ความต้านทานไฟฟ้า: คืออะไร

Electrical4u

ฟิลด์: ไฟฟ้าพื้นฐาน

China

ไฟฟ้าความต้านทานคืออะไร

ความต้านทาน (หรือเรียกว่าความต้านทานโอห์ม) เป็นการวัดความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรไฟฟ้า ความต้านทานวัดเป็นโอห์ม แทนด้วยอักษรกรีกโอเมก้า (Ω)

ความต้านทานยิ่งมาก ความขวางทางของกระแสไฟฟ้าก็ยิ่งสูง

เมื่อมีความต่างศักย์ถูกนำไปใช้กับตัวนำ กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหล หรืออิเล็กตรอนที่ไม่ได้ถูกจับจะเริ่มเคลื่อนที่ ในขณะที่เคลื่อนที่ อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ถูกจับจะชนกับอะตอมและโมเลกุลของตัวนำ.

เนื่องจากเกิดการชนหรือการขวาง การไหลของอิเล็กตรอนหรือกระแสไฟฟ้าจะถูกจำกัด ดังนั้น เราสามารถกล่าวได้ว่ามีความต้านทานต่อการไหลของอิเล็กตรอนหรือกระแสไฟฟ้า ดังนั้น ความต้านทานที่สารให้แก่การไหลของกระแสไฟฟ้าเรียกว่าความต้านทาน

ความต้านทานของวัสดุนำไฟฟ้าพบว่า—

แปรผันตรงตามความยาวของวัสดุ
แปรผันกลับตามพื้นที่ภาคตัดขวางของวัสดุ
ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของวัสดุ
ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

ทางคณิตศาสตร์ ความต้านทานของวัสดุนำไฟฟ้าสามารถแสดงเป็น,

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

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

เมื่อ R = ความต้านทานของตัวนำ

$l$ = ความยาวของตัวนำ

a = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ

$\rho$ = ค่าคงที่ของสัดส่วนของวัสดุที่เรียกว่า ความต้านทานเฉพาะหรือความต้านทาน ของวัสดุ

คำนิยามของความต้านทาน 1 โอห์ม

ถ้ามีการใช้แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ระหว่างสองขั้วของตัวนำ และมีกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ไหลผ่านตัวนำนั้น ความต้านทานของตัวนำนั้นจะถูกกำหนดว่าเป็น 1 โอห์ม

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

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

ความต้านทานไฟฟ้าวัดเป็นหน่วยอะไร

ความต้านทานไฟฟ้าวัดเป็น (หน่วย SI สำหรับตัวต้านทาน) โอห์ม และแทนด้วย Ω หน่วยโอห์ม (Ω) ถูกตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันที่ยิ่งใหญ่ Georg Simon Ohm

ในระบบ SI หนึ่งโอห์มเท่ากับ 1 โวลต์ต่อแอมแปร์ ดังนั้น

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

ดังนั้น ความต้านทานสามารถวัดเป็นโวลต์ต่อแอมแปร์ได้เช่นกัน

ตัวต้านทานถูกผลิตและกำหนดค่าในช่วงกว้างของค่าต่างๆ หน่วยโอห์มมักใช้สำหรับค่าความต้านทานที่ปานกลาง แต่ค่าความต้านทานที่มากหรือน้อยสามารถแสดงเป็นมิลลิโอห์ม กิโลโอห์ม เมกะโอห์ม ฯลฯ

ดังนั้น หน่วยที่ได้จากตัวต้านทานจึงถูกสร้างขึ้นตามค่าของตัวต้านทาน ดังแสดงในตารางด้านล่าง

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

หน่วยที่ได้จากตัวต้านทาน

สัญลักษณ์ของความต้านทานไฟฟ้า

มีสัญลักษณ์วงจรหลักสองแบบที่ใช้สำหรับความต้านทานไฟฟ้า

สัญลักษณ์ที่พบบ่อยที่สุดสำหรับตัวต้านทานคือเส้นซิกแซกซึ่งถูกใช้อย่างกว้างขวางในอเมริกาเหนือ สัญลักษณ์วงจรตัวต้านทานอีกแบบหนึ่งคือสี่เหลี่ยมเล็กๆ ที่ใช้อย่างกว้างขวางในยุโรปและเอเชีย เรียกว่าสัญลักษณ์ตัวต้านทานสากล

สัญลักษณ์วงจรสำหรับตัวต้านทานแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง

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

สูตรความต้านทานไฟฟ้า

สูตรพื้นฐานสำหรับความต้านทานคือ:

ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทาน แรงดัน และกระแส (กฎของโอห์ม)
ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทาน พลังงาน และแรงดัน
ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทาน พลังงาน และกระแส

ความสัมพันธ์เหล่านี้สรุปไว้ในภาพด้านล่าง

สูตรความต้านทาน 1 (กฎของโอห์ม)

ตามกฎของโอห์ม

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

ดังนั้น ความต้านทานคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

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

สูตรความต้านทานที่ 2 (กำลังและความดัน)

กำลังที่ถ่ายโอนคือผลคูณของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

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

ตอนนี้ ใส่ $I = \frac{V}{R}$ ในสมการข้างต้น เราจะได้

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

ดังนั้น เราได้ว่าความต้านทานคืออัตราส่วนของกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าและกำลัง ทางคณิตศาสตร์

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

สูตรความต้านทานที่ 3 (กำลังและความเข้มของกระแสไฟฟ้า)

เรารู้ว่า $P = V * I$

แทน $V = I *R$ ในสมการข้างต้นเราจะได้

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

ดังนั้น เราได้ว่าความต้านทานคืออัตราส่วนระหว่างกำลังกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้า ทางคณิตศาสตร์

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

ความแตกต่างระหว่างความต้านทานกระแสสลับและกระแสตรง

มีความแตกต่างระหว่างความต้านทานกระแสสลับและความต้านทานกระแสตรง ขอให้เราพิจารณาในรายละเอียดนี้สั้นๆ

ความต้านทานกระแสสลับ

ความต้านทานรวม (รวมถึงความต้านทาน อิน덕ทีฟรีแอคแตนซ์ และแคปาซิทีฟรีแอคแตนซ์) ในวงจรกระแสสลับเรียกว่า อิมพีแดนซ์ ดังนั้น ความต้านทานกระแสสลับจึงเรียกว่าอิมพีแดนซ์

ความต้านทาน = อิมพีแดนซ์ หรือ

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

สูตรต่อไปนี้ให้ค่าความต้านทานหรืออิมพีแดนซ์ของวงจร AC

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

ความต้านทาน DC

ขนาดของ DC เป็นค่าคงที่ กล่าวคือ ไม่มีความถี่ในวงจร DC ดังนั้นความต้านทานแบบคาปาซิทีฟและอินดักทีฟในวงจร DC เป็นศูนย์

ดังนั้น เมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟ DC จะมีเพียงค่าความต้านทานของสายไฟหรือตัวนำเท่านั้นที่เข้ามาเกี่ยวข้อง

ดังนั้น ตามกฎของโอห์ม เราสามารถคำนวณค่าความต้านทาน DC ได้

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

ความต้านทาน AC หรือ DC มากกว่ากัน?

ไม่มีผลผิวในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากความถี่ในแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเป็นศูนย์ ดังนั้น ความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับจะมากกว่าความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากผลผิว

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

โดยทั่วไปแล้ว ค่าความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับมีค่าเท่ากับ 1.6 เท่าของค่าความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรง

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

ความต้านทานไฟฟ้า การทำความร้อน และอุณหภูมิ

ความต้านทานไฟฟ้าและการทำความร้อน

เมื่อมีกระแสไฟฟ้า (คือการไหลของอิเล็กตรอนที่เสรี) ผ่านตัวนำ จะมีแรงเสียดทานระหว่างอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่และโมเลกุลของตัวนำ แรงเสียดทานนี้เรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า

ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้กับตัวนำจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนเนื่องจากแรงเสียดทานหรือความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่าผลของการทำความร้อนของกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากความต้านทานไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสไฟฟ้า I แอมแปร์ไหลผ่านตัวนำที่มีความต้านทาน R โอห์มเป็นเวลา t วินาที พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายไปคือ I2Rt จูล พลังงานนี้จะเปลี่ยนเป็นรูปแบบของความร้อน

ดังนั้น

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

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

ผลของการทำความร้อนนี้ถูกใช้ในการผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทำให้เกิดความร้อน เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น เครื่องปิ้งขนมปัง เครื่องทำน้ำร้อน เครื่องรีดผ้า หรือเหล็กบัดกรี ฯลฯ หลักการพื้นฐานของอุปกรณ์เหล่านี้คือ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทานสูง (เรียกว่า องค์ประกอบทำความร้อน) มันจึงสร้างความร้อนที่ต้องการ

อัลลอยด์ที่ใช้กันมากที่สุดคือ อัลลอยด์ของนิกเกิลและโครเมียมที่เรียกว่านิโครม มีความต้านทานมากกว่าทองแดง 50 เท่า

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความต้านทานไฟฟ้า

ความต้านทานของวัสดุทั้งหมดได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ผลกระทบที่เกิดจากความเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแตกต่างกันขึ้นอยู่กับวัสดุ

โลหะ

ความต้านทานไฟฟ้าของโลหะบริสุทธิ์ (เช่น ทองแดง อลูมิเนียม เงิน เป็นต้น) เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของความต้านทานนี้ค่อนข้างมากในช่วงอุณหภูมิปกติ ดังนั้น โลหะมีค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความต้านทานตามอุณหภูมิเป็นบวก.

อัลลอย

ความต้านทานไฟฟ้าของอัลลอย (เช่น นิโครม แมงกานิน เป็นต้น) ก็เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของความต้านทานนี้ไม่สม่ำเสมอและค่อนข้างน้อย ดังนั้น อัลลอยมีค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความต้านทานตามอุณหภูมิที่เป็นบวกต่ำ.

สารกึ่งตัวนำ ฉนวน และสารละลายไฟฟ้า

ความต้านทานไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ,ฉนวน และสารละลายไฟฟ้าลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะมีอิเล็กตรอนเสรีเกิดขึ้นมากมาย ดังนั้น ค่าความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง ดังนั้น วัสดุเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความต้านทานตามอุณหภูมิที่เป็นลบ.

คำถามทั่วไปเกี่ยวกับความต้านทาน

ความต้านทานไฟฟ้าของร่างกายมนุษย์

ความต้านทานของผิวหนังมนุษย์สูง แต่ความต้านทานภายในร่างกายต่ำ เมื่อร่างกายแห้ง ความต้านทานเฉลี่ยที่มีผลสูง และเมื่อเปียก ความต้านทานจะลดลงอย่างมาก.

ภายใต้สภาพแห้ง ความต้านทานที่มีผลจากร่างกายมนุษย์คือ 100,000 โอห์ม และภายใต้สภาพเปียกหรือผิวหนังแตก ความต้านทานจะลดลงเหลือ 1,000 โอห์ม.

หากพลังงานไฟฟ้าแรงสูงเข้าสู่ผิวหนังมนุษย์ มันจะทำให้ผิวหนังแตกอย่างรวดเร็ว และความต้านทานที่มีผลจากร่างกายจะลดลงเหลือ 500 โอห์ม.

ความต้านทานไฟฟ้าของอากาศ

เราทราบว่าความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุใด ๆ ขึ้นอยู่กับความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานเฉพาะของวัสดุดังกล่าว ความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานเฉพาะของอากาศอยู่ที่ประมาณ $10^6$ ถึง $10^1^5$ $\Omega-m$ ที่อุณหภูมิ 200 C.

ความต้านทานไฟฟ้าของอากาศคือการวัดความสามารถของอากาศในการต้านทานกระแสไฟฟ้า ความต้านทานของอากาศเป็นผลมาจากแรงกระแทกระหว่างพื้นผิวด้านหน้าของวัตถูกับโมเลกุลของอากาศ ปัจจัยหลักสองประการที่ส่งผลต่อปริมาณความต้านทานของอากาศคือความเร็วของวัตถุและพื้นที่ตัดขวางของวัตถุ

แรงดันไฟฟ้าที่ทำให้อากาศเกิดการแตกตัวหรือความแข็งแกร่งของฉนวนของอากาศคือ 21.1 kV/cm (RMS) หรือ 30 kV/cm (peak) ซึ่งหมายความว่าอากาศสามารถให้ความต้านทานไฟฟ้าได้ถึง 21.1 kV/cm (RMS) หรือ 30 kV/cm (peak) หากแรงดันไฟฟ้าสถิตในอากาศเกิน 21.1 kV/cm (RMS) จะเกิดการแตกตัวของอากาศ ดังนั้นเราสามารถกล่าวได้ว่าความต้านทานของอากาศจะกลายเป็นศูนย์

ความต้านทานไฟฟ้าของน้ำ

ความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานเฉพาะของน้ำคือการวัดความสามารถของน้ำในการต้านทานกระแสไฟฟ้า ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเกลือที่ละลายในน้ำ

น้ำบริสุทธิ์มีค่าความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานเฉพาะสูงเนื่องจากไม่มีไอออน เมื่อเกลือละลายในน้ำบริสุทธิ์จะสร้างไอออนเสรี ไอออนเหล่านี้สามารถนำพากระแสไฟฟ้า ดังนั้นความต้านทานจะลดลง

น้ำที่มีความเข้มข้นของเกลือที่ละลายสูงจะมีความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานเฉพาะต่ำ และในทางกลับกัน ตารางด้านล่างแสดงค่าความต้านทานจำเพาะสำหรับประเภทของน้ำที่ต่างกัน

ประเภทของน้ำ	ความต้านทานในโอห์ม-เมตร $(\Omega-m)$
น้ำบริสุทธิ์	20,000,000
น้ำทะเล	20-25
น้ำกลั่น	500,000
น้ำฝน	20,000
น้ำแม่น้ำ	200
น้ำดื่ม	2 ถึง 200
น้ำที่ผ่านการกำจัดไอออน	180,000

ความต้านทานไฟฟ้าของทองแดง

ทองแดงเป็นสารนำไฟฟ้าที่ดี ดังนั้นมันจึงมีค่าความต้านทานต่ำ ความต้านทานตามธรรมชาติที่ทองแดงให้มีชื่อว่าความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานไฟฟ้าของทองแดง

ค่าความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานไฟฟ้าของทองแดงคือ $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

เรียกปรากฏการณ์อะไรเมื่อความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์

เมื่อความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าภาวะซูเปอร์คอนดักทิง

ตามกฎของโอห์ม

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

ถ้าความต้านทานไฟฟ้า คือ R = 0 แล้ว

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

ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะเป็นอนันต์หากความต้านทานของตัวนำนั้นเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าภาวะซูเปอร์คอนดักทิง

เราสามารถกล่าวได้ว่าถ้าความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ มันจะมีการนำไฟฟ้าเป็นอนันต์

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

ความต้านทานเฉพาะมีผลต่อความต้านทานอย่างไร?

ตามที่เรารู้ว่า ความต้านทานของวัสดุนำไฟฟ้าสามารถแสดงได้ว่า

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

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

โดยที่ R = ความต้านทานของตัวนำ

$l$ = ความยาวของตัวนำ

a = พื้นที่ตัดขวางของสายนำ

$\rho$ = ค่าคงที่ของความสัมพันธ์ของวัสดุที่เรียกว่าความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุ

จากนั้น ถ้า $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ แล้ว

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

ดังนั้น ความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุคือความต้านทานที่วัสดุขนาดหนึ่งหน่วยความยาวและพื้นที่ตัดขวางหนึ่งหน่วยให้

เราทราบว่าวัสดุนำไฟฟ้าแต่ละชนิดมีค่าความต้านทานจำเพาะหรือความต้านทานไฟฟ้าแตกต่างกัน ดังนั้น ค่าความต้านทานขึ้นอยู่กับความยาวและพื้นที่ตัดขวางของวัสดุนำไฟฟ้าที่ใช้

แหล่งที่มา: Electrical4u

คำชี้แจง: ขอให้เคารพเนื้อหาเดิม บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ