Rezystancja

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy pojęcia w fizyce. Zobacz też: inne znaczenie tego słowa.

Rezystancja (opór elektryczny, opór czynny, oporność[1], oporność czynna) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą zespolonej impedancji.

Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem R. Jednostką rezystancji w układzie SI jest om, którego symbolem jest Ω.

Rezystancja zdefiniowana jest wzorem:

R = U / I

gdzie:

R – opór przewodnika elektrycznego,
U – napięcie między końcami przewodnika,
I – natężenie prądu elektrycznego[2].

Historia i znaczenie[edytuj | edytuj kod]

W latach 1825 – 1827 Georg Simon Ohm badał zależność prądu płynącego przez przewodniki od ich wymiarów oraz przyłożonego napięcia[3]. Odkrył przy tym, że prąd płynący przez przewodnik (I) i przyłożone napięcie (U) są do siebie wprost proporcjonalne. Proporcjonalność ta zwana jest prawem Ohma. Współczynnik proporcjonalności R nazwano rezystancją (oporem elektrycznym). Współcześnie wiadomo, że wiele materiałów zachowuje się inaczej i proporcjonalność nie jest zachowana (prawo Ohma nie jest spełnione, a opór, czyli współczynnik R, nie jest stały). Materiały i elementy elektroniczne, dla których spełnione jest prawo Ohma nazywa się liniowymi (lub omowymi), a dla których nie – nieliniowymi (lub nieomowymi).

Mimo że prawo Ohma nie jest uniwersalnym prawem przyrody, ale jedynie właściwością pewnej klasy materiałów w ograniczonym zakresie gęstości prądów, ma duże znaczenie historyczne, a także praktyczne. Było pierwszym ilościowym matematycznym opisem przepływu prądu elektrycznego[3], a opór elektryczny R i jego uogólnienia są szeroko stosowane w praktycznej analizie obwodów elektrycznych.

W obwodach prądu stałego[edytuj | edytuj kod]

Dla materiałów spełniających prawo Ohma rezystancja nie zależy od natężenia prądu, wówczas natężenie prądu jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia.

 I =\frac U R

Rezystancja przewodnika o jednakowym przekroju poprzecznym do kierunku przepływu prądu jest proporcjonalna do długości przewodnika, odwrotnie proporcjonalna do przekroju i zależy od materiału, co wyraża zależność (niekiedy nazywana drugim prawem Ohma[4]):

R=\rho\frac l S

gdzie

l – długość przewodnika,
S – pole przekroju poprzecznego przewodnika,
ρrezystywność (opór właściwy) przewodnika, parametr charakteryzujący materiał.

Uogólnienia[edytuj | edytuj kod]

Impedancja[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Impedancja.

W obwodach prądu przemiennego natężenie prądu może być przesunięte w fazie względem napięcia. Zależność między prądem a napięciem opisuje się wtedy za pomocą zespolonej impedancji, składającej się z części rzeczywistej, rezystancji, (opisującej składową prądu zgodną w fazie) i części urojonej, reaktancji, opisującej składową przesuniętą o kąt π/2.

Z(\omega) = R(\omega) + j X(\omega)

gdzie

Z(ω) – impedancja,
X(ω) – reaktancja.

Reaktancję w obwodzie wprowadzają elementy pojemnościowe (kondensatory) i indukcyjne. Rezystancja R(ω) jest funkcją częstości, w granicy małych częstości (ω→0) przechodzi w rezystancję stałoprądową.

Opór dynamiczny[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Rezystancja dynamiczna.
Charakterystyka prądowo-napięciowa diody tunelowej z zaznaczonym obszarem ujemnej rezystancji dynamicznej.

Do opisu materiałów i elementów nie spełniających prawa Ohma często stosuje się rezystancję dynamiczną (nazywaną również rezystancją różniczkową, oporem różniczkowym) zdefiniowaną przez pochodną:

r=\frac {dU} {dI}

będącą nachyleniem stycznej do wykresu U = f(I).

Wielkość zdefiniowaną przez:

R=\frac U I

nazywa się wtedy rezystancją statyczną lub całkową. Rezystancje statyczna i dynamiczna elementów liniowych są stałe i sobie równe.

Charakterystyki niektórych elementów nieliniowych, na przykład diody tunelowej, mogą posiadać obszary o ujemnej rezystancji dynamicznej, w którym przy wzroście napięcia maleje płynący prąd. Rezystancja statyczna jest jednak dodatnia.

Związek z innymi wielkościami[edytuj | edytuj kod]

 Osobne artykuły: admitancjakonduktancja.

Odwrotnością impedancji jest admitancja określona przez

Y(\omega) = Z(\omega)^{-1} = G(\omega) + jB(\omega)

gdzie

G(ω) – nosi nazwę konduktancji,
B(ω) – susceptancji.

Wynika stąd zależność między rezystancją a konduktancją i susceptancją:

R(\omega) = \frac{G(\omega)}{G(\omega)^2 + B(\omega)^2}

W szczególnym przypadku, gdy część urojona admitancji i impedancji jest równa zeru (na przykład dla prądu stałego), rezystancja jest równa odwrotności konduktancji. Jednostką konduktancji jest simens.

Oporniki[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: opornik.

Opornik, czyli rezystor, to liniowy element elektroniczny, w którym prąd jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia, jest charakteryzowany przez jego opór R.

Istnieją też rezystory nieliniowe, których opór zależy od przyłożonego napięcia, na przykład warystor. Opór fotorezystora zależy od natężenia padającego światła, a termistor to rezystor o oporze zależnym od temperatury.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Józef Kotecki, Rezystory, WKiŁ, str. 15
  2. David Halliday, Robert Resnick: Fizyka. Wyd. X. T. 2. Warszawa: PWN, 1998, s. 136. ISBN 83-01-09324-2.
  3. 3,0 3,1 Andrzej Kajetan Wróblewski: Historia fizyki : od czasów najdawniejszych do współczesności. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, s. 297-300. ISBN 83-01-14635-4.
  4. Andrzej Januszajtis: Fizyka dla politechnik. Pola. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1982, s. 226. ISBN 83-01-01665-5.