OHM: MJERENJA OTPORA, PRIMJERI I RIJEŠENA VJEŽBA - FIZIČKA - 2024

Ohma ili oma je mjerna jedinica električnog otpora koja pripada Međunarodnog sustava jedinica (SI), naširoko koristi u znanosti i inženjerstvu. Ime je dobio po njemačkom fizičaru Georgu Simonu Ohmu (1789-1854).

Ohm je bio profesor i istraživač na sveučilištu u Münchenu, a među njegovim mnogobrojnim doprinosima električnoj energiji i magnetizmu je i definicija otpora kroz odnos napona i struje kroz vodič.

Slika 1. Različiti otpornici koji čine dio sklopa. Izvor: Wikimedia Commons.

Ta je veza poznata kao Ohmov zakon i obično se izražava kao:

R = ΔV / I

Gdje R predstavlja električni otpor, ΔV je napon u voltima (V), a I struja u amperima (A), sve u SI jedinicama.

Stoga je 1 ohm, koji je također grčki označen grčkim slovom Ω, jednako 1 V / A. To znači da ako podešavanje napona od 1 V preko određenog vodiča uzrokuje struju od 1 A, otpor tog vodiča je 1 Ω.

Električni otpor vrlo je čest element kruga koji se koristi na više načina za pravilno upravljanje strujom, bilo da je dio integriranog kruga ili pojedinačno.

Mjerenje električnog otpora

Slika 5. Georg Simon Ohm, nazvan po jedinici za otpor, rođen je u Bavarskoj 1789. godine i dao je glavni doprinos električnoj energiji, akustici i smetnjama svjetlosnih valova. Izvor: Wikimedia Commons.

Otpori se mjere pomoću multimetra, metra koji dolazi u analognoj i digitalnoj verziji. Najosnovnije mjere izmjene napona i struje, ali postoje i sofisticiraniji uređaji s dodatnim funkcijama. Kada se koriste za mjerenje otpora, nazivaju se ohmmetri ili ohmmetri. Ovaj je uređaj vrlo jednostavan za korištenje:

- Središnji selektor se postavlja u položaj za mjerenje otpora, odabirom jedne vage identificirane sa Ω simbolom, u slučaju da instrument ima više od jedne.

- Otpor koji se mjeri treba izvući iz kruga. Ako to nije moguće, napajanje mora biti isključeno.

- Otpor se postavlja između vrhova ili sondi instrumenta. Polarnost nije bitna.

- Vrijednost se očitava izravno na digitalnom zaslonu. Ako je instrument analogan, on ima ljestvicu označenu simbolom Ω koji se čita s desna na lijevo.

Na sljedećoj slici (broj 2) prikazan je digitalni multimetar i njegove sonde ili savjeti. Model ima jednu ljestvicu za mjerenje otpora, naznačenu strelicom.

Slika 2. Digitalni multimetar. Izvor: Pixabay.

Vrijednost komercijalnog električnog otpora često je izražena šifrom u boji koja se nalazi na vanjskoj strani. Na primjer, otpornici na slici 1 imaju crvene, ljubičaste, zlatne, žute i sive trake. Svaka boja ima numeričko značenje koje pokazuje nominalnu vrijednost, kao što će biti prikazano u nastavku.

Šifra boja za otpornike

Sljedeća tablica pokazuje kodove boja za otpornike:

Stol 1.

Uzimajući u obzir da je metalna traka desno, kôd se koristi na sljedeći način:

- Prve dvije boje s lijeva na desno daju vrijednost otpora.

- Treća boja označava snagu 10 s kojom se mora pomnožiti.

- I četvrta označava toleranciju koju je utvrdio proizvođač.

Primjeri vrijednosti otpornika

Kao primjer, pogledajmo najprije otpornik u prvom planu, slijeva od slike 1. Slijed prikazanih boja je: siva, crvena, crvena, zlatna. Zapamtite da zlatni ili srebrni pojas moraju biti s desne strane.

Siva predstavlja 8, crvena 2, množitelj je crvena i jednaka je 10 ² = 100 i na kraju, tolerancija je zlato što simbolizira 5%. Stoga je otpor 82 x 100 Ω = 8200 Ω.

Budući da je tolerancija od 5%, u ohmima je ekvivalentna: 8200 x (5/100) Ω = 410 Ω. Stoga je vrijednost otpora između: 8200 - 410 Ω = 7790 Ω i 8200 + 410 Ω = 8610 Ω.

Koristeći kod boje, imate nominalnu ili tvorničku vrijednost otpora, ali da bi mjerenje bilo preciznije, trebate izmjeriti otpor multimetrom, kao što je ranije objašnjeno.

Još jedan primjer za otpor sljedeće slike:

Slika 3. Upotreba koda boja u otporniku R. Izvor: Wikimedia Commons.

Za otpornik R imamo sljedeće: crveno (= 2), ljubičasto (= 7), zeleno (pomnoženo sa 10 ⁵), tako da je otpornik R na slici 27 x 10 ⁵ Ω. Traka tolerancije je srebrna: 27 x 10 ⁵ x (10/100) Ω = 27 x 10 ⁴ Ω. Jedan od načina za izražavanje gornjeg rezultata, zaokruživanje 27 x 10 ⁴ na 30 x 10 ⁴, je:

Najčešće korišteni prefiksi

Vrijednosti koje može imati električni otpor, koji je uvijek pozitivan, nalaze se u vrlo širokom rasponu. Iz tog razloga, ovlasti 10 široko se koriste za izražavanje vrijednosti, kao i prefiksa. Evo najčešćih:

Tablica 2.

Prema ovoj notaciji, otpor u prethodnom primjeru je: (2,7 ± 0,3) MΩ.

Otpor vodiča

Otpornici su izrađeni od različitih materijala i mjera je suprotnosti koju vodič mora prolaziti strujom, kao što je poznato, da se svi materijali ne vode na isti način. Čak i između materijala koji se smatraju vodičima postoje razlike.

Otpor ovisi o nekoliko karakteristika, a najvažnije su:

- Geometrija vodiča: duljina i površina presjeka.

- Otpornost materijala: ukazuje na protivljenje koje materijal predstavlja prolazu struje.

- Temperatura: otpori i otpor se povećavaju s temperaturom, jer se unutarnji poredak materijala smanjuje, a time i trenutni nosači.

Za provodnik s konstantnim presjekom, na određenoj temperaturi otpor daje:

R = ρ (ℓ / A)

Ako je ρ otpornost materijala na dotičnoj temperaturi, koja je eksperimentalno određena, ℓ je duljina vodiča, a A površina poprečnog presjeka.

Slika 4. Otpor vodiča. Izvor: Wikimedia Commons.

Vježba riješena

Pronađite otpor bakrene žice radijusa 0,32 mm i 15 cm, znajući da je otpornost bakra 1,7 × 10 ^-8 Ω.m.

Riješenje

S obzirom da se otpornost nalazi u jedinicama Međunarodnog sustava, najprikladnije je u tim jedinicama izraziti površinu poprečnog presjeka i duljinu, a zatim zamijeniti u formuli prethodnog odjeljka:

Polumjer = 0,32 mm = 0,32 × 10 ^-3 m

A = π (radijus ²) = π (0,32 × 10 ^-3 m) ² = 3,22 x 10 ^-7 m ²

ℓ = 15 cm = 15 x 10 ^-2 m

R = ρ (ℓ / A) = 1,7 × 10 ^-8 Ω.mx (15 x 10 ^-2 m / 3,22 x 10 ^-7 m ²) = 7,9 × 10 ^-3 Ω = 7,9 m-ohm.

Reference

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 5. Elektrostatika. Uredio Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela s primjenama. 6. ^st. Ed Prentice Hall.
3. Resnick, R. (1999). Fizička. Svezak 2. 3. ^treće na španjolskom. Compañía Uredništvo Continental SA de CV
4. Sears, Zemanski. 2016. Sveučilišna fizika s modernom fizikom. 14. ^st. Ed. Svezak 2.
5. Serway, R., Jewett, J. (2018). Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 1. 10 ^ma. Ed. Cengage Learning.