Pretestība: definīcija, mērvienības, formula (ar piemēriem)

Izpratne par pretestības lomu elektriskajā ķēdē ir pirmais solis, lai saprastu, kā ķēdes var darbināt dažādas ierīces. Rezistīvie elementi kavē elektronu plūsmu, un, to darot, tie ļauj pārveidot elektrisko enerģiju citās formās.

Elektriskāpretestībair pretestības mērs elektriskās strāvas plūsmai. Ja uzskatāt, ka elektroni, kas plūst caur vadu, ir analogi marmoram, kas ripo pa rampu, pretestība būtu tā, kas notiktu, ja uz rampas tika uzlikti šķēršļi, kuru dēļ marmora plūsma palēninājās, pārnesot daļu enerģijas uz šķēršļi.

Vēl viena līdzība būtu uzskatīt, ka plūstošais ūdens palēninās, kad tas iet caur turbīnu hidroelektriskajā ģeneratorā, izraisot tā saraušanos, kad enerģija tiek pārnesta no ūdens uz turbīnu.

SI pretestības vienība ir oms (Ω), kur 1 Ω = kg⋅m².S⁻³⋅A⁻².

Vadītāja pretestību var aprēķināt šādi:

kurρir materiāla pretestība (īpašība, kas atkarīga no tā sastāva),Lir materiāla garums unAir šķērsgriezuma laukums.

Dažādu materiālu pretestību var atrast šajā tabulā:

Papildu pretestības vērtības var meklēt citos avotos.

Ņemiet vērā, ka pretestība samazinās, ja vadam ir lielāks šķērsgriezuma laukums A. Tas ir tāpēc, ka platāks vads var izlaist vairāk elektronu. Pretestība palielinās, palielinoties stieples garumam, jo ​​lielāks garums rada garāku pretestības pilnu ceļu, kas vēlas pretoties lādiņa plūsmai.

Visiem ķēdes komponentiem ir noteikta pretestība; tomēr ir elementi, kurus īpaši saucrezistorikas bieži tiek ievietoti ķēdē, lai pielāgotu strāvas plūsmu.

Šiem rezistoriem bieži ir krāsainas joslas, kas norāda uz viņu pretestību. Piemēram, rezistora ar dzeltenām, violetām, brūnām un sudraba joslām vērtība būtu 47 × 10¹ = 470 Ω ar 10 procentu pielaidi.

Ohma likums nosaka šo spriegumuVir tieši proporcionāls strāvaiEskur pretestībaRir proporcionalitātes konstante. Kā vienādojumu to izsaka šādi:

Tā kā potenciālā atšķirība noteiktā ķēdē rodas no barošanas avota, šis vienādojums liek saprast, ka dažādu rezistoru izmantošana var tieši pielāgot strāvu ķēdē. Fiksētam spriegumam augsta pretestība rada mazāku strāvu, un zema pretestība rada lielāku strāvu.

Anav omisksrezistors ir rezistors, kura pretestības vērtība nepaliek nemainīga, bet tā vietā mainās atkarībā no strāvas un sprieguma.

Savukārt omiskā rezistoram ir nemainīga pretestības vērtība. Citiem vārdiem sakot, ja jūs grafiksVvs.Espar omisko rezistoru jūs iegūtu lineāru grafiku ar slīpumu, kas vienāds ar pretestībuR​.

Ja jūs izveidotu līdzīgu diagrammu neomiskā rezistoram, tas nebūtu lineārs. Tas tomēr nenozīmē, ka attiecības V = IR vairs nepiemēro; tas joprojām notiek. Tas tikai nozīmēRvairs nav fiksēts.

Rezistoru padara bez ohmu, ja, palielinot strāvu caur to, tas ievērojami uzsilst vai izstaro enerģiju citā veidā. Spuldzes ir lieliski piemēri ne-omiskiem rezistoriem. Palielinoties spriegumam spuldzē, palielinās arī spuldzes pretestība (jo tā palēnina strāvu, pārveidojot elektrisko enerģiju gaismā un siltumā). Spriegums vs. spuldzes pašreizējam grafikam parasti ir lielāks slīpums.

Mēs varam izmantot Ohma likumu, lai noteiktu virknē savienoto rezistoru efektīvo pretestību. Tas ir, rezistori, kas savienoti no gala līdz beigām līnijā.

Pieņemsim, ka jums irnrezistori,R₁, R₂,... R_nsērijveidā savienots ar sprieguma strāvas avotuV. Tā kā šie rezistori ir savienoti no gala līdz galam, izveidojot vienu cilpu, mēs zinām, ka strāvai, kas iet caur katru no tām, jābūt vienādai. Pēc tam mēs varam uzrakstīt izteiksmes sprieguma kritumamV_ipāri i^th rezistors attiecībā uzR_iun pašreizējaisEs​:

Tagad kopējam sprieguma kritumam visiem ķēdes rezistoriem jāsasniedz kopējais ķēdei piegādātais spriegums:

Kontūras efektīvajai pretestībai jāatbilst vienādojumam V = IR_ef kurVir strāvas avota spriegums unEsir strāva, kas plūst no barošanas avota. Ja mēs aizstājam katruV_iar izteicienu izteiksmēEsunR_iun pēc tam vienkāršojiet, mēs iegūstam:

Tādējādi:

Tas ir jauki un vienkārši. Efektīva rezistoru pretestība virknē ir tikai atsevišķo pretestību summa! Tas pats neattiecas uz rezistoriem paralēli.

Paralēli savienoti rezistori ir rezistori, kuru labās puses visas savienojas vienā ķēdes punktā, un kuru kreisās puses savienojas otrajā ķēdes punktā.

Pieņemsim, ka mums irnrezistori, kas savienoti paralēli sprieguma avotamV. Tā kā visi rezistori ir vienādi savienoti ar punktiem, kas ir tieši savienoti ar sprieguma spailēm, tad spriegums pāri katram rezistoram ir arīV​.

Katra rezistora strāvu var atrast Ohma likumā:

Neatkarīgi no efektīvās pretestības, tam jāatbilst vienādojumam V = IR_efvai līdzvērtīgi I = V / R_ef, kurEsir strāva, kas plūst no barošanas avota.

Tā kā strāva, kas nāk no strāvas avota, sazarojas, kad tā nonāk rezistoros, un pēc tam atkal nāk kopā, mēs zinām, ka:

Aizstājot mūsu izteicienusEs_imēs iegūstam:

Tādējādi mēs iegūstam attiecības:

Viena lieta, kas jāievēro par šīm attiecībām, ir tāda, ka pēc tam, kad sākat pievienot rezistorus virknē, faktiskā pretestība kļūst mazāka nekā jebkuram atsevišķam rezistoram. Tas ir tāpēc, ka, pievienojot tos paralēli, jūs piešķirat pašreizējam vairāk ceļu, pa kuriem plūst. Tas ir līdzīgi tam, kas notiek, kad pretestības formātā mēs palielinām šķērsgriezuma laukumu pretestības izteiksmē.

Ķēdes elementā izkliedēto jaudu izsaka ar P = IV kurEsir strāva caur elementu unVir potenciālais kritums.

Izmantojot Ohma likumu, mēs varam iegūt divas papildu attiecības. Pirmkārt, aizstājotVarIR, mēs iegūstam:

Un, otrkārt, aizstājotEsarV / Rmēs iegūstam:

​1. piemērs:Ja jums būtu jāievieto 220 Ω, 100 Ω un 470 Ω rezistori virknē, kādai jābūt efektīvai pretestībai?

Sērijā pretestības vienkārši pievienojas, tāpēc efektīvā pretestība būtu:

​2. piemērs:Kāda būtu viena un tā paša rezistoru komplekta efektīvā pretestība paralēli?

Šeit mēs izmantojam paralēlās pretestības formulu:

​3. piemērs:Kāda būtu efektīvā pretestība, ja būtu šāda kārtība:

Vispirms mums ir jāsakārto savienojumi. Mums ir 100 Ω rezistors, kas sērijveidā savienots ar 47 Ω rezistoru, tāpēc šo divu kombinētā pretestība kļūst par 147 Ω.

Bet tas 147 Ω ir paralēli 220 Ω, radot kombinēto pretestību (1/147 + 1/220)^-1 = 88 Ω.

Visbeidzot, 88 Ω ir virknē ar 100 Ω rezistoru, padarot rezultātu 100 + 88 = 188 Ω.

​4. piemērs:Cik liela jauda tiek izkliedēta visā iepriekšējā piemērā esošo rezistoru komplektā, savienojot to ar 2 V avotu?

Mēs varam izmantot attiecības P = V²/ R, lai iegūtu P = 4/188 = 0,0213 vati.