電気抵抗：それは何ですか？

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フィールド: 基本電気

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電気抵抗とは何か

抵抗（オーム抵抗または電気抵抗とも呼ばれる）は、電気回路における電流の流れに対する障害を測定するものです。抵抗はオームで測定され、ギリシャ文字のオメガ（Ω）で表されます。

抵抗が大きいほど、電流の流れに対する障壁も大きくなります。

電位差が導体に適用されると、電流が流れ始めたり、自由電子が動き始めたりします。移動中に自由電子は導体の原子や分子と衝突します。

衝突や障害により、電子または電流の流れの速度が制限されます。したがって、電子または電流の流れに対する何らかの抵抗があると言えます。このように、物質が電流の流れに対して提供する抵抗を抵抗と呼びます。

導体材料の抵抗は以下の通りです—

材料の長さに比例する
材料の断面積に反比例する
材料の性質による
温度による

数学的には、導体材料の抵抗は以下の式で表されます。

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

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

ここで R は導体の抵抗

$l$ = 導体の長さ

a = 導体の断面積

$\rho$ = 材料の比例定数で、比抵抗または電気抵抗率とも呼ばれる

1 オームの抵抗の定義

導体の両端に1ボルトの電位差を印加し、その導体を通る電流が1アンペアである場合、その導体の抵抗は1オームであるとされる。

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

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

電気抵抗はどのような単位で測定されるか？

電気抵抗は、（SI単位）オームで測定されます。オームは、ドイツの偉大な物理学者および数学者であるゲオルク・シモン・オームにちなんで名付けられました。

SIシステムでは、1オームは1ボルト毎アンペアに等しいです。したがって、

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

したがって、抵抗はまた、ボルト毎アンペアで測定されます。

抵抗体は広範な値で製造され、指定されます。オーム単位は通常、中程度の抵抗値に対して使用されますが、非常に大きな抵抗値や小さな抵抗値はミリオーム、キロオーム、メガオームなどで表すことができます。

したがって、抵抗体の導出単位はその値に基づいて作成され、以下の表に示すように分類されます。

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

抵抗器の導出単位

電気抵抗のシンボル

電気抵抗には、主に2つの回路シンボルが使用されています。

最も一般的な抵抗器のシンボルは、北米で広く使用されているジグザグ線です。もう一つの抵抗器のシンボルは、ヨーロッパやアジアで広く使用されている小さな長方形であり、国際的な抵抗器シンボルと呼ばれます。

抵抗器の回路シンボルは以下の画像に示されています。

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電気抵抗の公式

抵抗の基本的な公式は以下の通りです。

抵抗、電圧、電流間の関係（オームの法則）
抵抗、電力、および電圧間の関係
抵抗、電力、および電流間の関係

これらの関係は以下の画像にまとめられています。

抵抗の公式1（オームの法則）

オームの法則によれば

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

したがって、抵抗は供給電圧と電流の比です。

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

抵抗式2（電力と電圧）

転送される電力は供給電圧と電流の積です。

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

次に、上記の式に $I = \frac{V}{R}$ を代入すると、以下のようになります。

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

したがって、抵抗は供給電圧の二乗と電力の比となります。数式で表すと

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

抵抗の公式3（電力と電流）

私たちは次を知っています $P = V * I$

上記の式に $V = I *R$ を代入すると

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

したがって、抵抗は電力と電流の平方の比であることがわかります。数式で表すと

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

交流抵抗と直流抵抗の違い

交流抵抗と直流抵抗には違いがあります。以下に簡単に説明します。

交流抵抗

交流回路における全体的な抵抗（抵抗、インダクティブリアクタンス、およびキャパシティブリアクタンス）はインピーダンスと呼ばれます。そのため、交流抵抗もインピーダンスと呼ばれています。

抵抗 = インピーダンスすなわち

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

次の式は、交流回路の交流抵抗またはインピーダンスの値を示しています。

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

直流抵抗

直流の大きさは一定であり、つまり直流回路には周波数が存在しないため、直流回路における容量反応と誘導反応はゼロです。

したがって、直流電源にさらされたときには、コンダクタまたはワイヤの抵抗値のみが関係します。

したがって、オームの法則によれば、直流抵抗の値を計算することができます。

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

どちらが大きいのか交流抵抗か直流抵抗か

直流回路にはスキン効果が存在しません。これは、直流供給の周波数がゼロであるためです。そのため、スキン効果により交流抵抗は直流抵抗よりも大きくなります。

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

通常、交流抵抗の値は直流抵抗の値の1.6倍です。

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

電気抵抗、加熱、温度

電気抵抗と加熱

電流（すなわち自由電子の流れ）が導体を通過するとき、移動する電子と導体の分子間に摩擦が生じます。この摩擦は電気抵抗と呼ばれます。

したがって、導体に供給される電気エネルギーは、摩擦または電気抵抗によって熱に変換されます。これが電気抵抗によって生じる電流の加熱効果です。

たとえば、抵抗Rオームの導体にIアンペアの電流がt秒間流れると、供給される電気エネルギーはI2Rtジュールとなる。このエネルギーは熱に変換される。

したがって、

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

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

この発熱効果は、電気ヒーター、トースター、ケトル、アイロン、ハンダゴテなどの多くの電気製品の製造に利用される。これらの器具の基本的な原理は同じで、つまり、高抵抗（加熱要素）を通過する電流によって必要な熱が生成される。

ニッケルとクロムの合金であるニクロムは、銅の50倍以上の抵抗を持つ。

温度による電気抵抗の影響

すべての材料の抵抗は、温度の変化によって影響を受ける。温度変化の影響は、材料によって異なる。

金属

純粋な金属（銅、アルミニウム、銀など）の電気抵抗は温度が上昇すると増加します。この抵抗の増加は通常の温度範囲では大きくなります。したがって、金属には正の温度係数があります。

合金

合金（ニクロム、マンガニンなど）の電気抵抗も温度が上昇すると増加します。この抵抗の増加は不規則で比較的小さです。したがって、合金には正の温度係数が低値となります。

半導体、絶縁体および電解質

半導体、絶縁体および電解質の電気抵抗は温度が上昇すると減少します。温度が上昇すると多くの自由電子が生成されるため、電気抵抗の値が低下します。したがって、このような材料には負の温度係数があります。

抵抗に関する一般的な質問

人体の電気抵抗

人間の皮膚の抵抗は高いですが、体内の抵抗は低いです。人間の身体が乾いているとき、その平均的な有効抵抗は高く、湿っているときには大幅に低下します。

乾燥条件下では、人間の身体が提供する有効抵抗は100,000オームであり、湿った条件または皮膚が破れている場合、抵抗は1,000オームに減少します。

高電圧の電気エネルギーが人間の皮膚に入ると、皮膚がすぐに破壊され、身体が提供する抵抗は500オームに減少します。

空気の電気抵抗

材料の電気抵抗は、その材料の比抵抗または固有抵抗に依存することを知っています。空気の比抵抗または固有抵抗は約 $10^6$ から $10^1^5$ $\Omega-m$ です（200 C）。

空気の電気抵抗は、空気が電流を抵抗する能力の尺度です。空気抵抗は、物体の先端面と空気分子との衝突によって生じます。空気抵抗の量に影響を与える主な要因は、物体の速度と物体の断面積です。

空気の耐電圧または誘電強度は21.1 kV/cm (RMS)または30 kV/cm (ピーク)であり、これは空気が21.1 kV/cm (RMS)または30 kV/cm (ピーク)までの電気抵抗を提供することを意味します。空気中の静電ストレスが21.1 kV/cm (RMS)を超えると、空気の絶縁破壊が発生し、空気抵抗はゼロになります。

水の電気抵抗

水の比抵抗または固有抵抗は、水が電流を抵抗する能力の尺度であり、水に溶けた塩類の濃度に依存します。

純粋な水は、イオンを含まないため、比抵抗または固有抵抗の値が高いです。塩類が純粋な水中に溶解すると、自由イオンが生成されます。これらのイオンは電流を導くことができるので、抵抗は減少します。

溶解塩類の濃度が高い水は、比抵抗または固有抵抗が低くなります。逆もまた真です。以下の表は、異なる種類の水の比抵抗の値を示しています。