Suprasti atsparumo vaidmenį elektros grandinėje yra pirmas žingsnis siekiant suprasti, kaip grandinės gali maitinti įvairius įrenginius. Atsparūs elementai trukdo elektronų srautui ir tai darydami leidžia elektros energiją paversti kitomis formomis.
Atsparumo apibrėžimas
Elektrospasipriešinimasyra priešpriešos elektros srovės srautui matas. Jei manote, kad elektronai, tekantys per laidą, yra analogiški rampai riedantiems rutuliams, pasipriešinimas įvyktų, jei ant rampos buvo pastatytos kliūtys, dėl kurių marmuro srautas sulėtėjo, kai jie dalį savo energijos pernešė kliūčių.
Kita analogija būtų apsvarstyti tekančio vandens sulėtėjimą, kai jis eina per turbiną hidroelektriniame generatoriuje, dėl ko jis sukrinta, kai energija iš vandens perduodama turbinai.
SI pasipriešinimo vienetas yra omas (Ω), kur 1 Ω = kg⋅m2.S−3⋅A−2.
Pasipriešinimo formulė
Laidininko varža gali būti apskaičiuojama taip:
R = \ frac {ρ L} {A}
kurρyra medžiagos atsparumas (savybė, priklausanti nuo jos sudėties),Lyra medžiagos ilgis irAyra skerspjūvio plotas.
Atsparumą įvairioms medžiagoms galite rasti šioje lentelėje: https://www.physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-3/Resistance
Papildomų varžos verčių galima ieškoti kituose šaltiniuose.
Atkreipkite dėmesį, kad varža sumažėja, kai laido skerspjūvio plotas A yra didesnis. Taip yra todėl, kad platesnė viela gali praleisti daugiau elektronų. Varža didėja, kai laido ilgis didėja, nes didesnis ilgis sukuria ilgesnį kelią, pilną varžos, kuris nori priešintis įkrovos srautui.
Rezistoriai elektros grandinėje
Visi grandinės komponentai turi tam tikrą atsparumą; tačiau yra elementų, specialiai vadinamųrezistoriaikurie dažnai dedami į grandinę srovės srautui sureguliuoti.
Šie rezistoriai dažnai turi spalvotas juostas, rodančias jų atsparumą. Pavyzdžiui, rezistoriaus su geltonomis, violetinėmis, rudomis ir sidabrinėmis juostomis vertė būtų 47 × 101 = 470 Ω su 10 procentų tolerancija.
Pasipriešinimas ir Ohmo dėsnis
Ohmo įstatymas nurodo tą įtampąVyra tiesiogiai proporcingas sroveiAškur pasipriešinimasRyra proporcingumo konstanta. Kaip lygtis, tai išreiškiama taip:
V = IR
Kadangi potencialus tam tikros grandinės skirtumas atsiranda dėl maitinimo šaltinio, ši lygtis leidžia suprasti, kad naudojant skirtingus rezistorius galima tiesiogiai reguliuoti srovę grandinėje. Fiksuotai įtampai didelis atsparumas sukuria mažesnę srovę, o mažas atsparumas sukelia didesnę srovę.
Ne ominiai rezistoriai
Ane ominisrezistorius yra rezistorius, kurio varžos vertė nelieka pastovi, o keičiasi priklausomai nuo srovės ir įtampos.
Omos rezistorius, priešingai, turi pastovią varžos vertę. Kitaip tariant, jei jūs turėtumėte grafikąVpriešAšominiam rezistoriui gautumėte tiesinį grafiką, kurio nuolydis būtų lygus varžaiR.
Jei sukurtumėte panašų ne ominio rezistoriaus grafiką, jis nebūtų tiesinis. Tačiau tai nereiškia, kad santykis V = IR nebetaikomas; tai tebeveikia. Tai tiesiog reiškia taiRnebėra fiksuotas.
Rezistorių daro ne omišką, jei padidinus srovę per jį jis žymiai įkaista arba išskiria energiją kitu būdu. Lemputės yra puikūs ne ominių rezistorių pavyzdžiai. Didėjant įtampai lemputėje, didėja ir lemputės varža (nes ji lėtina srovę, paversdama elektros energiją šviesa ir šiluma). Įtampa vs. dabartinis elektros lemputės grafikas dėl to paprastai didėja.
Efektyvus serijinių rezistorių atsparumas
Mes galime naudoti Ohmo dėsnį, kad nustatytume efektyvų rezistorių, sujungtų nuosekliai, varžą. Tai yra, rezistoriai, sujungti vienas nuo kito iki galo.
Tarkime, kad turitenrezistoriai,R1, R2,... Rnnuosekliai prijungtas prie įtampos maitinimo šaltinioV. Kadangi šie rezistoriai yra sujungti vienas nuo kito, sukuriant vieną kilpą, mes žinome, kad srovė, einanti per kiekvieną iš jų, turi būti vienoda. Tada galime parašyti įtampos kritimo išraiškąViskersai itūkst rezistoriusRiir srovėAš:
V_1 = IR_1 \\ V_2 = IR_2 \\... \\ V_n = IR_n
Dabar bendras įtampos kritimas visuose grandinės rezistoriuose turi būti bendras į grandinę tiekiamos įtampos:
V = V_1 + V_2 +... + V_n
Efektyvi grandinės varža turėtų atitikti V = IR lygtįef kurVyra maitinimo šaltinio įtampa irAšyra srovė, tekanti iš maitinimo šaltinio. Jei pakeisime kiekvienąVisu išraiškaAširRiir tada supaprastinsime, gausime:
V = V_1 + V_2 +... + V_n = I (R_1 + R_2 +... + R_n) = IR_ {efekt.}
Taigi:
R_ {eff} = R_1 + R_2 +... + R_n
Tai malonu ir paprasta. Efektyvus rezistorių atsparumas nuosekliai yra tik atskirų varžų suma! Tačiau tas pats pasakytina ir apie rezistorius lygiagrečiai.
Efektyvus rezistorių atsparumas lygiagrečiai
Lygiagrečiai sujungti rezistoriai yra rezistoriai, kurių visos dešinės pusės jungiasi viename grandinės taške, o kairiosios pusės - antrame grandinės taške.
Tarkime, kad turimenrezistoriai, lygiagrečiai sujungti su įtampos šaltiniuV. Kadangi visi rezistoriai yra prijungti prie tų pačių taškų, kurie yra tiesiogiai prijungti prie įtampos gnybtų, tada kiekvieno rezistoriaus įtampa taip pat yraV.
Kiekvieno rezistoriaus srovę galima rasti pagal Ohmo įstatymą:
V = IR \ reiškia I = V / R \\ \ pradžia {lygiuota} tekstas {Taigi} & I_1 = V / R_1 \\ & I_2 = V / R_2 \\ &... \\ & I_n = V / R_n \ pabaiga { sulygiuota}
Kad ir koks būtų efektyvus atsparumas, jis turėtų atitikti V = IR lygtįefarba lygiaverčiai I = V / Ref, kurAšyra srovė, tekanti iš maitinimo šaltinio.
Kadangi srovė, gaunama iš energijos šaltinio, išsišakoja, kai patenka į rezistorius, ir vėl grįžta kartu, mes žinome, kad:
Aš = I_1 + I_2 +... + I_n
Pakeičiant mūsų išraiškas įAšimes gauname:
I = V / R_1 + V / R_2 +... + V / R_n = V (1 / R_1 + 1 / R_2 +... + 1 / R_n) = V / R_ {eff}
Taigi mes gauname santykius:
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}
Vienas dalykas, kurį reikia pastebėti apie šį ryšį, yra tai, kad pradėjus nuosekliai pridėti rezistorius, efektyvusis atsparumas tampa mažesnis nei bet kurio vieno rezistoriaus. Taip yra todėl, kad pridedant juos lygiagrečiai, jūs suteikiate dabartiniams daugiau kelių, kuriais tekėkite. Tai yra panašu į tai, kas atsitinka, kai pasipriešinimo formulėje padidiname skerspjūvio plotą pagal varžą.
Galia ir pasipriešinimas
Elektros grandinės elemente išsklaidytą galią pateikia P = IV kurAšyra srovė per elementą irVyra galimas kritimas.
Naudodamiesi Ohmo dėsniu, galime išvesti du papildomus santykius. Pirma, pakeisdamasVsuIR, mes gauname:
P = I (IR) = I ^ 2R
Ir antra, pakeisdamasAšsuV / Rmes gauname:
P = V / R (V) = V ^ 2 / R
Pavyzdžiai
1 pavyzdys:Jei nuosekliai dėtumėte 220 Ω, 100 Ω ir 470 Ω rezistorius, koks turėtų būti efektyvus varža?
Nuosekliai varžos tiesiog padidėja, todėl efektyvus atsparumas būtų:
R_ {eff} = 220 + 100 + 470 = 790 \ text {} \ Omega
2 pavyzdys:Koks būtų to paties rezistorių rinkinio efektyvus atsparumas lygiagrečiai?
Čia mes naudojame lygiagretaus pasipriešinimo formulę:
R_ {eff} = (1/220 + 1/100 + 1/470) ^ {- 1} = 60 \ tekstas {} \ Omega
3 pavyzdys:Koks būtų veiksmingas pasipriešinimas iš šios tvarkos:
Pirmiausia turime sutvarkyti ryšius. Mes turime 100 Ω rezistorių, nuosekliai sujungtą su 47 Ω rezistoriumi, taigi bendras šių dviejų varža tampa 147 Ω.
Bet tas 147 Ω yra lygiagretus 220 Ω, sukuriant bendrą atsparumą (1/147 + 1/220)-1 = 88 Ω.
Galiausiai 88 Ω yra nuosekliai su 100 Ω rezistoriumi, todėl rezultatas yra 100 + 88 = 188 Ω.
4 pavyzdys:Kiek galios yra išsklaidyta per ankstesnio pavyzdžio rezistorių rinkinį, prijungus prie 2 V šaltinio?
Galime naudoti santykį P = V2/ R gauti P = 4/188 = 0,0213 vatai.
