Opór elektryczny: Co to jest?

Electrical4u

Pole: Podstawowe Elektryka

China

Co to jest opór elektryczny?

Opór (znany również jako opór ohmiczny lub opór elektryczny) to miara przeciwdziałania prądowi w obwodzie elektrycznym. Opór mierzy się w omach, symbolizowanych grecką literą omega (Ω).

Im większy opór, tym większe przeszkody dla przepływu prądu.

Gdy różnica potencjałów zostanie zastosowana do przewodnika, prąd zaczyna płynąć, a wolne elektrony zaczynają się poruszać. Podczas ruchu, wolne elektrony zderzają się z atomami i cząsteczkami przewodnika.

W wyniku zderzeń lub przeszkód, szybkość przepływu elektronów lub prądu elektrycznego jest ograniczona. Możemy więc stwierdzić, że istnieje pewna przeciwność dla przepływu elektronów lub prądu. Ta przeciwność oferowana przez substancję dla przepływu prądu elektrycznego nazywana jest oporem.

Opór materiału przewodzącego jest proporcjonalny do—

długości materiału
odwrotnie proporcjonalny do przekroju poprzecznego materiału
zależy od natury materiału
zależy od temperatury

Matematycznie, opór materiału przewodzącego można wyrazić jako,

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

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

Gdzie R = opór przewodnika

$l$ = długość przewodnika

a = przekrój poprzeczny przewodnika

$\rho$ = stała proporcjonalności materiału znana jako opór właściwy lub rezystywność materiału

Definicja oporu 1 om

Jeśli napięcie 1 wolta jest zastosowane między dwoma końcówkami przewodnika i jeśli prąd 1 amper płynie przez niego, opór tego przewodnika wynosi jeden om.

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

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

W jakich jednostkach mierzy się opór elektryczny?

Opór elektryczny mierzy się w (jednostce SI dla rezystora) om, który oznacza się symbolem Ω. Jednostka om (Ω) została nazwana na cześć wielkiego niemieckiego fizyka i matematyka Georga Simona Ohma.

W systemie SI om jest równy 1 wolt na amper. Zatem,

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

Zatem, opór mierzy się również w wolcie na amper.

Rezystory są wytwarzane i określone w szerokim zakresie wartości. Jednostka om jest zwykle używana dla umiarkowanych wartości oporu, ale ogromne i małe wartości oporu mogą być wyrażone w miliomach, kiloomach, megaomach itp.

Stąd, pochodne jednostki rezystorów są tworzone według ich wartości, jak pokazano w poniższej tabeli.

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

Pochodna jednostka oporników

Symbol oporu elektrycznego

Istnieją dwa główne symbole obwodowe używane do oznaczania oporu elektrycznego.

Najczęściej używanym symbolem opornika jest zygzakowata linia, szeroko stosowana w Ameryce Północnej. Drugim symbolem obwodowym opornika jest mały prostokąt, szeroko stosowany w Europie i Azji, nazywany międzynarodowym symbolem opornika.

Symbol obwodowy oporników przedstawiono na poniższym obrazie.

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

Wzór na opór elektryczny

Podstawowy wzór na opór to:

Związek między oporem, napięciem i prądem (Prawo Ohma)
Związek między oporem, mocy i napięciem
Związek między oporem, mocą i prądem

Te związki są podsumowane na poniższym obrazie.

Wzór na opór 1 (Prawo Ohma)

Według prawa Ohma

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

Zatem opór jest stosunkiem napięcia zasilającego do prądu.

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

Wzór na opór 2 (moc i napięcie)

Przeniesiona moc to iloczyn napięcia zasilającego i prądu elektrycznego.

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

Teraz podstawmy $I = \frac{V}{R}$ do powyższego równania otrzymujemy,

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

W ten sposób otrzymujemy, że opór jest stosunkiem kwadratu napięcia zasilającego do mocy. Matematycznie,

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

Wzór na opór 3 (moc i prąd)

Wiemy, że $P = V * I$

Podstawiając $V = I *R$ do powyższego równania otrzymujemy,

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

W ten sposób otrzymujemy, że opór jest stosunkiem mocy do kwadratu prądu. Matematycznie,

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

Różnica między oporem przemiennym a stałowym

Jest różnica między oporem przemiennym a stałowym. Omówmy to krótko.

Opór przemienny

Całkowity opór (w tym opór, reaktancja indukcyjna i reaktancja pojemnościowa) w obwodach przemiennych nazywany jest impedancją. Dlatego opór przemienny nazywany jest również impedancją.

Opór = Impedancja, czyli

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

Następująca formuła określa wartość oporu przemiennego lub impedancji w obwodach przemiennych

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

Opor stały

Wartość stałego prądu jest stała, czyli w obwodach stałoprądowych nie ma częstotliwości; stąd reaktancja pojemnościowa i indukcyjna w obwodach stałoprądowych wynoszą zero.

Zatem, gdy obwód podlega zasilaniu stałoprądowemu, jedynie opór przewodnika lub drutu ma znaczenie.

W związku z tym, na podstawie prawa Ohma, możemy obliczyć wartość oporu stałoprądowego.

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

Który jest większy: opór przemienny czy opór stały?

Nie występuje efekt skórkowy w obwodach prądu stałego, ponieważ częstotliwość w zasilaniu prądem stałym wynosi zero. W związku z tym opór przemienny jest większy w porównaniu do oporu stałoprądowego ze względu na efekt skórkowy.

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

Zwykle wartość oporu przemiennego jest 1,6 razy większa niż wartość oporu stałoprądowego.

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

Opór elektryczny, ogrzewanie i temperatura

Opór elektryczny i ogrzewanie

Gdy prąd elektryczny (czyli strumień swobodnych elektronów) przepływa przez przewodnik, występuje pewne „tarcie” między poruszającymi się elektronami a cząsteczkami przewodnika. To tarcie nazywane jest oporem elektrycznym.

W ten sposób energia elektryczna dostarczona do przewodnika jest zamieniana w ciepło z powodu tarcia lub oporu elektrycznego. Nazywa się to efektem grzewczym prądu elektrycznego wywołanym przez opór elektryczny.

Na przykład, jeśli prąd I amperów przepływa przez przewodnik o oporności R omów przez t sekund, dostarczona energia elektryczna wynosi I2Rt dżuli. Ta energia jest przekształcana w postaci ciepła.

Zatem,

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

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

Ten efekt grzewczy jest wykorzystywany do produkcji wielu grzewczych urządzeń elektrycznych, takich jak grzałka elektryczna, toster elektryczny, czajnik elektryczny, żelazko elektryczne, żelazo spawalnicze itp. Podstawowy zasada działania tych urządzeń jest taka sama, czyli kiedy prąd elektryczny przepływa przez wysoką oporność (nazywaną elementem grzewczym), powstaje wymagane ciepło.

Najczęściej używany stop niklu i chromu nazywany nichrom ma oporność ponad 50 razy większą niż miedź.

Wpływ temperatury na opór elektryczny

Opór wszystkich materiałów jest wpływowany przez zmianę temperatury. Wpływ zmiany temperatury różni się w zależności od materiału.

Metal

Elektryczny opór czystych metali (np. miedzi, aluminium, srebra itp.) wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Ten wzrost oporu jest duży dla normalnego zakresu temperatur. Stąd metale mają dodatni współczynnik temperaturowy oporu.

Stopki

Elektryczny opór stopków (np. nikrochrom, manganin itp.) również wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Ten wzrost oporu jest nieregularny i stosunkowo mały. Stąd stopki mają niską wartość dodatniego współczynnika temperaturowego oporu.

Półprzewodniki, izolatory i elektrolity

Elektryczny opór półprzewodników, izolatorów i elektrolitów maleje wraz ze wzrostem temperatury. Gdy temperatura wzrasta, powstaje wiele wolnych elektronów. Stąd następuje spadek wartości oporu elektrycznego. Stąd takie materiały mają ujemny współczynnik temperaturowy oporu.

Częste pytania dotyczące oporu

Opór elektryczny ludzkiego ciała

Opór skóry ludzkiego ciała jest wysoki, ale wewnętrzny opór ciała jest niski. Gdy ciało człowieka jest suche, jego średnia skuteczna wartość oporu jest wysoka, a gdy wilgotne, opór znacznie się obniża.

W warunkach suchych skuteczny opór oferowany przez ciało człowieka wynosi 100 000 omów, a w warunkach wilgotnych lub uszkodzonej skóry, opór spada do 1000 omów.

Jeśli wysokie napięcie elektryczne dostać się pod skórę człowieka, szybko przełamuje skórę, a opór oferowany przez ciało spada do 500 omów.

Opór elektryczny powietrza

Wiemy, że opór elektryczny każdego materiału zależy od jego lepkości elektrycznej lub specyficznego oporu tego materiału. Lepkość elektryczna lub specyficzny opór powietrza wynosi około $10^6$ do $10^1^5$ $\Omega-m$ przy 200 C.

Opór elektryczny powietrza jest miarą zdolności powietrza do oporu przeciwko prądowi elektrycznemu. Opor powietrza jest rezultatem zderzeń między przednią powierzchnią obiektu a cząsteczkami powietrza. Dwa główne czynniki wpływające na ilość oporu powietrza to prędkość obiektu i przekrój poprzeczny obiektu.

Złamanie lub wytrzymałość dielektryczna powietrza wynosi 21.1 kV/cm (RMS) lub 30 kV/cm (szczytowe), co oznacza, że powietrze zapewnia opór elektryczny do 21.1 kV/cm (RMS) lub 30 kV/cm (szczytowe). Jeśli napięcie elektrostatyczne w powietrzu przekroczy 21.1 kV/cm (RMS), następuje złamanie powietrza, co oznacza, że opór powietrza staje się zerowy.

Opór elektryczny wody

Specyficzny opór lub lepkość elektryczna wody jest miarą zdolności wody do oporu przeciwko prądowi elektrycznemu, która zależy od stężenia rozpuszczonych soli w wodzie.

Czysta woda ma wyższą wartość specyficznego oporu lub lepkości, ponieważ nie zawiera jonów. Gdy sole rozpuszczają się w czystej wodzie, powstają wolne jony. Te jony mogą przewodzić prąd elektryczny, co powoduje zmniejszenie oporu.

Woda o wysokim stężeniu rozpuszczonych soli będzie miała niski specyficzny opór lub lepkość, a na odwrót. Poniższa tabela pokazuje wartości lepkości dla różnych rodzajów wody.

Typy wody	Odporność w Ohm-m $(\Omega-m)$
Czysta woda	20,000,000
Woda morska	20-25
Destylowana woda	500,000
Woda deszczowa	20,000
Woda rzeczna	200
Woda do picia	2 do 200
Zdemineralizowana woda	180,000

Opór elektryczny miedzi

Miedź jest dobrym przewodnikiem, stąd ma niską wartość oporu. Naturalny opór oferowany przez miedź nazywany jest specyficznym oporem lub rezystrywnością miedzi.

Wartość specyficznego oporu lub rezystrywności miedzi wynosi $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Jak nazywa się zjawisko, gdy opór elektryczny wynosi zero?

Gdy opór elektryczny wynosi zero, to zjawisko nazywane jest nadprzewodnictwem.

Zgodnie z prawem Ohma,

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

Jeśli opór elektryczny, czyli R = 0, wtedy

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

Zatem, nieskończony prąd płynie przez przewodnik, jeśli opór tego przewodnika wynosi zero; to zjawisko nazywane jest nadprzewodnictwem.

Możemy również powiedzieć, że jeśli opór elektryczny wynosi zero, to przewodzenie jest nieskończone.

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

Jak wpływa rezystywność na opór?

Jak wiadomo, opór materiału przewodzącego można wyrazić jako,

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

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

Gdzie R = opór przewodnika

$l$ = długość przewodnika

a = przekrój poprzeczny przewodnika

$\rho$ = stała proporcjonalności materiału znanego jako opór właściwy lub rezystrywność materiału

Teraz, jeśli $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ to

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

Zatem, opór właściwy lub rezystrywność materiału to opór oferowany przez jednostkową długość i jednostkowy przekrój poprzeczny materiału.

Wiemy, że każdy materiał przewodzący ma inną wartość oporu właściwego lub rezystrywności; zatem, wartość oporu zależy od długości i przekroju poprzecznego używanego materiału przewodzącego.

Źródło: Electrical4u

Oświadczenie: Szacunek dla oryginału, dobrych artykułów warty udostępniania, jesli istnieje naruszenie praw autorskich proszę o skontaktowanie się z celami usunięcia.