Elektrische weerstand (natuurkunde)
Weerstand R en geleidbaarheid G
De weerstand R in Ohm (Ω) vertelt hoe moeilijk de elektronen door een apparaat of draad kunnen.
De geleidbaarheid G in Siemens (S) vertelt hoe makkelijk de elektronen door een apparaat of draad kunnen.
Deze twee grootheden zijn het omgekeerde van elkaar:
R = 1 / G
G = 1 / R
Geleiders bieden weinig weerstand aan elektrische stroom. Hierbij is de weerstand klein en de geleidbaarheid dus groot.
Isolatoren hebben geen vrije ladingsdragers. Hierbij is de geleidbaarheid laag tot nul en de weerstand dus groot.
Weerstand in een parallelschakeling
De weerstand in een parallelschakeling is te vergelijken met een groep mensen en twee deuren. Stel er is één deur geopend, kunnen deze mensen er moeilijker doorheen dan als er twee deuren geopend zijn. De weerstand is dus lager bij twee geopende deuren.
Serie- en parallelschakelingen
- Serieschakeling:
Voor een serieschakeling geldt:
Rtot = R1 + R2 + R3
- Parallelschakeling:
Voor een parallelschakeling geldt:
Gtot = G1 + G2 + G3
Wet van Ohm U = I * R of I = G * U
Een Ohmse weerstand komt voor bij een voorwerp waarbij de waarde van de weerstand vast is. Hierbij geldt dus R = U / I en G = I / U
Een niet-Ohmse weerstand komt voor bij een voorwerp waarbij de waarde van de weerstand variabel is.
In afbeelding 1 is te zien dat voor een Ohmse weerstand een recht-evenredig verband geldt. Bij een niet-Ohmse weerstand hoort een kromme grafieklijn.
(Afbeelding 1)
De wet van Ohm geldt zowel voor een gedeelte van een schakeling als voor een schakeling in zijn geheel.
Soortelijke weerstand ρ van een draad I
Om de weerstand te berekenen kan gebruik gemaakt worden van de formule:
R = (ρ * l) / A.
R is de weerstand in Ohm (Ω)
ρ is de soortelijke weerstand in Ohm maal meter (Ωm)
l is de lengte van de draad in meter (m)
A is de dwarsdoorsnede van het draad in vierkante meter (m2). Voor A geldt: A = πr2 = 0,25πd2
Stel de lengte l van het draad wordt langer dan wordt R ook groter.
Stel de dwarsdoorsnede A wordt groter dan wordt R kleiner.
Stel de soortelijke weerstand ρ wordt groter dan wordt R ook groter.
Weerstanden als elektronische componenten
Er zijn verschillende algemeen bekende Ohmse weerstanden:
- Metalendraadweerstand: de weerstand van een draad bij een constante temperatuur, bijvoorbeeld een constantaandraad.
- Koolweerstand: wordt gebruikt in elektronica.
- Regelbare weerstand of schuifweerstand met R variërend tussen 0 en max. Ω (ook wel een spanningsdeler).
Er zijn ook verschillende algemeen bekende niet-Ohmse weerstanden:
- PTC: de weerstand wordt groter naarmate de temperatuur stijgt.
- NTC: de weerstand wordt kleiner naarmate de temperatuur stijgt.
- LDR: bij licht daalt de waarde van de weerstand.
- Diode: de stroom gaat lopen vanaf een drempelspanning en kan maar in één richting.
- LED: Licht Emitting Diode.
U, I en R meten
De spanning U moet gemeten worden met een voltmeter. Deze moet parallel aangesloten worden in de stroomkring. De voltmeter heeft een zeer grote weerstand, dus de elektronen gaan niet door de voltmeter, maar alleen door het lampje.
De stroomsterkte I moet gemeten worden met een ampèremeter. Deze moet in serie aangesloten worden in de stroomkring. De ampèremeter heeft een zeer kleine weerstand, dus de elektronen merken er als het ware niks van als ze door de ampèremeter heen gaan.
De weerstand R kan gemeten worden met een multimeter of met een ampère- en voltmeter. Als er een ampère- en voltmeter gebruikt worden, kan de weerstand berekend worden met behulp van de formule R = U / I.
