電気回路における抵抗の役割を理解することは、回路がさまざまなデバイスに電力を供給する方法を理解するための最初のステップです。 抵抗要素は電子の流れを妨げ、そうすることで、電気エネルギーを他の形に変換することができます。
抵抗の定義
電気抵抗電流の流れに対する反対の尺度です。 ワイヤーを流れる電子を、ランプを転がる大理石に似ていると考えると、抵抗は次の場合に起こります。 傾斜路に障害物が置かれ、ビー玉がエネルギーの一部を 障害物。
別の例えは、水力発電機のタービンを通過するときに流れる水が遅くなり、エネルギーが水からタービンに伝達されるときに水がチャーンすることを考慮することです。
抵抗のSI単位はオーム（Ω）です。ここで、1Ω= kg・mです。2⋅s−3⋅A−2.
抵抗の公式
導体の抵抗は次のように計算できます。
R = \ frac {ρL} {A}
どこρは材料の抵抗率（その組成に依存する特性）であり、Lは材料の長さであり、Aは断面積です。
さまざまな材料の抵抗率は、次の表に記載されています。 https://www.physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-3/Resistance
追加の抵抗値は、他のソースで調べることができます。
ワイヤの断面積Aが大きくなると、抵抗が減少することに注意してください。 これは、幅の広いワイヤがより多くの電子を通過させることができるためです。 ワイヤの長さが長くなると、電荷の流れに対抗したい抵抗率でいっぱいの長いパスが作成されるため、抵抗はワイヤの長さが長くなるにつれて増加します。
電気回路の抵抗器
すべての回路コンポーネントには、ある程度の抵抗があります。 ただし、具体的に呼ばれる要素があります抵抗器多くの場合、電流を調整するために回路に配置されます。
これらの抵抗器には、抵抗を示す色付きの帯が付いていることがよくあります。 たとえば、黄色、紫、茶色、銀のバンドを持つ抵抗器の値は47×10になります。1 =470Ω、許容誤差10％。
抵抗とオームの法則
オームの法則は、その電圧を述べていますV電流に正比例します私ここで抵抗Rは比例定数です。 方程式として、これは次のように表されます。
V = IR
特定の回路の電位差は電源に由来するため、この式は、異なる抵抗を使用すると回路の電流を直接調整できることを明確にしています。 固定電圧の場合、抵抗が高いと電流が少なくなり、抵抗が低いと電流が大きくなります。
非オーミック抵抗器
A非オーミック抵抗器は、抵抗値が一定ではなく、電流と電圧に応じて変化する抵抗器です。
対照的に、オーム抵抗は一定の抵抗値を持っています。 言い換えれば、グラフ化する場合V対。私オーミック抵抗の場合、抵抗に等しい傾きを持つ線形グラフが得られますR.
非オーミック抵抗器について同様のグラフを作成した場合、それは線形ではありません。 ただし、これは、V = IRの関係が適用されなくなったことを意味するものではありません。 それはまだします。 それはただそれを意味しますR修正されなくなりました。
抵抗器を非オーミックにするのは、抵抗器を流れる電流を増やすと、抵抗器が大幅に加熱されたり、他の方法でエネルギーが放出されたりする場合です。 電球は非オーミック抵抗器の優れた例です。 電球の両端の電圧が上がると、電球の抵抗も上がります（電気エネルギーを光と熱に変換して電流を遅くするため）。 電圧対。 電球の現在のグラフは、通常、結果として傾きが大きくなります。
直列の抵抗器の実効抵抗
オームの法則を使用して、直列に接続された抵抗の実効抵抗を決定できます。 つまり、抵抗は端から端まで一列に接続されています。
あなたが持っているとしましょうn抵抗器、R1、R2、... Rn電圧源に直列に接続V. これらの抵抗器は端から端まで接続され、単一のループを作成するため、各抵抗器を流れる電流は同じでなければならないことがわかります。 次に、電圧降下の式を書くことができますV私私を横切ってth の観点からの抵抗器R私そして現在私:
V_1 = IR_1 \\ V_2 = IR_2 \\... \\ V_n = IR_n
ここで、回路内のすべての抵抗器での合計電圧降下は、回路に供給される合計電圧と合計する必要があります。
V = V_1 + V_2 +... + V_n
回路の実効抵抗は、式V = IRを満たす必要があります。eff どこVは電源電圧であり、私は電源から流れる電流です。 それぞれを交換すればV私の表現で私そしてR私、そして単純化すると、次のようになります。
V = V_1 + V_2 +... + V_n = I（R_1 + R_2 +... + R_n）= IR_ {eff}
したがって：
R_ {eff} = R_1 + R_2 +... + R_n
これは素晴らしくてシンプルです。 直列の抵抗器の実効抵抗は、個々の抵抗の合計にすぎません。 ただし、並列の抵抗については同じではありません。
並列の抵抗器の実効抵抗
並列に接続された抵抗器は、右側がすべて回路の1点で結合し、左側がすべて回路の2番目の点で結合する抵抗器です。
私たちが持っているとしましょうn電圧源に並列に接続された抵抗V. すべての抵抗器は、電圧端子に直接接続されているポイントに同じように接続されているため、各抵抗器の両端の電圧も同じになります。V.
各抵抗器を流れる電流は、オームの法則から求めることができます。
V = IR \ implies I = V / R \\ \ begin {aligned} \ text {So}＆I_1 = V / R_1 \\＆I_2 = V / R_2 \\＆... \\＆I_n = V / R_n \ end { 整列}
実効抵抗が何であれ、式V = IRを満たす必要があります。eff、または同等にI = V / Reff、 どこ私は電源から流れる電流です。
電源からの電流は、抵抗に入るときに分岐し、再び一緒に戻るので、次のことがわかります。
I = I_1 + I_2 +... + I_n
私たちの表現を私私我々が得る：
I = V / R_1 + V / R_2 +... + V / R_n = V（1 / R_1 + 1 / R_2 +... + 1 / R_n）= V / R_ {eff}
したがって、次の関係が得られます。
1 / R_ {eff} = 1 / R_1 + 1 / R_2 +... + 1 / R_n \\ \ text {or} \\ R_ {eff} =（1 / R_1 + 1 / R_2 +... + 1 / R_n ）^ {-1}
この関係について注意すべきことの1つは、抵抗を直列に追加し始めると、実効抵抗がどの単一の抵抗よりも小さくなることです。 これは、それらを並列に追加することにより、現在のより多くのパスが流れるようにするためです。 これは、抵抗率の観点から抵抗の式で断面積を広げたときに起こることと似ています。
パワーとレジスタンス
回路要素で消費される電力は、P = IVで与えられます。私要素を流れる電流であり、Vそれを横切る潜在的な低下です。
オームの法則を使用して、2つの追加の関係を導き出すことができます。 まず、交換することによってVとIR、 我々が得る：
P = I（IR）= I ^ 2R
そして第二に、置き換えることによって私とV / R我々が得る：
P = V / R（V）= V ^ 2 / R
例
例1：220Ω、100Ω、470Ωの抵抗を直列に配置する場合、実効抵抗はどのくらいにする必要がありますか？
直列では、抵抗は単純に加算されるため、実効抵抗は次のようになります。
R_ {eff} = 220 + 100 + 470 = 790 \ text {} \ Omega
例2：同じ抵抗器のセットの実効抵抗は並列になりますか？
ここでは、並列抵抗の式を使用します。
R_ {eff} =（1/220 + 1/100 + 1/470）^ {-1} = 60 \ text {} \ Omega
例3：次の配置の実効抵抗はどのようになりますか。
まず、接続を整理する必要があります。 100Ωの抵抗が47Ωの抵抗に直列に接続されているため、これら2つの抵抗の合計は147Ωになります。
しかし、その147Ωは220Ωと並列であり、（1/147 + 1/220）の結合抵抗を作成します。-1 = 88 Ω.
最後に、その88Ωは100Ωの抵抗と直列になっており、結果は100 + 88 =188Ωになります。
例4：2 V電源に接続した場合、前の例の抵抗のセット全体でどのくらいの電力が消費されますか？
P = Vの関係を使用できます2/ Rで、P = 4/188 = 0.0213ワットを取得します。