Elektrisk motstand: Hva er det?

Electrical4u

Felt: Grunnleggende elektrisitet

China

Hva er elektrisk motstand

Motstand (også kjent som ohmsk motstand eller elektrisk motstand) er et mål for motstanden mot strøm i en elektrisk krets. Motstand måles i ohm, symbolisert av det greske bokstavet omega (Ω).

Jo større motstand, jo større barrieren mot strømmens flyt.

Når spenningsforskjellen settes på en leder, begynner strømmen å flyte, eller de frie elektronene begynner å bevege seg. Under bevegelsen kolliderer de frie elektronene med atomer og molekyler i lederen.

På grunn av kollisjon eller hindring, blir hastigheten til elektronenes eller elektriske strømmens flyt begrenset. Dermed kan vi si at det er noen motstand mot elektronenes eller strømmens flyt. Dette motstand som et stoff gir mot elektrisk strøm kalles motstand.

Motstanden til ledende materiale vises å være—

direkte proporsjonal med lengden av materialet
omvendt proporsjonal med tverrsnittareal av materialet
avhenger av materialeets natur
Avhenger av temperaturen

Matematisk kan motstanden til et ledende materiale uttrykkes som,

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

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

Hvor R = motstanden i ledningen

$l$ = lengden av ledningen

a = tverrsnittsareal til ledningen

$\rho$ = proporsjonalitetskonstant for materialet kjent som spesifikk motstand eller resistivitet til materialet

Definisjon av 1 Ohm motstand

Hvis en potensial på 1 volt er anvendt over to ledninger i en leder og hvis en strøm på 1 amper flyter gjennom den, sies motstanden i denne lederen å være én ohm.

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

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

Hva måles elektrisk motstand i (enheter)?

Elektrisk motstand måles i (den SI-enheten for en motstander) ohm, og Ω representerer det. Enheten ohm (Ω) er oppkalt etter den store tyske fysikeren og matematikeren Georg Simon Ohm.

I SI-systemet er en ohm lik 1 volt per ampere. Dermed,

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

Derfor måles også motstanden i volt per ampere.

Motstandere produseres og spesifiseres over et bredt spekter av verdier. Enheten ohm brukes normalt for moderate motstandsverdier, men store og små motstandsverdier kan uttrykkes i milliohm, kiloohm, megaohm, osv.

Derfor er de deriverte enhetene for motstandere laget i henhold til deres verdier, som vist i tabellen nedenfor.

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

Derivert enhet for motstand

Symbol for elektrisk motstand

Det er to hovedkretssymboler som brukes for elektrisk motstand.

Det mest vanlige symbol for en motstand er en zig-zag-linje, som er mye brukt i Nord-Amerika. Det andre kretssymbolet for en motstand er et lite rektangel, som er mye brukt i Europa og Asia, kjent som det internasjonale motstands-symbolet.

Kretssymbolet for motstand er vist i bildet nedenfor.

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

Formel for elektrisk motstand

Den grunnleggende formelen for motstand er:

Forholdet mellom motstand, spenning og strøm (Ohms lov)
Forholdet mellom motstand, effekt og spenning
Forholdet mellom motstand, effekt og strøm

Disse forholdene er summeret i bildet nedenfor.

Motstandsformel 1 (Ohms lov)

Ifølge Ohms lov

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

Således er motstanden forholdet mellom spenningsforsyning og strøm.

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

Motstandformel 2 (Effekt og spenning)

Overførte effekt er produktet av spenningsforsyning og elektrisk strøm.

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

Nå, sett inn $I = \frac{V}{R}$ i den ovennevnte ligningen, får vi,

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

Dermed får vi at motstand er forholdet mellom kvadratet av spenningen og effekten. Matematisk uttrykt,

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

Motstandsformel 3 (Effekt og strøm)

Vi vet at, $P = V * I$

Sett inn $V = I *R$ i den ovennevnte ligningen, får vi,

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

Dermed får vi at motstand er forholdet mellom effekt og kvadratet av strømmen. Matematisk,

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

Forskjell på AC- og DC-motstand

Det er en forskjell mellom AC-motstand og DC-motstand. La oss diskutere dette kort.

AC-motstand

Den totale motstanden (inkludert motstand, induktiv reaktans, og kapasitiv reaktans) i AC-kretser kalles impedans. Derfor kalles også AC-motstand for impedans.

Motstand = Impedans dvs.,

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

Følgende formel gir verdien av AC motstand eller impedans i AC-kretser,

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

DC-motstand

Størrelsen på DC er konstant, det vil si, det finnes ingen frekvens i DC-kretser; derfor er kapasitiv reaktans og induktiv reaktans i DC-kretser null.

Derfor kommer bare motstandsverdien til ledningen eller tråden til å spille en rolle når den er underlagt DC-strøm.

Så, ifølge ohms lov, kan vi beregne verdien av DC-motstand.

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

Hva er størst, AC-motstand eller DC-motstand?

Det er ingen huden effekt i DC-kretser fordi frekvensen i DC-strøm er null. Derfor er AC-motstanden større enn DC-motstanden på grunn av huden effekten.

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

Vanligvis er verdien av AC-motstand 1,6 ganger verdien av DC-motstand.

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

Elektrisk motstand, varming og temperatur

Elektrisk motstand og varming

Når elektrisk strøm (altså flyt av frie elektroner) passerer gjennom en leder, er det noen «fraksjon» mellom de bevegende elektronene og molekylene i ledningen. Denne fraksjonen refereres til som elektrisk motstand.

Slik blir elektrisk energi som leveres til ledningen omgjort til varme på grunn av friksjon eller elektrisk motstand. Dette kalles varmeffekten av en elektrisk strøm produsert av elektrisk motstand.

For eksempel, hvis I amperer strømmer gjennom en leder med motstand R ohm i t sekunder, er den elektriske energien som leveres I2Rt joule. Denne energien 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 varmeeffekten utnyttes for å produsere mange varmeelektriske apparater som en elektrisk varmeovn, elektrisk toster, elektrisk kittel, elektrisk strykjern, loddstrykjern, etc. Det grunnleggende prinsippet for disse apparatene er det samme, nemlig at når elektrisk strøm strømmer gjennom en høy motstand (kalt et varmeelement), produseres den nødvendige varmen.

Et av de mest brukte legeringer av nikkel og krom, kalt nichrome, har en motstand mer enn 50 ganger større enn kobber.

Effekt av temperatur på elektrisk motstand

Motstanden til alle materialer påvirkes av endringer i temperatur. Effekten av temperaturendringen er ulik avhengig av materialet.

Metallokker

Elektrisk motstand i rene metaller (f.eks. kobber, aluminium, sølv, etc.) øker med temperaturøkning. Dette økningen i motstand er stor for det vanlige temperaturområdet. Derfor har metaller en positiv temperaturkoeffisient for motstand.

Legeringer

Elektrisk motstand i legeringer (f.eks. nikkel-krom, manganes, etc.) øker også med økende temperatur. Dette økningen i motstand er uregelmessig og relativt liten. Derfor har legeringer en lav verdi av positiv temperaturkoeffisient for motstand.

Semiførere, isolatorer og elektrolyter

Elektrisk motstand i semiførere, isolatorer og elektrolyter minker med økende temperatur. Når temperaturen økes, dannes mange frie elektroner. Så det er en nedgang i verdien av elektrisk motstand. Derfor har slike materialer en negativ temperaturkoeffisient for motstand.

Vanlige spørsmål om motstand

Elektrisk motstand i menneskekroppen

Motstanden i menneske hud er høy, men den indre kroppens motstand er lav. Når kroppen er tørr, er den gjennomsnittlige effektive motstanden høy, og når den er fuktig, reduseres motstanden betydelig.

Under tørr forhold er den effektive motstanden til menneskekroppen 100000 ohm, og under fuktige forhold eller skadet hud, reduseres motstanden til 1000 ohm.

Hvis høyspenningsstrøm kommer i kontakt med menneskehud, bryter den raskt ned hudens motstand, og motstanden til kroppen reduseres til 500 ohm.

Elektrisk motstand i luft

Vi vet at elektrisk motstand i et materiale avhenger av resistiviteten eller den spesifikke motstanden til materialet. Resistiviteten eller den spesifikke motstanden i luft er rundt $10^6$ til $10^1^5$ $\Omega-m$ ved 200 C.

Elektrisk motstand i luft er målet for luftens evne til å motstå en elektrisk strøm. Luftmotstanden er resultatet av kollisjoner mellom overflaten av objektet og luftmolekyler. De to hovedfaktorene som påvirker mengden luftmotstand, er farten til objektet og tverrsnittsarealet til objektet.

En nedbryting eller dielektrisk styrke i luft er 21,1 kV/cm (RMS) eller 30 kV/cm (topp), noe som betyr at luften gir elektrisk motstand opp til 21,1 kV/cm (RMS) eller 30 kV/cm (topp). Hvis elektrostatisk spenning i luften går over 21,1 kV/cm (RMS), forekommer det en nedbryting av luft; altså kan vi si at luftmotstanden blir null.

Elektrisk motstand i vann

Den spesifikke motstanden eller resistiviteten til vann er målet for vannets evne til å motstå en elektrisk strøm, noe som avhenger av konsentrasjonen av oppløste salt i vannet.

Rent vann har en høy verdi av spesifikk motstand eller resistivitet, da det ikke inneholder noen ioner. Når salter løses i rent vann, produseres frie ioner. Disse ionene kan lede elektrisk strøm; derfor minsker motstanden.

Vann med høy konsentrasjon av oppløste salter vil ha lav spesifikk motstand eller resistivitet, og omvendt. Tabellen nedenfor viser verdien av resistivitet for ulike typer vann.

Vannets typer	Spesifikk motstand i Ohm-m $(\Omega-m)$
Rent vann	20 000 000
Havvann	20-25
Dampet vann	500 000
Regnvann	20 000
Ellevann	200
Drikkevann	2 til 200
Deionisert vann	180 000

Elektrisk motstand hos kobber

Kobber er et godt ledningsmaterial, og derfor har det en lav motstand. Den naturlige motstanden som kobber tilbyr, kalles den spesifikke motstanden eller resistiviteten til kobber.

Verdien av den spesifikke motstanden eller resistiviteten til kobber er $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Hva kaller du fenomenet når elektrisk motstand er null?

Når elektrisk motstand er null, kalles dette fenomenet superledningsevne.

Ifølge Ohms lov,

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

Hvis elektrisk motstand, altså R = 0, så er

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

Dermed vil det være en uendelig strøm gjennom lederen hvis motstanden i lederen er null. Dette fenomenet kalles superledningsevne.

Vi kan også si at hvis elektrisk motstand er null, har den uendelig ledningsevne.

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

Hvordan påvirker resistivitet motstanden?

Som vi vet, kan motstanden i en leder uttrykkes som,

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

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

Der R = motstanden i lederen

$l$ = lengden av lederen

a = tverrsnittsareal av ledningen

$\rho$ = proporsjonalitetskonstant for materialet kjent som spesifikk motstand eller resistivitet til materialet

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

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

Således er spesifikk motstand eller resistivitet til et materiale motstanden til enhet lengde og enhet tverrsnittsareal av materialet.

Vi vet at hvert ledefullt materiale har en forskjellig verdi av spesifikk motstand eller resistivitet; derfor avhenger motstandsverdien av lengden og arealet av det brukte ledefulle materialet.

Kilde: Electrical4u

Erklæring: Respekt for originalen, god artikkel verdt å deles, ved infringement kontakt slett.