Het begrijpen van de rol van weerstand in een elektrisch circuit is de eerste stap om te begrijpen hoe circuits verschillende apparaten kunnen voeden. Weerstandselementen belemmeren de stroom van elektronen en laten daarmee toe dat elektrische energie wordt omgezet in andere vormen.
Definitie van weerstand

Elektrische weerstand
is een maat voor oppositie tegen de stroom van elektrische stroom. Als u elektronen beschouwt die door een draad stromen als analoog aan knikkers die langs een helling afrollen, is weerstand wat er zou gebeuren als obstructies op de helling werden geplaatst, waardoor de stroom van knikkers vertraagde terwijl ze een deel van hun energie overdragen aan de obstructies. >

Een andere analogie zou zijn om te overwegen dat stromend water vertraagt als het door een turbine in een hydro-elektrische generator gaat, waardoor het gaat karnen als energie wordt overgedragen van het water naar de turbine.

De SI weerstandseenheid is de ohm (Ω) waarbij 1 Ω \u003d kg⋅m ^{2⋅s −3⋅A −2.
Formule voor weerstand}

Weerstand van een geleider kan zijn berekend als:
R \u003d \\ frac {ρ L} {A}

waarbij ρ
de soortelijke weerstand van het materiaal is (een eigenschap die afhankelijk is van de samenstelling), L
is de lengte van het materiaal en A
is het dwarsdoorsnedegebied.

Weerstand voor verschillende materialen is te vinden in de volgende tabel: https://www.physicsclassroom.com/class /circuits /Lesso n-3 /Weerstand

Extra weerstandswaarden kunnen in andere bronnen worden opgezocht.

Merk op dat de weerstand afneemt wanneer een draad een groter dwarsdoorsnedegebied A heeft. Dit komt omdat de bredere draad kan meer elektronen doorlaten. Weerstand neemt toe naarmate de draadlengte toeneemt, omdat de grotere lengte een langer pad vol met weerstand creëert die zich tegen de stroom van lading wil verzetten.
Weerstanden in een elektrisch circuit

Alle circuitcomponenten hebben een bepaalde hoeveelheid weerstand; er zijn echter elementen die specifiek weerstanden
worden genoemd en die vaak in een circuit worden geplaatst om de stroom te regelen.

Deze weerstanden hebben vaak gekleurde banden die hun weerstand aangeven.

(voeg een grafiek in met de kleurcode en beschrijf hoe het werkt)

Een weerstand met gele, violette, bruine en zilveren banden zou bijvoorbeeld een waarde van 47 × 10 ^{1 \u003d 470 hebben Ω met 10 procent tolerantie.
Weerstand en wet van Ohm}

Wet van Ohm stelt dat spanning V
direct evenredig is met stroom I
waar de weerstand R
is de constante van evenredigheid. Als vergelijking wordt dit uitgedrukt als:
V \u003d IR

Aangezien het potentiaalverschil in een gegeven circuit afkomstig is van de voeding, maakt deze vergelijking duidelijk dat het gebruik van verschillende weerstanden de stroom in een circuit direct kan aanpassen. Voor een vaste spanning creëert een hoge weerstand een lagere stroom en veroorzaakt een lage weerstand een hogere stroom.
Niet-ohmse weerstanden

Een niet-ohmse weerstand is een weerstand waarvan de weerstandswaarde niet constant blijven, maar in plaats daarvan varieert afhankelijk van de stroom en de spanning.

Een ohmse weerstand heeft daarentegen een constante weerstandswaarde. Met andere woorden, als u V
versus I
voor een ohmse weerstand zou plotten, zou u een lineaire grafiek krijgen met een helling gelijk aan de weerstand R
.

Als u een vergelijkbare grafiek voor een niet-ohmse weerstand zou maken, zou deze niet lineair zijn. Dit betekent echter niet dat de relatie V \u003d IR niet langer van toepassing is; dat doet het nog steeds. Het betekent alleen dat R
niet meer vast is.

Wat een weerstand niet-ohmisch maakt, is als het verhogen van de stroom erdoor zorgt dat het aanzienlijk opwarmt of op een andere manier energie uitzendt. Gloeilampen zijn uitstekende voorbeelden van niet-ohmse weerstanden. Naarmate de spanning over een gloeilamp toeneemt, neemt ook de weerstand van de gloeilamp toe (omdat deze de stroom vertraagt door elektrische energie in licht en warmte om te zetten). De grafiek van de spanning versus stroom voor een gloeilamp heeft hierdoor meestal een stijgende helling.
Effectieve weerstand van weerstanden in serie

We kunnen de wet van Ohm gebruiken om de effectieve weerstand van weerstanden in serie te bepalen. Dat wil zeggen, weerstanden die met de uiteinden in een lijn zijn verbonden.

Stel dat u n
weerstanden hebt, R _{1, R 2, ... R < sub> n
in serie aangesloten op een spanningsbron V
. Omdat deze weerstanden met elkaar verbonden zijn, waardoor een enkele lus ontstaat, weten we dat de stroom die door elk van hen loopt dezelfde moet zijn. We kunnen dan een uitdrukking schrijven voor de spanningsval V i
over de i ^{de weerstand in termen van R i
en stroom I
:
V_1 \u003d IR_1 \\\\ V_2 \u003d IR_2 \\\\ ... \\\\ V_n \u003d IR_n}}

Nu moet de totale spanningsval over alle weerstanden in het circuit de som zijn van de totale spanning die aan het circuit wordt geleverd:
V \u003d V_1 + V_2 + ... + V_n

De effectieve weerstand van het circuit moet voldoen aan de vergelijking V \u003d IR _{eff waarbij V
de voedingsspanning is en I
is de stroom die uit de stroombron vloeit. Als we elke V i
vervangen door de uitdrukking in termen van I
en R i
, en vervolgens vereenvoudigen, krijgen we:
V \u003d V_1 + V_2 + ... + V_n \u003d I (R_1 + R_2 + ... + R_n) \u003d IR_ {eff}}

Vandaar:
R_ {eff} \u003d R_1 + R_2 + ... + R_n

Dit is leuk en eenvoudig. De effectieve weerstand van weerstanden in serie is gewoon de som van de individuele weerstanden! Hetzelfde is echter niet waar voor parallelle weerstanden.
Effectieve weerstand van weerstanden in parallel

Parallel verbonden weerstanden zijn weerstanden waarvan de rechterkant allemaal op één punt in het circuit samenkomen, en waarvan linkerkant komen allemaal samen op een tweede punt in het circuit.

Stel dat we n
weerstanden hebben die parallel zijn aangesloten op een spanningsbron V
. Omdat alle weerstanden op dezelfde punten zijn aangesloten, die direct op de spanningsklemmen zijn aangesloten, is de spanning over elke weerstand ook V
.

Vervolgens kan stroom door elke weerstand worden gevonden uit de wet van Ohm:
V \u003d IR \\ impliceert I \u003d V /R \\\\ \\ begin {uitgelijnd} \\ text {So} & I_1 \u003d V /R_1 \\\\ & I_2 \u003d V /R_2 \\\\ & ... \\\\ & I_n \u003d V /R_n \\ end {uitgelijnd}

Wat de effectieve weerstand ook is, deze moet voldoen aan de vergelijking V \u003d IR _{eff, of equivalent I \u003d V /R eff, waarbij I
is de stroom die door de stroombron vloeit.}

Aangezien de stroom die uit de stroombron komt vertakt als deze de weerstanden binnentreedt en vervolgens weer samenkomt, weten we dat:
I \u003d I_1 + I_2 + ... + I_n

Onze uitdrukkingen vervangen door I _{i
krijgen we:
I \u003d V /R_1 + V /R_2 + ... + V /R_n \u003d V (1 /R_1 + 1 /R_2 + ... + 1 /R_n) \u003d V /R_ {eff}}

Daarom krijgen we de relatie:
1 /R_ {eff} \u003d 1 /R_1 + 1 /R_2 + ... + 1 /R_n \\\\ \\ text {or} \\\\ R_ {eff} \u003d (1 /R_1 + 1 /R_2 + ... + 1 /R_n) ^ {- 1}

Eén ding om op te merken ab uit deze relatie is dat als je eenmaal weerstanden in serie begint toe te voegen, de effectieve weerstand minder wordt dan een enkele weerstand. Dit komt omdat door ze parallel toe te voegen, u de stroom meer paden geeft om doorheen te stromen. Dit is vergelijkbaar met wat er gebeurt als we het dwarsdoorsnedegebied in de weerstandsformule verbreden in termen van weerstand.
Vermogen en weerstand

Vermogen dat over een circuitelement wordt verspreid, wordt gegeven door P \u003d IV waarbij < em> I
is de stroom door het element en V
is de potentiële druppel erover.

Met de wet van Ohm kunnen we twee extra relaties afleiden. Als eerste, door V
te vervangen door IR
, krijgen we:
P \u003d I (IR) \u003d I ^ 2R

En ten tweede, door I
met V /R
krijgen we:
P \u003d V /R (V) \u003d V ^ 2 /R Voorbeelden

Voorbeeld 1: Als u een 220 Ω zou plaatsen, 100 Ω en 470 Ω weerstand in serie, wat moet de effectieve weerstand zijn?

In serie voegen de weerstanden gewoon toe, dus de effectieve weerstand zou zijn:
R_ {eff} \u003d 220 + 100 + 470 \u003d 790 \\ text {} \\ Omega

Voorbeeld 2: Wat zou de effectieve weerstand van dezelfde set weerstanden parallel zijn?

Hier gebruiken we de formule voor parallelle weerstand:
R_ {eff } \u003d (1/220 + 1/100 + 1/470) ^ {- 1} \u003d 60 \\ text {} \\ Omega

Voorbeeld 3: Wat zou de effectieve weerstand zijn van de volgende opstelling:

(afbeelding invoegen vergelijkbaar met die in de mediabibliotheek)

Eerst moeten we de verbindingen sorteren. We hebben een weerstand van 100 Ω in serie verbonden met een weerstand van 47 Ω, dus de gecombineerde weerstand van die twee wordt 147 Ω.

Maar die 147 Ω is parallel aan 220 Ω, waardoor een gecombineerde weerstand van (1 ontstaat) /147 + 1/220) ^{-1 \u003d 88 Ω.}

Eindelijk is 88 Ω in serie met de 100 Ω weerstand, waardoor het resultaat 100 + 88 \u003d 188 Ω.

Voorbeeld 4: Hoeveel vermogen wordt verspreid over de set weerstanden in het vorige voorbeeld bij aansluiting op een 2 V-bron?

We kunnen de relatie P \u003d V ^{2 /R gebruiken om P \u003d 4/188 \u003d 0,0213 watt.}