Elektrische weerstand (eigenschap)
Elektrische weerstand is de elektrische eigenschap van materialen om de doorgang van elektrische stroom te "bemoeilijken". Vloeit door een materiaal een elektrische stroom, dan gebeurt dit niet ongehinderd, er is energie voor nodig: de stroom ondervindt "weerstand".
Een elektronische component die wordt ingezet voor zijn elektrische weerstand heet een weerstand.
Inhoud |
[bewerk] Het begrip weerstand
Weerstand is het omgekeerde van geleidingsvermogen. Materialen waarin elektrische ladingen zich kunnen verplaatsen, hebben dus een zeker geleidingsvermogen en daarmee een zekere weerstand. Is het geleidingsvermogen groot en dus de weerstand klein, zoals bij de meeste metalen, dan spreken we van geleiders. Is geen geleiding mogelijk, dan noemen we het materiaal een isolator. Ook materialen met een zeer hoge weerstand worden als isolator aangeduid. Een bijzondere tussenpositie nemen de halfgeleiders in.
Ook het menselijk lichaam en lucht hebben een eindige weerstand.
Sommige materialen vertonen het verschijnsel van supergeleiding. Beneden een bepaalde, veelal extreem lage, temperatuur verdwijnt hun weerstand volledig.
[bewerk] Wet van Ohm
De relatie tussen de spanning over, de stroom door en de weerstand van een object wordt gegeven door de wet van Ohm:
waarin U de elektrische spanning is over het object uitgedrukt in V, I de elektrische stroom is door het object uitgedrukt in A en R de weerstand uitgedrukt in Ω.
[bewerk] Geleiding
Het omgekeerde van weerstand is de elektrische geleiding (G):
De eenheid voor de elektrische geleiding is de siemens (S).
[bewerk] Soortelijke weerstand (Wet van Pouillet)
De weerstand van een component kan berekend worden uit zijn fysische eigenschappen. De weerstandswaarde van een homogene staaf (of draad) is evenredig met zijn lengte l en de soortelijke weerstand (of weerstandscoëfficiënt) ρ van het materiaal en omgekeerd evenredig met de oppervlakte A van de dwarsdoorsnede van de staaf.
De soortelijke weerstand is een kenmerkende materiaaleigenschap die echter ook van bijvoorbeeld de temperatuur afhangt. Soortelijke weerstanden worden meestal - al dan niet afhankelijk van de temperatuur - gemeten met de van der Pauw methode
[bewerk] Ohms materiaal
Ohms materiaal is een materiaal waarvoor geldt dat U en I een lineaire relatie hebben, d.w.z. dat R constant is, over een groot bereik. Een ideale weerstand heeft een constante weerstand bij elke frequentie en is onafhankelijk van de aangelegde spanning of stroom door die weerstand.
Niet alle materialen gedragen zich als Ohms materiaal. Hiervan wordt gebruikgemaakt in bijvoorbeeld VDRs (weerstanden waarvan de waarde afhankelijk is van de elektrische spanning die er over staat).
[bewerk] Weerstandsvariaties
Onder invloed van een aantal omgevingsfactoren kan de weerstand van bepaalde materialen veranderen. Enkele voorbeelden:
- temperatuur
- druk of rek
- luchtvochtigheid
- licht
Voor alle bovengenoemde factoren bestaan speciale componenten die als sensor voor een meetinstrument kunnen worden gebruikt.
Een weerstand ontleent zijn eigenschap aan een weerstandsmateriaal, waarvoor koolstof en legeringen van metaal gebruikt worden. De meeste weerstanden zijn op koolstof gebaseerd. Een massaweerstand bestaat volledig uit koolstof. Andere typen zijn uitgevoerd met een koolstoflaagje, al dan niet gespiraliseerd. Weerstanden met weerstandsdraad van een geschikte metaallegering worden gewikkeld om een kern, ten einde voldoende lengte van de draad in een klein volume te kunnen verwerken. Gewikkelde weerstanden hebben het nadeel dat bij hogere frequenties de zelfinductie van de wikkeling niet te verwaarlozen is. Naast precisieweerstanden van weerstandsdraad zijn er ook weerstanden met een metaalfilm.
[bewerk] Weerstand en impedantie
Naast de weerstand als typische materiaaleigenschap wordt ook in zeker zin "weerstand" aan elektrische wisselstroom geboden door spoelen en condensatoren. We spreken dan van impedantie. De weerstand van een elektrische component, is in feite het reële deel van zijn impedantie:
- R = Re(Z)
[bewerk] Kleurcodering van weerstanden
Omdat het component weerstand in een elektronische schakeling te klein is om cijfers op te drukken, wordt voor het aangeven van de waarde veelal een kleurcode gebruikt.
