OHM: POMIARY OPORU, PRZYKŁADY I ROZWIĄZANE ĆWICZENIA - FIZYCZNY - 2026

Om lub ohm to jednostka pomiaru oporu elektrycznego należących do Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI), powszechnie stosowane w nauce i technice. Został nazwany na cześć niemieckiego fizyka Georga Simona Ohma (1789-1854).

Ohm był profesorem i badaczem na Uniwersytecie w Monachium, a jednym z jego wielu wkładów w elektryczność i magnetyzm jest definicja oporu poprzez związek między napięciem a prądem płynącym przez przewodnik.

Rysunek 1. Zróżnicowane rezystory tworzące część obwodu. Źródło: Wikimedia Commons.

Ten związek jest znany jako prawo Ohma i jest zwykle wyrażany jako:

R = ΔV / I

Gdzie R oznacza opór elektryczny, ΔV to napięcie w woltach (V), a I to prąd w amperach (A), wszystkie w jednostkach SI.

Dlatego 1 om, który jest również oznaczany zamiennie grecką literą Ω, wynosi 1 V / A. Oznacza to, że jeśli ustawienie napięcia 1 V na pewnym przewodniku powoduje prąd o wartości 1 A, rezystancja tego przewodu wynosi 1 Ω.

Opór elektryczny jest bardzo powszechnym elementem obwodu, który jest używany na wiele sposobów do prawidłowego sterowania prądem, niezależnie od tego, czy jest on częścią układu scalonego, czy pojedynczo.

Pomiar oporu elektrycznego

Rysunek 5. Georg Simon Ohm, nazwany na cześć jednostki oporu, urodził się w Bawarii w 1789 roku i wniósł duży wkład w elektryczność, akustykę i interferencję fal świetlnych. Źródło: Wikimedia Commons.

Rezystancje są mierzone za pomocą multimetru, miernika, który jest dostępny zarówno w wersji analogowej, jak i cyfrowej. Najbardziej podstawowe mierzą bezpośrednie napięcia i prądy, ale są bardziej wyrafinowane urządzenia z dodatkowymi funkcjami. Używane do pomiaru rezystancji nazywane są omomierzami lub omomierzami. To urządzenie jest bardzo proste w obsłudze:

- Selektor środkowy znajduje się w pozycji pomiaru rezystancji, wybierając jedną ze skal oznaczonych symbolem Ω, jeśli przyrząd ma więcej niż jedną.

- Mierzona rezystancja jest pobierana z obwodu. Jeśli nie jest to możliwe, należy wyłączyć zasilanie.

- Opór jest umieszczony między końcówkami lub sondami instrumentu. Polaryzacja nie ma znaczenia.

- Wartość jest odczytywana bezpośrednio na wyświetlaczu cyfrowym. Jeśli przyrząd jest analogowy, posiada skalę oznaczoną symbolem Ω, odczytywaną od prawej do lewej.

Na poniższym rysunku (numer 2) pokazano multimetr cyfrowy i jego sondy lub końcówki. Model posiada pojedynczą skalę do pomiaru rezystancji, oznaczoną strzałką.

Rysunek 2. Multimetr cyfrowy. Źródło: Pixabay.

Wartość komercyjnego oporu elektrycznego jest często wyrażana za pomocą kodu kolorowego paska na jego zewnętrznej stronie. Na przykład rezystory na rysunku 1 mają czerwone, fioletowe, złote, żółte i szare paski. Każdy kolor ma znaczenie numeryczne wskazujące wartość nominalną, co zostanie pokazane poniżej.

Kod koloru dla rezystorów

Poniższa tabela przedstawia kody kolorów rezystorów:

Tabela 1.

Biorąc pod uwagę, że metalowy pasek znajduje się po prawej stronie, kod jest używany w następujący sposób:

- Pierwsze dwa kolory od lewej do prawej podają wartość oporu.

- Trzeci kolor wskazuje na potęgę 10, przez którą należy ją pomnożyć.

- A czwarty wskazuje na tolerancję ustaloną przez producenta.

Przykłady wartości rezystorów

Jako przykład spójrzmy najpierw na rezystor na pierwszym planie, po lewej stronie rysunku 1. Sekwencja pokazanych kolorów to: szary, czerwony, czerwony, złoty. Pamiętaj, że złoty lub srebrny pasek musi znajdować się po prawej stronie.

Szary reprezentuje 8, czerwony to 2, mnożnik jest czerwony i wynosi 10 ² = 100 i wreszcie tolerancja to złoto, które symbolizuje 5%. Dlatego rezystancja wynosi 82 ​​x 100 Ω = 8200 Ω.

Przy tolerancji 5% jest to równoważne w omach: 8200 x (5/100) Ω = 410 Ω. Dlatego wartość rezystancji zawiera się między: 8200 - 410 Ω = 7790 Ω i 8200 + 410 Ω = 8610 Ω.

Używając kodu koloru, masz nominalną lub fabryczną wartość rezystancji, ale aby pomiar był dokładniejszy, musisz zmierzyć rezystancję za pomocą multimetru, jak wyjaśniono wcześniej.

Inny przykład oporu z poniższej figury:

Rysunek 3. Zastosowanie kodu koloru w rezystorze R. Źródło: Wikimedia Commons.

Dla rezystora R mamy następujące wartości: czerwony (= 2), fioletowy (= 7), zielony (pomnóż przez 10 ⁵ ), więc rezystor R na rysunku wynosi 27 x 10 ⁵ Ω. Pasmo tolerancji jest srebrne: 27 x 10 ⁵ x (10/100) Ω = 27 x 10 ⁴ Ω. Jednym ze sposobów wyrażenia powyższego wyniku, zaokrąglając 27 x 10 ⁴ do 30 x 10 ⁴ , jest:

Najczęściej używane przedrostki

Wartości, jakie może mieć opór elektryczny, które zawsze są dodatnie, mieszczą się w bardzo szerokim zakresie. Z tego powodu potęgi 10 są szeroko stosowane do wyrażania ich wartości, a także przedrostków. Oto najczęściej:

Tabela 2.

Zgodnie z tym zapisem rezystancja w poprzednim przykładzie wynosi: (2,7 ± 0,3) MΩ.

Opór przewodnika

Rezystory są wykonane z różnych materiałów i jest to miara oporu, jaki przewodnik ma do przepływu prądu, jak wiadomo, nie wszystkie materiały przewodzą w ten sam sposób. Nawet między materiałami uważanymi za przewodniki istnieją różnice.

Opór zależy od kilku cech, z których najważniejsza to:

- Geometria przewodnika: długość i pole przekroju.

- Oporność materiału: wskazuje na opór, jaki materiał stawia przed przepływem prądu.

- Temperatura: rezystywność i rezystancja rosną wraz z temperaturą, ponieważ wewnętrzne uporządkowanie materiału maleje, a tym samym przepływ prądu przez nośniki jest utrudniony.

Dla przewodu o stałym przekroju w danej temperaturze rezystancja jest wyrażona wzorem:

R = ρ (ℓ / A)

Gdzie ρ jest rezystywnością materiału w danej temperaturze, która jest określana eksperymentalnie, ℓ jest długością przewodnika, a A jest polem przekroju.

Rysunek 4. Rezystancja przewodnika. Źródło: Wikimedia Commons.

Ćwiczenie rozwiązane

Znajdź rezystancję drutu miedzianego o promieniu 0,32 mm i długości 15 cm, wiedząc, że rezystywność miedzi wynosi 1,7 × ^10-8 Ω.m.

Rozwiązanie

Biorąc pod uwagę, że rezystywność jest wyrażona w jednostkach Układu Międzynarodowego, najwłaściwszą rzeczą jest wyrażenie pola przekroju poprzecznego i długości w tych jednostkach, a następnie podstawienie we wzorze z poprzedniej sekcji:

Promień = 0,32 mm = 0,32 × ^10-3 m

A = π (promień 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 x 10 ^-8 Ω.mx (15 x 10 ^-2 m / s, 3,22 x 10 ^-7 m ² ) = 7,9 x 10 ^-3 Ω = 7,9 m-om.

Bibliografia

1. Figueroa, D. (2005). Seria: Fizyka dla nauki i inżynierii. Tom 5. Elektrostatyka. Pod redakcją Douglasa Figueroa (USB).
2. Giancoli, D. 2006. Fizyka: Zasady z zastosowaniami. 6 ^th . Ed Prentice Hall.
3. Resnick, R. (1999). Fizyczny. Vol. 2. 3 ^rd w języku hiszpańskim. Compañía Editorial Continental SA de CV
4. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z fizyką współczesną. 14 ^tys . Ed. Tom 2.
5. Serway, R., Jewett, J. (2018). Fizyka dla nauki i inżynierii. Objętość 1. 10 ^mA . Ed. Cengage Learning.