Resistenza elettrica: Cos'è?

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Campo: Elettricità di base

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Cosa è la resistenza elettrica?

La resistenza (anche nota come resistenza ohmica o resistenza elettrica) è una misura dell'opposizione al flusso di corrente in un circuito elettrico. La resistenza si misura in ohm, simbolizzata dalla lettera greca omega (Ω).

Più grande è la resistenza, maggiore è la barriera contro il flusso della corrente.

Quando viene applicata una differenza di potenziale a un conduttore, la corrente inizia a fluire, o gli elettroni liberi iniziano a muoversi. Durante il movimento, gli elettroni liberi collidono con gli atomi e le molecole del conduttore.

A causa delle collisioni o degli ostacoli, il tasso di flusso degli elettroni o della corrente elettrica è limitato. Pertanto, possiamo dire che c'è una certa opposizione al flusso degli elettroni o della corrente. Quindi, questa opposizione offerta da una sostanza al flusso della corrente elettrica è chiamata resistenza.

La resistenza di un materiale conduttore si trova essere—

direttamente proporzionale alla lunghezza del materiale
inversamente proporzionale all'area sezione trasversale del materiale
dipende dalla natura del materiale
Dipende dalla temperatura

Matematicamente, la resistenza di un materiale conduttore può essere espressa come,

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

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

Dove R = resistenza del conduttore

$l$ = lunghezza del conduttore

a = sezione trasversale del conduttore

$\rho$ = costante di proporzionalità del materiale nota come resistività o resistenza specifica del materiale

Definizione di 1 Ohm di resistenza

Se un potenziale di 1 volt viene applicato tra due terminali di un conduttore e se una corrente di 1 ampere scorre attraverso di esso, la resistenza di quel conduttore si dice essere di un ohm.

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

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

In che unità si misura la resistenza elettrica?

La resistenza elettrica si misura in (l'unità SI per un resistore) ohm, e Ω lo rappresenta. L'unità ohm (Ω) è chiamata così in onore del grande fisico e matematico tedesco Georg Simon Ohm.

Nel sistema SI, un ohm è uguale a 1 volt per ampere. Quindi,

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

Quindi, la resistenza si misura anche in volt per ampere.

I resistor vengono prodotti e specificati in un'ampia gamma di valori. L'unità ohm è normalmente utilizzata per valori di resistenza moderati, ma resistenze molto grandi o molto piccole possono essere espressi in milliohm, kiloohm, megaohm, ecc.

Pertanto, le unità derivate dei resistori sono create in base ai loro valori, come mostrato nella tabella sottostante.

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

Unità derivata dei resistori

Simbolo di resistenza elettrica

Esistono due principali simboli circuitali utilizzati per la resistenza elettrica.

Il simbolo più comune per un resistore è una linea a zig-zag, ampiamente utilizzata in Nord America. L'altro simbolo circuitale per un resistore è un piccolo rettangolo, ampiamente utilizzato in Europa e Asia, chiamato simbolo internazionale del resistore.

Il simbolo circuitale per i resistori è mostrato nell'immagine sottostante.

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Formula della resistenza elettrica

La formula di base per la resistenza è:

La relazione tra Resistenza, Tensione e Corrente (Legge di Ohm)
La relazione tra Resistenza, Potenza e Tensione
La relazione tra Resistenza, Potenza e Corrente

Queste relazioni sono riassunte nell'immagine sottostante.

Formula della resistenza 1 (Legge di Ohm)

Secondo la legge di Ohm

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

Pertanto, la resistenza è il rapporto tra la tensione di alimentazione e la corrente.

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

Formula della Resistenza 2 (Potenza e Tensione)

La potenza trasferita è il prodotto della tensione di alimentazione e della corrente elettrica.

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

Ora, sostituendo $I = \frac{V}{R}$ nell'equazione sopra, otteniamo,

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

Pertanto, otteniamo che la resistenza è il rapporto tra il quadrato della tensione di alimentazione e la potenza. Matematicamente,

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

Formula della Resistenza 3 (Potenza e Corrente)

Sappiamo che, $P = V * I$

Inserendo $V = I *R$ nell'equazione sopra, otteniamo,

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

Pertanto, otteniamo che la resistenza è il rapporto tra potenza e il quadrato della corrente. Matematicamente,

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

Differenza tra resistenza in corrente alternata e resistenza in corrente continua

Esiste una differenza tra la resistenza in corrente alternata (CA) e quella in corrente continua (CC). Discutiamone brevemente.

Resistenza in Corrente Alternata

La resistenza complessiva (inclusa la resistenza, reattanza induttiva, e reattanza capacitiva) nei circuiti in corrente alternata è chiamata impedenza. Pertanto, la resistenza in corrente alternata è anche chiamata impedenza.

Resistenza = Impedenza, cioè,

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

La seguente formula fornisce il valore della resistenza o impedenza AC dei circuiti AC,

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

Resistenza DC

L'ampiezza del DC è costante, ovvero non c'è frequenza nei circuiti DC; pertanto la reattività capacitiva e induttiva nei circuiti DC è zero.

Pertanto, solo il valore di resistenza del conduttore o del filo entra in gioco quando sottoposto a una alimentazione DC.

Di conseguenza, secondo la legge di Ohm, possiamo calcolare il valore della resistenza DC.

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

Quale è maggiore, la resistenza AC o la resistenza DC?

Non esiste l'effetto di superficie nei circuiti in corrente continua poiché la frequenza nella fornitura in corrente continua è zero. Pertanto, la resistenza in corrente alternata è maggiore rispetto alla resistenza in corrente continua a causa degli effetti di superficie.

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

In genere, il valore della resistenza in corrente alternata è 1,6 volte il valore della resistenza in corrente continua.

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

Resistenza elettrica, riscaldamento e temperatura

Resistenza elettrica e riscaldamento

Quando la corrente elettrica (cioè il flusso di elettroni liberi) passa attraverso un conduttore, c'è una certa 'frizione' tra gli elettroni in movimento e le molecole del conduttore. Questa frizione è chiamata resistenza elettrica.

Pertanto, l'energia elettrica fornita al conduttore viene convertita in calore a causa della frizione o resistenza elettrica. Questo è noto come effetto di riscaldamento prodotto dalla resistenza elettrica.

Ad esempio, se una corrente di I ampere scorre attraverso un conduttore con resistenza R ohm per t secondi, l'energia elettrica fornita è I2Rt joule. Questa energia viene convertita sotto forma di calore.

Quindi,

$\begin{align*} Calore \,\, prodotto \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joule \end{align*}$

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

Questo effetto termico viene utilizzato per la produzione di molti apparecchi elettrici riscaldanti come un riscaldatore elettrico, tostapane elettrico, bollitore elettrico, ferro da stiro elettrico, saldatore, ecc. Il principio fondamentale di questi apparecchi è lo stesso, ovvero quando la corrente elettrica scorre attraverso una alta resistenza (chiamata elemento riscaldante), produce il calore richiesto.

Un lega comunemente utilizzata di nichel e cromo chiamata nichrome ha una resistenza superiore a 50 volte quella del rame.

Effetto della temperatura sulla resistenza elettrica

La resistenza di tutti i materiali è influenzata dal cambiamento di temperatura. L'effetto del cambiamento di temperatura varia a seconda del materiale.

Metallo

La resistenza elettrica dei metalli puri (ad esempio, rame, alluminio, argento, ecc.) aumenta con l'aumento della temperatura. Questo aumento di resistenza è significativo per la normale gamma di temperature. Pertanto, i metalli hanno un coefficiente di resistenza positivo.

Leghe

La resistenza elettrica delle leghe (ad esempio, nichrome, manganin, ecc.) aumenta anche con l'aumento della temperatura. Questo aumento di resistenza è irregolare e relativamente piccolo. Pertanto, le leghe hanno un valore basso di coefficiente di resistenza positivo.

Semi-conduttori, isolanti ed elettroliti

La resistenza elettrica dei semi-conduttori, isolanti ed elettroliti diminuisce con l'aumento della temperatura. Con l'aumento della temperatura, vengono creati molti elettroni liberi. Quindi, c'è una diminuzione del valore della resistenza elettrica. Pertanto, tali materiali hanno un coefficiente di resistenza negativo.

Domande comuni sulla resistenza

Resistenza elettrica del corpo umano

La resistenza della pelle del corpo umano è alta, ma la resistenza interna del corpo è bassa. Quando il corpo umano è asciutto, la sua resistenza efficace media è alta, e quando è bagnato, la resistenza diminuisce sostanzialmente.

In condizioni secche, la resistenza efficace offerta dal corpo umano è di 100.000 ohm, e in condizioni umide o con la pelle rotta, la resistenza si riduce a 1.000 ohm.

Se l'energia elettrica ad alta tensione entra nella pelle umana, questa si rompe rapidamente, e la resistenza offerta dal corpo si riduce a 500 ohm.

Resistenza elettrica dell'aria

Sappiamo che la resistenza elettrica di qualsiasi materiale dipende dalla resistività o dalla resistenza specifica di quel materiale. La resistività o resistenza specifica dell'aria è intorno a $10^6$ a $10^1^5$ $\Omega-m$ a 200 C.

La resistenza elettrica dell'aria è la misura della capacità dell'aria di opporsi a una corrente elettrica. La resistenza dell'aria è il risultato delle collisioni tra la superficie anteriore dell'oggetto e le molecole d'aria. I due principali fattori che influenzano l'ammontare della resistenza dell'aria sono la velocità dell'oggetto e l'area sezione trasversale dell'oggetto.

Un cedimento o resistenza dielettrica dell'aria è di 21,1 kV/cm (RMS) o 30 kV/cm (picco), il che significa che l'aria fornisce una resistenza elettrica fino a 21,1 kV/cm (RMS) o 30 kV/cm (picco). Se lo stress elettrostatico nell'aria supera i 21,1 kV/cm (RMS), si verifica un cedimento dell'aria; quindi, possiamo dire che la resistenza dell'aria diventa zero.

Resistenza elettrica dell'acqua

La resistenza specifica o resistività dell'acqua è la misura della capacità dell'acqua di opporsi a una corrente elettrica, che dipende dalla concentrazione di sali disciolti nell'acqua.

L'acqua pura ha un valore più alto di resistenza specifica o resistività poiché non contiene ioni. Quando i sali si dissolvono nell'acqua pura, vengono prodotti ioni liberi. Questi ioni possono condurre una corrente elettrica; pertanto, la resistenza diminuisce.

L'acqua con una alta concentrazione di sali disciolti avrà una bassa resistenza specifica o resistività e viceversa. La tabella sottostante mostra il valore di resistività per diversi tipi di acqua.

Tipi di acqua	Resistività in Ohm-m $(\Omega-m)$
Acqua pura	20.000.000
Acqua di mare	20-25
Acqua distillata	500.000
Acqua piovana	20.000
Acqua fluviale	200
Acqua potabile	2 a 200
Acqua deionizzata	180.000

Resistenza elettrica del rame

Il rame è un buon conduttore, quindi ha un valore di resistenza basso. La resistenza naturale offerta dal rame è nota come resistività o resistenza specifica del rame.

Il valore della resistività o resistenza specifica del rame è $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Come si chiama il fenomeno quando la resistenza elettrica è zero?

Quando la resistenza elettrica è zero, questo fenomeno è chiamato superconduttività.

Secondo la legge di Ohm,

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

Se la resistenza elettrica, cioè R = 0, allora,

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

Pertanto, una corrente infinita fluisce attraverso il conduttore se la resistenza di quel conduttore è zero; questo fenomeno è noto come superconduttività.

Possiamo anche dire che se la resistenza elettrica è zero, ha una conduttanza infinita.

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

Come l'impedenza influenza la resistenza?

Come sappiamo, la resistenza di un materiale conduttore può essere espressa come,

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

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

Dove R = resistenza del conduttore

$l$ = lunghezza del conduttore

a = sezione trasversale del conduttore

$\rho$ = costante di proporzionalità del materiale nota come resistività o resistenza specifica del materiale

Ora, se $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ allora

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

Pertanto, la resistenza specifica o la resistività di un materiale è la resistenza offerta da una lunghezza unitaria e da una sezione trasversale unitaria del materiale.

Sappiamo che ogni materiale conduttore ha un diverso valore di resistenza specifica o resistività; pertanto, il valore della resistenza dipende dalla lunghezza e dall'area del materiale conduttore utilizzato.

Fonte: Electrical4u

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