta. Lämpötilan muutoksen vaikutus vaihtelee aineen mukaan.

Metalit

Puhdas metallien (kuten kuparin, alumiinin, hopean ym.) sähköinen vastus kasvaa lämpötilan nousun myötä. Tämä vastuksen kasvu on suuri normaalissa lämpötilavälissä. Siksi metallilla on positiivinen lämpötilakerroin.

Levyt

Levyjen (kuten nikromin, manganiinin ym.) sähköinen vastus kasvaa myös lämpötilan nousun myötä. Tämä vastuksen kasvu on epäsäännöllistä ja suhteellisen pieni. Siksi levyillä on pieni positiivinen lämpötilakerroin.

Puolijohtimet, erottimet ja elektrolyytit

Puolijohtimien, erottimien ja elektrolyytien sähköinen vastus vähenee lämpötilan nousun myötä. Kun lämpötila nousee, syntyy paljon vapaita elektronit. Tämän vuoksi sähköisen vastuksen arvo laskee. Siksi tällaisella materiaalilla on negatiivinen lämpötilakerroin.

Yleisiä kysymyksiä vastuksesta

Ihmisruumiin sähköinen vastus

Ihmisen iholta vastustus on korkea, mutta sisäisen ruumiin vastus on matala. Kun ihminen on kuiva, sen keskimääräinen tehokas vastus on korkea, ja kun se on kostea, vastus vähenee huomattavasti.

Kuivissa olosuhteissa ihmisen tarjoama tehokas vastus on 100 000 ohmia, ja kosteissa olosuhteissa tai repaleisessa ihosta vastus vähenee 1000 ohmiin.

Jos korkean jännitteen sähköenergia pääsee ihmisen ihoon, se nopeasti rikkoo ihmisen ihoa, ja ruumiin tarjoama vastus vähenee 500 ohmiin.

Ilman sähköinen vastus

Tiedämme, että aineen sähköinen vastus riippuu kyseisen aineen vastuskyvystä tai tiheästä vastuksesta. Ilman vastuskyky on noin $10^6$ - $10^1^5$ $\Omega-m$ 20°C:ssa.

Ilman sähköinen vastus on ilmaisema ilman kykyä vastustaa sähkövirtaa. Ilmavastus johtuu kohteen etupinnan ja ilmamolekyylien välisistä törmäyksistä. Kaksi pääasiallista tekijää, jotka vaikuttavat ilmavastuksen määrään, ovat kohteen nopeus ja sen poikkileikkausala.

Ilman rikkoutumiskoko tai dielektrinen vahvuus on 21,1 kV/cm (RMS) tai 30 kV/cm (huippu), mikä tarkoittaa, että ilma tarjoaa sähköisen vastuksen enintään 21,1 kV/cm (RMS) tai 30 kV/cm (huippu). Jos elektrostaattinen stressi ilmassa ylittää 21,1 kV/cm (RMS), ilma rikkoutuu; siten voimme sanoa, että ilmavastus muuttuu nollaksi.

Veden sähköinen vastus

Veden erityinen vastus tai vastuskyvytys on mittari vedelle sähkövirtaa vastustavan kyvyn mittaamiseksi, joka riippuu vedessä liuotujen suolien pitoisuudesta.

Puhdas vesi on korkeampi erityisen vastuksen tai vastuskyvyn arvo, koska se ei sisällä mitään ionit. Kun suolat liuovat puhtaaseen veteen, vapaita ionit syntyvät. Nämä ionit voivat johtaa sähkövirtaa; siksi vastus pienenee.

Vesi, jossa on korkea pitoisuus liuotuista suolista, on alhaisempi erityinen vastus tai vastuskyvytys, ja päinvastoin. Alla oleva taulukko näyttää vastuskyvyn arvon eri vesilajeille.

Veden tyypit	Vastuskyky Ohm-m $(\Omega-m)$
Puhdas vesi	20 000 000
Merivesi	20-25
Tihdytettävä vesi	500 000
Sadevesi	20 000
Joen vesi	200
Juoma-vesi	2-200
Ionivapaa vesi	180 000

Kuparin sähköinen vastus

Kupari on hyvä johtaja, joten sen vastus on pieni. Kuparin luonnollista vastusta kutsutaan kuparin tietyn vastuksena tai resistiviteettina.

Kuparin tietyn vastuksen eli resistiviteetin arvo on $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Mitä kutsutaan ilmiöksi, kun sähköinen vastus on nolla?

Kun sähköinen vastus on nolla, tätä ilmiötä kutsutaan superjohtavuudeksi.

Ohmin lain mukaan,

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

Jos sähköinen vastus eli R = 0, niin

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

Tällöin virran arvo on ääretön, jos johtajan vastus on nolla; tätä ilmiötä kutsutaan superjohtavuudeksi.

Voimme myös sanoa, että jos sähköinen vastus on nolla, sen johtavuus on ääretön.

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

Miten vastusvaikutus vaikuttaa vastukseen?

Kuten tiedämme, johtavan materiaalin vastus voidaan ilmaista seuraavasti,

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

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

Missä R = johtimen vastus

$l$ = johtimen pituus

a = johtimen poikkileikkausala

$\rho$ = materiaalin suhteellisuuden vakio, jota kutsutaan myös materiaalin sähkövasteksi tai vastuskyvyksi

Nyt, jos $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ niin

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

Näin ollen materiaalin sähkövastus tai vastuskyvyys on materiaalin yksikköpituuden ja yksikköpoikkileikkausalan tarjoama vastus.

Tiedämme, että jokaisella johtavalla materiaalilla on eri arvo sähkövastukselle tai vastuskyvylle; näin ollen vastusarvo riippuu käytetyn johtavan materiaalin pituudesta ja alasta.

Lähde: Electrical4u

Ilmoitus: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jakamisen arvoista, jos rikkomista ilmaantuu otathan yhteyttä poistamista varten.