Elektrisk resistans: Vad är det?

Electrical4u

Fält: Grundläggande elteknik

China

Vad är elektriskt motstånd?

Motstånd (även känt som ohmskt motstånd eller elektriskt motstånd) är en mätning av motsättningen mot ström i en elektrisk krets. Motstånd mäts i ohm, symboliserat av det grekiska bokstavstecknet omega (Ω).

Ju större motstånd, desto större barriär mot strömmens flöde.

När spänningskillnaden tillämpas på en ledare, börjar strömmen flyta, eller de fria elektronerna börjar röra sig. Medan de rör sig kolliderar de fria elektronerna med atomer och molekyler i ledaren.

På grund av kollisioner eller hinder begränsas hastigheten för elektronernas eller elektriska strömens flöde. Därför kan vi säga att det finns viss motsättning mot elektronernas eller strömens flöde. Således kallas denna motsättning som ett material erbjuder mot elektrisk ström för motstånd.

Motståndet hos ledbart material har visat sig vara—

direkt proportionellt mot materialets längd
invers proportionellt mot materialets tvärsnittsarea
beroende av materialets natur
Beroende av temperaturen

Matematiskt kan motståndet hos ett ledbart material uttryckas som,

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

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

Där R = ledningens motstånd

$l$ = ledningens längd

a = ledningens tvärsnittsarea

$\rho$ = proportionell konstant för materialet känd som specifikt motstånd eller resistivitet för materialet

Definition av 1 Ohms motstånd

Om en potential på 1 volt tillämpas över två kontakter i en ledare och om en ström på 1 ampere flödar genom den, sägs ledarens motstånd vara ett ohm.

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

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

Vad mäts elektrisk motstånd i (enheter)?

Elektriskt motstånd mäts i (den SI-enheten för en motståndsresistor) ohm, och Ω representerar det. Enheten ohm (Ω) är uppkallad efter den stora tyska fysikern och matematikern Georg Simon Ohm.

I SI-systemet motsvarar ett ohm 1 volt per ampere. Således,

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

Därför mäts också motstånd i volt per ampere.

Motstånd tillverkas och specificeras över ett brett värdespektrum. Enheten ohm används normalt för måttliga motståndsbelopp, men stora och små motståndsbelopp kan uttryckas i milliohm, kiloohm, megaohm, etc.

Därför görs de härledda enheterna för motstånd enligt deras värden, som visas i tabellen nedan.

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

Derivat enhet av resistorer

Symbol för elektrisk motstånd

Det finns två huvudsakliga kretsdiagramssymboler som används för elektriskt motstånd.

Den vanligaste symbolen för en resistor är en zig-zag-linje som används omfattande i Nordamerika. Den andra kretsdiagramssymbolen för en resistor är en liten rektangel som används omfattande i Europa och Asien, kallad den internationella resistorsymbolen.

Kretsdiagramssymbolen för resistorer visas i bilden nedan.

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

Formel för elektriskt motstånd

Den grundläggande formeln för motstånd är:

Förhållandet mellan Motstånd, Spänning och Ström (Ohms lag)
Förhållandet mellan Motstånd, Effekt och Spänning
Förhållandet mellan Motstånd, Effekt och Ström

Dessa förhållanden sammanfattas i bilden nedan.

Formel 1 för motstånd (Ohms lag)

Enligt Ohms lag

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

Således är resistansen förhållandet mellan spänningskälla och ström.

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

Motstånd Formel 2 (Effekt och spänning)

Överförda effekten är produkten av spänningen och elektriska strömmen.

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

Nu, sätt in $I = \frac{V}{R}$ i ovanstående ekvation får vi,

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

Så får vi att resistansen är förhållandet mellan kvadraten av spänningen och effekten. Matematiskt,

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

Motstånd Formel 3 (Effekt och Ström)

Vi vet att, $P = V * I$

Sätt in $V = I *R$ i ovanstående ekvation får vi,

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

Så får vi att resistansen är förhållandet mellan effekt och strömmens kvadrat. Matematiskt,

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

Skillnaden mellan AC- och DC-resistans

Det finns en skillnad mellan AC-resistans och DC-resistans. Låt oss diskutera detta kort.

AC-resistans

Den totala resistansen (inklusive resistans, induktiv reaktans, och kapacitiv reaktans) i AC-kretsar kallas impedans. Därför kallas också AC-resistans för impedans.

Resistans = Impedans dvs.,

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

Följande formel ger värdet för AC-motstånd eller impedans i AC-kretsar,

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

DC-motstånd

Amplituden av DC är konstant, dvs det finns ingen frekvens i DC-kretsar; därför är kapacitiv reaktans och induktiv reaktans i DC-kretsar noll.

Därför spelar endast ledarens eller trådens motståndsvärde en roll när den utsätts för DC-ström.

Således kan vi enligt Ohms lag beräkna värdet av DC-motstånd.

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

Vilket är större: AC-motstånd eller DC-motstånd?

Det finns ingen yt-effekt i DC-kretsar eftersom frekvensen i DC-strömförsörjning är noll. Därför är AC-motståndet högre jämfört med DC-motståndet på grund av yt-effekten.

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

Vanligtvis är värdet för AC-motstånd 1,6 gånger värdet för DC-motstånd.

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

Elektriskt motstånd värme och temperatur

Elektriskt motstånd och uppvärmning

När elektrisk ström (dvs. flödet av fria elektroner) passerar genom en ledare finns det viss ' friktion' mellan de rörliga elektronerna och molekylen i ledaren. Denna friktion kallas för elektriskt motstånd.

På så sätt omvandlas den elektriska energin som tillförs ledaren till värme på grund av friktion eller elektriskt motstånd. Detta kallas för en uppvärmningsverkan av elektrisk ström producerad av elektriskt motstånd.

Till exempel, om I amperier flödar genom en ledare med resistans R ohm under t sekunder, är den elektriska energin som levereras I2Rt joule. Denna energi omvandlas till värme.

Således,

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

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

Denna uppvärmningseffekt utnyttjas för att tillverka många elektriska värmeanordningar som en elektrisk värmare, elektrisk tostertugg, elektrisk kanna, elektrisk strykjärn, lödplatta, etc. Det grundläggande principen för dessa apparater är densamma, dvs. när elektrisk ström flödar genom en hög resistans (kallad en uppvärmningselement), produceras det nödvändiga värmet.

Ett vanligt användet legering av nikkel och krom kallat nichrome har en resistans mer än 50 gånger större än koppar.

Temperaturens effekt på elektrisk resistans

Alla materialers resistans påverkas av temperaturförändringar. Effekten av temperaturförändringen varierar beroende på materialet.

Metal

Elektriska resistansen hos rena metaller (t.ex. koppar, aluminium, silver, etc.) ökar med temperaturökning. Denna ökning i resistans är stor inom det normala temperaturintervallet. Således har metaller en positiv temperaturkoefficient för resistans.

Legeringar

Elektriska resistansen hos legeringar (t.ex. nichrom, manganin, etc.) ökar också med temperaturökning. Denna ökning i resistans är oregelbunden och relativt liten. Således har legeringar en låg värde av positiv temperaturkoefficient för resistans.

Semikonduktorer, isolatorer & elektrolyter

Elektriska resistansen hos semikonduktorer, isolatorer & elektrolyter minskar med temperaturökning. När temperaturen ökar skapas många fria elektroner. Således minskar värdet av elektrisk resistans. Därför har sådana material en negativ temperaturkoefficient för resistans.

Vanliga frågor om resistans

Elektrisk resistans i människokroppen

Människokroppens hudresistans är hög, men den interna kroppens resistans är låg. När människokroppen är torr är dess genomsnittliga effektiva resistans hög, och när den är fuktig minskar resistansen betydligt.

Under torra förhållanden är den effektiva resistans som människokroppen erbjuder 100 000 ohm, och under fuktiga förhållanden eller vid skadad hud minskas resistansen till 1000 ohm.

Om högspänningsström tränger in i människohuden bryts huden snabbt ner, och resistansen som kroppen erbjuder minskas till 500 ohm.

Elektrisk resistans i luft

Vi vet att den elektriska resistansen hos ett material beror på resistiviteten eller den specifika resistansen för det materialet. Resistiviteten eller den specifika resistansen för luft är runt $10^6$ till $10^1^5$ $\Omega-m$ vid 200 C.

Den elektriska resistansen i luften mäter luftens förmåga att motstå en elektrisk ström. Luftmotståndet är resultatet av kollisioner mellan det ledda ytsegmentet av objektet och luftmolekyler. De två huvudsakliga faktorer som påverkar mängden luftmotstånd är objektets hastighet och det tvärsnittsområdet av objektet.

Ett brytningstryck eller dielektrisk styrka i luft är 21,1 kV/cm (RMS) eller 30 kV/cm (topp), vilket betyder att luften ger elektrisk resistans upp till 21,1 kV/cm (RMS) eller 30 kV/cm (topp). Om elektrostatiska spänningar i luften överskrider 21,1 kV/cm (RMS) inträffar en brytning i luften; därför kan vi säga att luftmotståndet blir noll.

Elektrisk resistans i vatten

Den specifika resistansen eller resistiviteten i vatten mäter vattens förmåga att motstå en elektrisk ström, vilket beror på koncentrationen av upplösta salt i vattnet.

Rent vatten har en högre värde av specifik resistans eller resistivitet eftersom det inte innehåller några jon. När salt upplöses i rent vatten bildas fria jon. Dessa jon kan ledare en elektrisk ström; därför minskar resistansen.

Vatten med en hög koncentration av upplösta salt kommer att ha en låg specifik resistans eller resistivitet och vice versa. Tabellen nedan visar värdet för resistivitet för olika typer av vatten.

Typer av vatten	Resistivitet i Ohm-m $(\Omega-m)$
Rent vatten	20 000 000
Havsvatten	20-25
Distillerat vatten	500 000
Regnvatten	20 000
Flodvatten	200
Dricksvatten	2 till 200
Dekaminerat vatten	180 000

Koppar är en bra ledare och har därför en låg resistansvärde. Den naturliga resistansen som koppar erbjuder kallas för kopparns specifika resistans eller resistivitet.

Värdet av den specifika resistansen eller resistiviteten hos koppar är $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Vad kallar du fenomenet när elektrisk resistans är noll?

När elektrisk resistans är noll kallas detta fenomen för superledning.

Enligt Ohms lag,

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

Om elektrisk resistans, dvs R = 0, då,

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

Därför strömmar en oändlig ström genom ledaren om resistansen i ledaren är noll; detta fenomen kallas superledning.

Vi kan också säga att om elektrisk resistans är noll, har det oändlig ledningsförmåga.

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

Hur påverkar resistivitet resistansen?

Som vi vet kan resistansen hos ett leddande material uttryckas som,

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

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

Där R = resistansen hos leden

$l$ = längden av leden

a = tvärsnittsarea av ledaren

$\rho$ = proportionalitetskonstant för materialet känd som specifik resistans eller resistivitet för materialet

Om nu $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ så

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

Således är den specifika resistansen eller resistiviteten för ett material motståndet som erbjuds av enhetslängden och enhetstvärsnittsarean av materialet.

Vi vet att varje ledande material har en annan värde på specifik resistans eller resistivitet; därmed beror motståndsvärdet på längden och arean av det använda ledande materialet.

Källa: Electrical4u

Uttryck: Respektera det ursprungliga, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för att ta bort.