Električni upor: Kaj je to?

Electrical4u

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

Kaj je električni upor?

Upor (tudi ohmični upor ali električni upor) je mera odpornosti na pretok toka v električnem krogu. Upor se meri v omih, ki jih označuje grška črka omega (Ω).

Večji upor predstavlja večjo oviro za pretok toka.

Ko je na vodilo uporabljen potencialni razliki, tok začne teči, ali se proste elektroni začnejo gibati. Med gibanjem se prosti elektroni nabijajo s atomi in molekulami vodilca.

Zaradi nabijanja ali ovire je hitrost pretoka elektronov ali električnega toka omejena. Zato lahko rečemo, da obstaja neka odpornost proti pretoku elektronov ali toka. Torej, ta odpornost, ki jo sredstvo ponuja pretoku električnega toka, se imenuje upor.

Upor vodilnega materiala je—

direktno sorazmeren z dolžino materiala
obrato sorazmeren s poprečnim prerezom materiala
odvisen od narave materiala
odvisen od temperature

Matematično se upor vodilnega materiala izraža kot,

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

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

Kjer je R = upornost vodnika

$l$ = dolžina vodnika

a = prečni prerez vodnika

$\rho$ = konstanta sorazmerja materiala, znana kot specifična upornost ali upornost materiala

Definicija 1 Ohmov upornosti

Če je na dve nosilki vodnika priključena potencialna razlika 1 volt in če skozi nji teče tok 1 amper, se upornost tega vodnika imenuje ena ohm.

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

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

Kaj je električni upor merjen v (enotah)?

Električni upor se meri v (SI enota za upornik) ohm, ki ga predstavlja simbol Ω. Enota ohm (Ω) je poimenovana na čast velikemu nemškemu fiziku in matematiku Georgu Simonu Ohmu.

V SI sistemu je ohm enak 1 volt na amper. Torej,

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

Torej, upor se meri tudi v voltih na amper.

Upori se izdelujejo in specifičirajo v širokem obsegu vrednosti. Enota ohm se običajno uporablja za umernane vrednosti upornosti, vendar velike in male vrednosti upornosti lahko izrazimo v miliohmih, kiloohmih, megaohmih itd.

Zato so odvodi enot uporov prilagojeni njihovim vrednostim, kot je prikazano v spodnji 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	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Odvodna enota upornikov

Simbol električnega upora

Za električni upor se uporabljata dva glavna simbola v električnih vezijah.

Najpogostejši simbol za upornik je zig-zag črta, ki se pogosto uporablja v Severni Ameriki. Drugi simbol za upornik je majhen pravokotnik, ki se pogosto uporablja v Evropi in Aziji, imenovan mednarodni simbol upornika.

Simboli za upornike so prikazani na spodnjih slikah.

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

Formula električnega upora

Osnovna formula za upor je:

Smer odnosa med uporom, napetostjo in tokom (Ohmovo zakon)
Smer odnosa med uporom, močjo in napetostjo
Smer odnosa med uporom, močjo in tokom

Ti odnosi so povzročeni na spodnji sliki.

Formula upora 1 (Ohmov zakon)

Po Ohmovem zakonu

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

Torej je upornost razmerje med napajalskim naponom in tokom.

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

Formula za upornost 2 (Moč in napon)

Prenesena moč je produkt napajalskega napon in električnega toka.

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

Sedaj vstavimo $I = \frac{V}{R}$ v zgornjo enačbo, dobimo,

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

Torej, dobimo, da je upor razmerje kvadrata napetosti in moči. Matematično,

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

Formula za upor 3 (moč in tok)

Vemo, da velja $P = V * I$

Če vstavimo $V = I *R$ v zgornjo enačbo, dobimo

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

Tako dobimo, da je upor razmerje med močjo in kvadratom tokovne jakosti. Matematično,

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

Razlika med AC in DC uporom

Obstaja razlika med AC uporom in DC uporom. Razpravljajmo o tem krajše.

AC upor

Celoten upor (vključno z uporom, induktivno reaktivnostjo in kapacitivno reaktivnostjo) v AC vezijah se imenuje impedanca. Zato se AC upor tudi imenuje impedanca.

Upor = Impedanca, torej,

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

Naslednja enačba določa vrednost AC upora ali impedancije v AC krmilnikih,

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

DC upor

Velikost DC je konstantna, torej v DC krmilnikih ni frekvence; zato so kapacitivna reaktivna upornost in induktivna reaktivna upornost v DC krmilnikih enaki nič.

Zato, kadar je DC napajanje, igrajo le vlogo upornosti vodil ali žic.

Torej, glede na Ohmov zakon, lahko izračunamo vrednost DC upornosti.

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

Katera je večja, AC upornost ali DC upornost?

V DC krogih ni skin effecta, ker je frekvenca v DC oskrbi enaka nič. Zato je AC upor večji kot DC upor zaradi skin effecta.

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

Običajno je vrednost AC upora 1,6-krat večja od vrednosti DC upora.

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

Električni upor, segrevanje in temperatura

Električni upor in segrevanje

Ko električni tok (tj. pretok prostih elektronov) preteče skozi vodilo, je med premikajočimi se elektroni in molekulami vodila nekakšna 'trenje'. To trenje se imenuje električni upor.

Tako se električna energija, ki jo dobimo vodilo, zaradi trenja ali električnega upora pretvori v toploto. To se imenuje segrevalni učinek električnega toka, ki ga povzroči električni upor.

Na primer, če tok I amperov teče skozi vodilo z uporom R ohmov za t sekund, je posredovana električna energija I2Rt joulov. Ta energija se pretvori v obliki toplote.

Torej,

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

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

Ta segrevanje učinek se uporablja za izdelavo mnogih električnih grelnih naprav, kot so električni grelnik, električni toaster, električni čajnik, električni utičnik, lötalnik itd. Osnovni načel tega opreme je isti, torej, ko električni tok teče skozi visok upor (imenovan grelno element), proizvede tako potrebno toplotno energijo.

Najbolj pogosto uporabljani legiranje nikla in kromija, imenovan nichrome, ima upor več kot 50-krat večji od bakra.

Vpliv temperature na električni upor

Upor vseh materialov je vpliven s spremembami temperature. Vpliv spremembe temperature se razlikuje glede na material.

Kovini

Električni upor čistih kovin (npr. bakra, aluminija, srebra itd.) se zviša s povečanjem temperature. To povečanje upora je veliko v običajnem temperaturnem obsegu. Tako imajo kovine pozitiven temperaturni koeficient upora.

Zlogi

Električni upor zlog (npr. nikrom, mangnin itd.) se tudi zviša s povečanjem temperature. To povečanje upora je nepredvidljivo in relativno majhno. Tako imajo zlogi nizko vrednost pozitivnega temperaturnega koeficienta upora.

Polprevodniki, izolatorji in elektroliti

Električni upor polprevodnikov, izolatorjev in elektrolitov pada s povečanjem temperature. Ko se temperatura poviša, se ustvari veliko prostih elektronov. Zato pride do zmanjšanja vrednosti električnega upora. Tako ima ta material negativni temperaturni koeficient upora.

Pogosta vprašanja o uporu

Električni upor človekovega telesa

Upor kože človekovega telesa je visok, a notranji upor telesa je nizek. Ko je človekovo telo suho, je njegov povprečen učinkovit upor visok, in ko je mokro, se upor bistveno zmanjša.

V suhih pogojih je učinkovit upor, ki ga ponuja človekovo telo, 100.000 ohmov, in v mokrih pogojih ali pri poškodovani koži se upor zmanjša na 1000 ohmov.

Če visokonapetostna električna energija pride v stik s človekovo kožo, se hitro razbije koža, in upor, ki ga ponuja telo, se zmanjša na 500 ohmov.

Električni upor zraka

Vemo, da električni upor kakršnega koli materiala odvisen je od specifičnega upora tega materiala. Specifični upor zraka je okoli $10^6$ do $10^1^5$ $\Omega-m$ pri 200 C.

Električni upor zraka meri sposobnost zraka, da odpire električnemu toku. Upor zraka je posledica nihanj med vodilno površino telesa in molekulami zraka. Dva glavna faktorja, ki vplivata na količino upora zraka, sta hitrost telesa in prečni prerez telesa.

Prepad ali dielektrična trdota zraka je 21,1 kV/cm (RMS) ali 30 kV/cm (vrh), kar pomeni, da zrak zagotavlja električni upor do 21,1 kV/cm (RMS) ali 30 kV/cm (vrh). Če elektrostatska napetost v zraku preseže 21,1 kV/cm (RMS), se zgodi prepad zraka; tako lahko rečemo, da postane upor zraka nič.

Električni upor vode

Specifični upor ali upornost vode meri sposobnost vode, da odpire električnemu toku, kar je odvisno od koncentracije raztopljenih solev v vodi.

Čista voda ima višjo vrednost specifičnega upora ali upornosti, ker ne vsebuje ionov. Ko se sole raztopijo v čisti vodi, se ustvarijo prosti ioni. Ti ioni lahko prevajajo električni tok, zato upor pada.

Voda z visoko koncentracijo raztopljenih solev bo imela nizki specifični upor ali upornost in obratno. Spodnja tabela prikazuje vrednosti upornosti za različne vrste vode.

Vrste vode	Upornost v Ohm-m $(\Omega-m)$
Čista voda	20.000.000
Morska voda	20-25
Destilirana voda	500.000
Deževna voda	20.000
Rečna voda	200
Pitna voda	2 do 200
Dejonizirana voda	180.000

Električni upor bakra

Bakar je dober vodnik, zato ima nizko vrednost upora. Priročen upor, ki ga ponuja bakar, se imenuje specifični upor ali upornost bakra.

Vrednost specifičnega upora ali upornosti bakra je $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Kako se imenuje pojav, ko je električni upor enak nič?

Ko je električni upor enak nič, ta pojav se imenuje superprovodljivost.

Po Ohmovem zakonu,

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

Če je električni upor, torej R = 0, potem,

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

Torej, neskončni tok teče skozi vodnik, če je upor tega vodnika enak nič; ta pojav se imenuje superprovodljivost.

Tudi lahko rečemo, da če je električni upor enak nič, ima neskončno vodljivost.

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

Kako vpliva upornost na odpor?

Kot vemo, se odpornost vodilnega materiala izraža kot,

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

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

Kjer je R = odpornost vodiča

$l$ = dolžina vodiča

a = prečni prerez vodilca

$\rho$ = konstanta sorazmerja materiala, znana kot specifični upor ali upornost materiala

Če je $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ , potem

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

Tako je specifični upor ali upornost materiala upor, ki ga ponuja enotska dolžina in enotski prečni prerez materiala.

Vemo, da ima vsak vodilni material drugačno vrednost specifičnega upora ali upornosti; tako je vrednost upora odvisna od dolžine in prečnega prereza uporabljenega vodilnega materiala.

Vir: Electrical4u

Izjava: Spoštujte original, dobra članek je vreden delitve, če je kršitev avtorskih pravic se obvestite z brisanjem.