Elektrische weerstand van draden

Het concept van elektrische weerstand en geleidbaarheid

Elk lichaam waardoor een elektrische stroom vloeit, heeft een zekere weerstand. De eigenschap van een geleidend materiaal om te voorkomen dat er een elektrische stroom doorheen gaat, wordt elektrische weerstand genoemd.

De elektronische theorie verklaart op deze manier de aard van de elektrische weerstand van metalen geleiders. Wanneer vrije elektronen langs een draad bewegen, komen ze onderweg ontelbare keren atomen en andere elektronen tegen en verliezen door interactie daarmee onvermijdelijk een deel van hun energie. Elektronen ervaren sowieso weerstand tegen hun beweging. Verschillende metalen geleiders met verschillende atomaire structuren hebben verschillende weerstand tegen elektrische stroom.

Precies hetzelfde verklaart de weerstand van vloeistofgeleiders en gassen tegen de doorgang van elektrische stroom. We mogen echter niet vergeten dat in deze stoffen niet elektronen, maar geladen deeltjes van moleculen weerstand ondervinden tijdens hun beweging.

Weerstand wordt aangeduid met de Latijnse letters R of r.

De ohm wordt genomen als de eenheid van elektrische weerstand.

Ohm is de weerstand van een kolom kwik van 106,3 cm hoog met een doorsnede van 1 mm2 bij een temperatuur van 0°C.

Als de elektrische weerstand van de draad bijvoorbeeld 4 ohm is, wordt deze als volgt geschreven: R = 4 ohm of r = 4 th.

Voor het meten van weerstanden van grote waarde wordt een eenheid genaamd megohm gebruikt.

Eén megaohm is gelijk aan één miljoen ohm.

Hoe groter de weerstand van de draad, hoe slechter het elektrische stroom geleidt, en omgekeerd, hoe lager de weerstand van de draad, hoe gemakkelijker het is voor elektrische stroom om door deze draad te gaan.

Daarom kan voor de kenmerken van een geleider (vanuit het oogpunt van de doorgang van een elektrische stroom erdoor) niet alleen rekening worden gehouden met de weerstand ervan, maar ook met de omgekeerde waarde van de weerstand en geleidbaarheid genoemd.

Elektrische geleidbaarheid wordt het vermogen van een materiaal genoemd om een ​​elektrische stroom door zichzelf te laten gaan.

Aangezien geleiding het omgekeerde is van weerstand, wordt het uitgedrukt als 1 /R, geleiding wordt aangeduid met de Latijnse letter g.

Invloed van het materiaal van de geleider, de afmetingen en de omgevingstemperatuur op de waarde van elektrische weerstand

De weerstand van verschillende draden hangt af van het materiaal waarvan ze zijn gemaakt. Om de elektrische weerstand van verschillende materialen te karakteriseren, wordt het concept van de zogenaamde Weerstand.

Weerstand heet de weerstand van een draad met een lengte van 1 m en een dwarsdoorsnede van 1 mm2. Weerstand wordt aangeduid met de Griekse letter r. Elk materiaal waaruit een geleider is gemaakt heeft zijn eigen specifieke weerstand.

De weerstand van koper is bijvoorbeeld 0,017, dat wil zeggen dat een koperdraad met een lengte van 1 m en een doorsnede van 1 mm2 een weerstand heeft van 0,017 ohm. De weerstand van aluminium is 0,03, de weerstand van ijzer is 0,12, de weerstand van constantaan is 0,48 en de weerstand van nichroom is 1-1,1.

Lees er hier meer over: Wat is elektrische weerstand?

De weerstand van een draad is recht evenredig met zijn lengte, dat wil zeggen, hoe langer de draad, hoe groter de elektrische weerstand.

De weerstand van een draad is omgekeerd evenredig met zijn dwarsdoorsnede, dat wil zeggen hoe dikker de draad, hoe lager de weerstand, en omgekeerd, hoe dunner de draad, hoe hoger de weerstand.

Om deze relatie beter te begrijpen, stel je je twee paar communicerende vaten voor, het ene paar vaten heeft een dunne verbindingsbuis en het andere een dikke. Het is duidelijk dat wanneer een van de vaten (elk paar) met water is gevuld, de overdracht naar een ander vat door een dikke pijp veel sneller zal plaatsvinden dan door een dunne, d.w.z. een dikke buis heeft minder weerstand tegen de waterstroom. Evenzo is het gemakkelijker voor een elektrische stroom om door een dikke draad te gaan dan door een dunne draad, dat wil zeggen dat de eerste minder weerstand heeft dan de laatste.

De elektrische weerstand van een geleider is gelijk aan de specifieke weerstand van het materiaal waaruit deze geleider is gemaakt, vermenigvuldigd met de lengte van de geleider en gedeeld door de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de geleider:

R = p l / S,

waar — R — weerstand van de draad, ohm, l — lengte in de draad in m, C — dwarsdoorsnede van de draad, mm2.

Dwarsdoorsnede van een ronde draad berekend met de formule:

S = Pixd2 / 4

waarbij Pi een constante waarde is gelijk aan 3,14; d — diameter van de draad.

En zo wordt de lengte van de draad bepaald:

l = SR / p,

Deze formule maakt het mogelijk om de lengte van de draad, de doorsnede en de weerstand te bepalen, als de andere grootheden in de formule bekend zijn.

Als het nodig is om de dwarsdoorsnede van de draad te bepalen, leidt de formule tot de volgende vorm:

S = p l / R

Door dezelfde formule te transformeren en de gelijkheid op te lossen in termen van p, vinden we de weerstand van de draad:

R = R S / l

De laatste formule moet worden gebruikt in gevallen waarin de weerstand en afmetingen van de geleider bekend zijn, maar het materiaal onbekend is en bovendien moeilijk te bepalen is aan de hand van het uiterlijk. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de weerstand van de draad te bepalen en met behulp van de tabel een materiaal met een dergelijke weerstand te vinden.

Een andere factor die de weerstand van draden beïnvloedt, is temperatuur.

Het is vastgesteld dat bij een temperatuurstijging de weerstand van metaaldraden toeneemt en bij een afname afneemt. Deze toename of afname van de weerstand voor geleiders van puur metaal is bijna hetzelfde en bedraagt ​​gemiddeld 0,4% per 1 °C... De weerstand van vloeibare geleiders en steenkool neemt af met toenemende temperatuur.

De elektronentheorie van de structuur van materie geeft de volgende verklaring voor de toename in weerstand van metalen geleiders bij toenemende temperatuur.Bij verhitting ontvangt de geleider thermische energie, die onvermijdelijk wordt overgedragen op alle atomen van de stof, waardoor de intensiteit van hun beweging toeneemt. De toegenomen beweging van atomen zorgt voor een grotere weerstand tegen de gerichte beweging van vrije elektronen, waardoor de weerstand van de geleider toeneemt. Naarmate de temperatuur daalt, worden er betere omstandigheden gecreëerd voor de gerichte beweging van elektronen en neemt de weerstand van de geleider af. Dit verklaart een interessant fenomeen: supergeleiding van metalen.

SupergeleidingVermindering van de weerstand van metalen tot nul vindt plaats bij een enorme negatieve temperatuur -273° ° Zogenaamd absoluut nulpunt. Bij een temperatuur van het absolute nulpunt lijken metaalatomen op hun plaats te bevriezen, volledig onaangetast door de beweging van elektronen.