Elektromos ellenállás

Előzőekben megismertük az áramerősség és a feszültség fogalmát. Az anyagok elektromos árammal szembeni ellenállását elektromos (villamos) ellenállásnak nevezzük és R (rezisztancia) betűvel jelöljük. A töltések a feszültség hatására kezdenek el áramlani. Minél nagyobb a feszültség, annál több töltés kezd el áramlani, amit a vezető anyaga, illetve az ellenállás nevű alkatrész gátol. A három jellemző (U feszültség , I áramerősség, R ellenállás) közötti kapcsolatot az alábbi egyenlet jellemzi.

R= \frac{U}{I} \text{ , mértékegysége: } \Omega, ohm, \frac{V}{A}

Bármely anyag ellenállása 1 Ω, ha 1 V feszültség hatására 1 A áram folyik rajta keresztül.

Az R ellenállás reciproka a G vezetés, melynek mértékegysége siemens, S.

Lineáris és nemlineáris ellenállások

Azokat az ellenállásokat, melyekre igaz az

R=\frac{U}{I}=\text{egy állandó érték}

azokat lineáris ellenállásoknak nevezzük. Azaz az R ellenállás nagysága nem változik sem a U feszültség, nem az I áramerősség változása esetén, állandó érték marad. Amelyekre ez az összefüggés nem teljesül, tehát változik az ellenállás a feszültség, vagy áram, esetleg hőmérséklet hatására, nemlineáris ellenállásoknak nevezzük.

Fajlagos ellenállás

Egy vezető, kábel ellenállását befolyásolja annak hossza, a vastagsága (keresztmetszet) és az, milyen anyagból készült. A fajlagos ellenállás egy anyagi jellemző, ami minden egyes anyag esetén más és más.

\rho\text{: fajlagos ellenállás, mértékegysége: } \Omega*m \\
\rho=\frac{R*A}{l}\text{, ahol R az ellenállás, A keresztmetszet és l a hosszt jelöli}

Minden anyagnak őrá jellemző fajlagos ellenállása van, melyet egy táblázatban foglaltak össze. Ezek 20 ^oC-os hőmérsékleten mért értékek és számításainkhoz használhatjuk. Ennek ismeretében egy l hosszúságú, A keresztmetszetű vezető ellenállását ki tudjuk számolni:

R=\rho*\frac{l}{A}

Néhány példa gyakran használt anyagok fajlagos ellenállásaira. A fajlagos ellenállást itt (Ω*mm²)/m-ben tesszük közzé!

Hőmérsékleti tényező, változó ellenállás

Könnyen belátható, hogy a hőmérséklet változásával a vezető anyagok fajlagos ellenállása változik. Miért? A változó hőmérséklet hatására az anyagok atomjainak, molekuláinak mozgási energiája változik. Ezek a mozgások akadályozzák a töltéshordozók áramlását, amit ellenállásnak nevezünk. Ha ez változik, akkor az ellenállás is változik. Az esetek többségében a hőmérséklet emelkedésével az anyag ellenállás is nő. Az ellenállás változása arányos a hőmérséklet változásával. Ezt az arányossági tényezőt (szorzószámot) hőmérsékleti tényezőnek nevezzük és ∝-val jelöljük. Ez megmutatja, hogy mekkora 1 Ω ellenállású vezető ellenállás-változása 1 K hőmérséklet-változás esetén,

Legyen R₀ a 20^oC-on mért ellenállása egy anyagnak, ∆R az ellenállás változása és ∆T a hőmérséklet változása! Ekkor felírható:

\Delta R=R_0*\alpha*\Delta T, ahol \Delta T=T_1-T_0

A T₀ a kezdeti, a T₁ a megváltozott hőmérséklet.

NTK-, PTK-ellenállások

NTK, mint negatív termikus koefficiens, azaz negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkező nemlineáris ellenállások. Ezeknek az anyagoknak az ellenállása a hőmérséklet növekedésével csökken. Ilyen pl. a termisztor.

PTK, mint pozitív termikus koefficiens, pozitív hőmérsékleti együtthatójú nemlineáris ellenállás. A hőmérséklet növekedésével az anyag ellenállása nő.

A piros az NTK ellenállás, a kék a PTK ellenállás hőmérsékletfüggését ábrázolja.