OHM: WEERSTANDSMETINGEN, VOORBEELDEN EN OPGELOSTE OEFENINGEN - FYSIEK - 2026

De ohm of ohm is de meeteenheid van elektrische weerstand die behoort tot het International System of Units (SI), dat veel wordt gebruikt in wetenschap en techniek. Het is vernoemd naar de Duitse natuurkundige Georg Simon Ohm (1789-1854).

Ohm was professor en onderzoeker aan de Universiteit van München, en een van zijn vele bijdragen aan elektriciteit en magnetisme is de definitie van weerstand door de relatie tussen spanning en stroom door een geleider.

Figuur 1. Gevarieerde weerstanden die deel uitmaken van een circuit. Bron: Wikimedia Commons.

Deze relatie staat bekend als de wet van Ohm en wordt meestal uitgedrukt als:

R = AV / I

Waar R staat voor elektrische weerstand, AV is spanning in volt (V), en I is stroom in ampère (A), allemaal in SI-eenheden.

Daarom is 1 ohm, die ook door elkaar wordt aangeduid met de Griekse letter Ω, gelijk aan 1 V / A. Het betekent dat als het instellen van een spanning van 1 V over een bepaalde geleider een stroom van 1 A veroorzaakt, de weerstand van die geleider 1 Ω is.

Elektrische weerstand is een veel voorkomend circuitelement dat op veel manieren wordt gebruikt om de stroom correct te regelen, of deze nu deel uitmaakt van een geïntegreerd circuit of afzonderlijk.

Meting van elektrische weerstand

Figuur 5. Georg Simon Ohm, genoemd naar de eenheid voor verzet, werd in 1789 in Beieren geboren en leverde een grote bijdrage aan elektriciteit, akoestiek en lichtgolfinterferentie. Bron: Wikimedia Commons.

Weerstanden worden gemeten met behulp van een multimeter, een meter die zowel in analoge als digitale versies verkrijgbaar is. De meest basale meten gelijkspanningen en stromen, maar er zijn meer geavanceerde apparaten met extra functies. Wanneer ze worden gebruikt om weerstand te meten, worden ze ohmmeters of ohmmeters genoemd. Dit apparaat is heel eenvoudig te gebruiken:

- De centrale keuzeschakelaar wordt in de positie geplaatst om weerstand te meten, door een van de schalen te kiezen die zijn aangeduid met het Ω-symbool, voor het geval het instrument er meer dan één heeft.

- De te meten weerstand wordt uit het circuit gehaald. Als dit niet mogelijk is, moet de voedingsspanning worden uitgeschakeld.

- De weerstand wordt tussen de tips of sondes van het instrument geplaatst. Polariteit doet er niet toe.

- De waarde wordt direct op het digitale display afgelezen. Als het instrument analoog is, heeft het een schaal gemarkeerd met het Ω-symbool dat van rechts naar links wordt gelezen.

In de volgende afbeelding (nummer 2) worden een digitale multimeter en zijn sondes of tips getoond. Het model heeft een enkele schaal voor het meten van weerstand, aangegeven door een pijl.

Figuur 2. Digitale multimeter. Bron: Pixabay.

De waarde van een commerciële elektrische weerstand wordt vaak uitgedrukt door een kleurbandcode aan de buitenkant. De weerstanden in figuur 1 hebben bijvoorbeeld rode, paarse, gouden, gele en grijze banden. Elke kleur heeft een numerieke betekenis die de nominale waarde aangeeft, zoals hieronder zal worden weergegeven.

Kleurcode voor weerstanden

De volgende tabel toont de kleurcodes voor de weerstanden:

Tafel 1.

Rekening houdend met het feit dat de metalen band aan de rechterkant zit, wordt de code als volgt gebruikt:

- De eerste twee kleuren van links naar rechts geven de weerstandswaarde aan.

- De derde kleur geeft de macht van 10 aan waarmee deze moet worden vermenigvuldigd.

- En de vierde geeft de tolerantie aan die is vastgesteld door de fabrikant.

Voorbeelden van weerstandswaarden

Laten we als voorbeeld eerst kijken naar de weerstand op de voorgrond, links in figuur 1. De volgorde van de kleuren die wordt weergegeven is: grijs, rood, rood, goud. Onthoud dat de gouden of zilveren band aan de rechterkant moet zitten.

Het grijs staat voor 8, het rood is 2, de vermenigvuldiger is rood en gelijk aan 10 ² = 100 en tenslotte is de tolerantie goud wat 5% symboliseert. De weerstand is dus 82 x 100 Ω = 8200 Ω.

Met een tolerantie van 5% is dit equivalent in ohm met: 8200 x (5/100) Ω = 410 Ω. Daarom ligt de weerstandswaarde tussen: 8200-410 Ω = 7790 Ω en 8200 + 410 Ω = 8610 Ω.

Met behulp van de kleurcode heb je de nominale of fabriekswaarde van de weerstand, maar om de meting nauwkeuriger te maken, moet je de weerstand meten met de multimeter, zoals eerder uitgelegd.

Een ander voorbeeld voor de weerstand van de volgende figuur:

Figuur 3. Gebruik van de kleurcode in een weerstand R. Bron: Wikimedia Commons.

We hebben het volgende voor weerstand R: rood (= 2), paars (= 7), groen (vermenigvuldigen met 10 ⁵ ), dus de weerstand R in de figuur is 27 x 10 ⁵ Ω. De tolerantieband is zilver: 27 x 10 ⁵ x (10/100) Ω = 27 x 10 ⁴ Ω. Een manier om het bovenstaande resultaat uit te drukken, afronden van 27 x 10 ⁴ op 30 x 10 ⁴ , is:

De meest gebruikte voorvoegsels

De waarden die een elektrische weerstand kan hebben, die altijd positief is, liggen in een zeer breed bereik. Om deze reden worden machten van 10 veel gebruikt om hun waarden uit te drukken, evenals voorvoegsels. Dit zijn de meest voorkomende:

Tafel 2.

Volgens deze notatie is de weerstand in het vorige voorbeeld: (2,7 ± 0,3) MΩ.

Weerstand van een dirigent

De weerstanden zijn gemaakt van verschillende materialen en het is een maatstaf voor de weerstand die de geleider heeft tegen het doorlaten van stroom, zoals bekend geleiden niet alle materialen op dezelfde manier. Zelfs tussen materialen die als geleiders worden beschouwd, zijn er verschillen.

Weerstand is afhankelijk van verschillende kenmerken, waarvan de belangrijkste zijn:

- Geometrie van de geleider: lengte en oppervlakte van de doorsnede.

- Weerstandsvermogen van het materiaal: geeft de weerstand aan die het materiaal biedt tegen de doorgang van stroom.

- Temperatuur: soortelijke weerstand en weerstand nemen toe met de temperatuur, aangezien de interne ordening van het materiaal afneemt en dus de huidige dragers worden belemmerd in hun doorgang.

Voor een geleider met een constante doorsnede wordt bij een gegeven temperatuur de weerstand gegeven door:

R = ρ (ℓ / A)

Waar ρ de soortelijke weerstand is van het materiaal bij de temperatuur in kwestie, die experimenteel wordt bepaald, ℓ is de lengte van de geleider en A is het dwarsdoorsnedegebied.

Figuur 4. Weerstand van een geleider. Bron: Wikimedia Commons.

Oefening opgelost

Zoek de weerstand van een koperdraad met een straal van 0,32 mm en een lengte van 15 cm, wetende dat de soortelijke weerstand van koper 1,7 × ^10-8 Ω is.

Oplossing

Aangezien de soortelijke weerstand in eenheden van het internationale systeem is, is het het meest geschikt om het dwarsdoorsnedegebied en de lengte in deze eenheden uit te drukken en vervolgens de formule van de voorgaande sectie te vervangen door:

Straal = 0,32 mm = 0,32 × ^10-3 m

A = π (straal 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.

Referenties

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 5. Elektrostatica. Bewerkt door Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, D. 2006. Fysica: principes met toepassingen. 6 ^e . Ed Prentice Hall.
3. Resnick, R. (1999). Fysiek. Vol. 2 3 ^rd in het Spaans. Bedrijf Redactioneel Continental SA de CV
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14 ^e . Ed. Deel 2.
5. Serway, R., Jewett, J. (2018). Physics for Science and Engineering. Deel 1. 10 ^ma . Ed. Cengage Learning.