Sähköresistanssin määritelmä

Sähkövastus määritellään yksikköpituisen ja poikkipinta-alan yksikön omaavan johtimen resistanssiksi. Se on materiaalien intensiivinen ominaisuus, joka mittaa niiden kykyä vastustaa tai estää (eli vastustaa) niissä olevan sähkövirran virtausta. Tässä mielessä se on johtavuuden käänteinen tai vastakohta, joka on myös intensiivinen ominaisuus, joka mittaa materiaalin kykyä sallia sähkövirran kulku.

Resistiivisyyttä edustaa kreikkalainen kirjain ρ (ro) ja se on intensiivinen ominaisuus: se ei riipu materiaalin määrästä eikä mitoista, vaan ainoastaan ​​sen koostumuksesta. Esimerkiksi puhtaan kuparin johtavuus on sama riippumatta siitä, onko meillä hiuksen kaltainen hieno lanka vai 5 cm paksuinen tanko.

Tämä on yksi materiaalien tyypillisistä sähköisistä ominaisuuksista ja on olennaista valittaessa esimerkiksi materiaalit, joista on valmistettava muun muassa elektroniikkapiirin komponentit, johtimet tai sähkövastukset.

resistanssi vs. vastus

Resistanssista puhuttaessa on hyvin yleistä puhua myös resistanssista. Molemmat käsitteet liittyvät toisiinsa, mutta ne eivät ole samoja. Vaikka resistanssi mittaa materiaalin sisäistä vastusta sähkövirran virtaukselle ja liittyy yksinomaan sen koostumukseen ja sisäiseen rakenteeseen, vastus on laaja ominaisuus, joka mittaa tietyn kappaleen absoluuttista vastusta virran virtaukselle.

Johtimen resistanssi määritetään mittaamalla sen läpi kulkeva virta johtimen molempiin päihin kohdistuvan potentiaalieron perusteella, ja sitten sovelletaan Ohmin lakia.

Resistanssi voidaan kuitenkin laskea teoreettisesti myös johtimen ominaisvastuksen ja muodon ja mittojen perusteella, koska vastus on verrannollinen johtimen pituuteen ja kääntäen verrannollinen johtimen poikkipinta-alaan:

Tämä resistanssin laskentakaava antaa meille myös mahdollisuuden määritellä sähköinen resistanssi johtimen resistanssin ja sen pituuden ja poikkileikkauksen alueen välisen suhteellisuuden vakiona .

Sähkövastuskaava

Resistanssi voidaan määrittää eri tavoin. Yksinkertaisin tapa on mitata kokeellisesti johtimen resistanssi ja sen fyysiset mitat ja soveltaa sitten seuraavaa kaavaa:

missä R on vastus, S on poikkileikkauspinta-ala ja l on kyseessä olevan johtimen pituus.

Tämän kaavan lisäksi resistiivisyyttä voidaan liittää myös johtimen sisäiseen sähkökenttään ja tämän sähkökentän muodostamaan virrantiheyteen samalla tavalla kuin materiaalin johtavuus määritetään. Tässä tapauksessa kaava on:

jossa E ja J vastaavat sähkökentän voimakkuuksia ja virrantiheyttä virran kulkusuunnassa.

vastusyksiköt

Kun otetaan huomioon yllä olevat kaavat resistiivisyyden määrittämiseksi, on helppo arvata, mitkä tämän intensiivisen ominaisuuden yksiköiden tulisi olla.

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä resistanssin yksikkö on ohm (Ω), kun taas pituuden ja pinta-alan yksiköt ovat vastaavasti m ja m ^{2 .} Edellä esitetyn perusteella resistanssin SI-yksiköt ovat:

Toisin sanoen sähköisen ominaisvastuksen kansainväliset yksiköt ovat ohm.meters tai Ω.m . Erityyppisissä laskelmissa käytettyinä nämä yksiköt eivät kuitenkaan aina ole käytännöllisiä.

Esimerkiksi sähköinsinöörit suorittavat usein monimutkaisia ​​resistanssien ja muiden määrien laskelmia resistiivisyyden sekä joidenkin muiden sähköpiirien suunnittelussa käytettävien materiaalien ja johtimien teknisten eritelmien avulla. Näissä tapauksissa johtimen pituus ilmaistaan ​​lähes aina kansainvälisen järjestelmän yksikköinä eli metreinä, mutta näin ei ole sen poikkipinta-alalla, joka ilmaistaan ​​yleensä mm 2 : ^nä . Tämä johtuu siitä, että m ² on liian suuri yksikkö ilmaisemaan vain yhden tai kahden millimetrin paksuisen johtimen poikkipinta-alaa.

Jotta johtimen resistanssia laskettaessa ei tarvitsisi tehdä yksikkömuunnoksia, ominaisvastus ilmaistaan ​​usein yksikköinä Ω.mm ² /m .

Toisaalta sähkövastus on ominaisuus, jota käytetään arvioimaan veden puhtausastetta. Kun tarvitaan erittäin puhtaita vesinäytteitä, ne alistetaan deionisaatioprosessiin, joka vähentää niiden sähkönjohtavuuden minimiin ja lisää niiden resistiivisyyttä maksimissaan. Veden ominaisvastusta mittaavassa laitteessa käytetään kennoa, jossa on elektrodeja, joiden pinta-ala on 1 cm ² ja joiden välinen etäisyys on 1 cm. Myös puhtaan veden koteloissa mitatut resistanssiarvot ovat miljoonien ohmien luokkaa. Näistä syistä puhtaan veden sähkövastus ilmaistaan ​​yksiköissä MΩ.cm.

Jotkut hyvien ja huonojen johtimien edustavat ominaisvastusarvot

Alla on joitain tyypillisiä arvoja materiaaleille, joita pidetään hyvinä johtimina, sekä materiaaleja, jotka ovat eristeitä, eli sellaisia, jotka eivät johda hyvin sähköä ja ovat siksi huonoja johtimia.

Johtaville materiaaleille on ominaista erittäin alhainen resistanssi, mikä mahdollistaa niiden sähkönjohtamisen erittäin hyvin. Toisaalta eristysmateriaali on sellainen, jolla on erittäin korkea resistanssi.

johtavia materiaaleja

Eristysmateriaalit

Kuten molempia taulukoita verrattaessa voidaan nähdä, ero hyvien ja huonojen johtimien resistanssien välillä voi kattaa noin 23 suuruusluokkaa ja jopa enemmän.

Viitteet

• Britannica, T. Encyclopaedian toimittajat (2018, 22. elokuuta). Resistanssi . Encyclopedia Britannica. Haettu osoitteesta https://www.britannica.com/science/resistivity
• Jewett, JW ja Serway, RA (2006). Physics for Science and Engineering – Osa II (6. painos). Thomson International.
• Resistanssi ja resistanssi | Calculisto – Yhteenvedot ja Calculus-luokat . (n.d.). lasken. Saatavilla osoitteessa https://www.calculisto.com/topics/circuitos-electricos/summary/348
• Sähkövastus . (2020, 9. elokuuta). AcMax. Saatavilla osoitteessa https://acmax.mx/resistividad
• Resistanssi, ominaisvastus . (2019, 30. maaliskuuta). Unichrom elektroniikka. Saatavilla osoitteessa https://unicrom.com/resistividad-resistencia-especifica/
• Storr, W. (2021, 14. tammikuuta). Resistiivisyys ja sähkönjohtavuus . Elektroniikan perusopetusohjelmat. Saatavilla osoitteessa https://www.electronics-tutorials.ws/resistor/resistivity.html