Resistanssi

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Resistanssi eli sähköinen vastus, (tunnus R) on fysiikan suure, joka kuvaa johtimen tai muun sähköisen piiriosan kykyä vastustaa sähkövirtaa.[1] Resistanssin mittayksikkö SI-järjestelmässä on ohmi (Ω = V/A).[1][2][3] Resistanssin yksikkö ohmi on nimetty resistanssia ensimmäisenä tutkineen Georg Simon Ohmin mukaan.[4]

Jokaisella aineella on omanlaisensa ominaisvastus, eli resistiivisyys.[1] Aineen ominaisvastus on aineen sähköinen ominaisuus, joka kuvaa sitä miten hyvin aine johtaa sähköä.[1] Jotakin tiettyä ainetta olevan kappaleen resistanssi riippuu johdin- tai eristeaineen ominaisuuksista ja kappaleen mitoista.[1] Hyvin sähköä johtavia aineita kutsutaan johteiksi ja huonosti johtavia eristeiksi.[1][5][6][2]

Jokainen sähköjohde vastustaa sähköä jossain määrin. Jotta sähkövirta voisi kulkea johtimessa, pitää johtimen päiden välillä olla potentiaaliero, eli jännite.[6] Sähkövirran kulkiessa johtimessa elektronit liikkuvat atomien lomitse. Johde-elektroneihin kohdistuva kitkan tapainen voima, jota kutsutaan resistanssiksi. Resistanssi on siis johtimen ominaisuus, joka vastustaa sähkövirran kulkua.[5][6]

Jokaiselle johdinaineelle on määritetty oma ominaisvastuksensa. Hyviä johteita ovat esimerkiksi kupari, alumiini ja hopea, joiden resistiivisyys on pieni. Johtimen resistanssi on suoraan verrannollinen johtimen pituuteen nähden ja käänteisesti verrannollinen sen poikkipinta-alaan. Mitä pidempi johdin on, sitä enemmän se vastustaa sähkövirran kulkua. Vastaavasti mitä paksumpi johdin on, sitä vähemmän se vastustaa sähkövirtaa. Resistanssi on näin ollen sitä suurempi, mitä pitempi lanka on.[7][2]


Johteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Johteiksi kutsutaan aineita, joiden ominaisvastus, ominaisresistanssi, on vähäinen. Sähkövirtapiireissä voidaan suurempaa sähkön jännitettä käyttämällä pienentää sähkövirtaa ja samoin resistanssin aiheuttamaa sähköhäviötä lämpenemisen muodossa. Euroopassa verkkosähkön jännite on kaksinkertainen verrattuna Pohjois-Amerikkaan, ja kuorma-autojen tasasähköjärjestelmien jännite on kaksinkertainen verrattuna henkilöautoihin. Tämä mahdollistaa puolet pienemmät sähkövirrat ja puolet vähäisemmän resistanssin.

Koska kupari on edullisen hintaisista johtimista paras, niin muita, vähemmän johtavia johtimia verrataan usein siihen. Hopea on kuparia parempi johdin, mutta monta kertaa kalliimpi, minkä vuoksi sitä ei käytetä kaapeleissa. Romukuparin metalliarvo saattaa olla vähittäiskaupassa noin 11 €/kg. Kuparijohtimia on monenlaisia. Pienimmät yleiset kuparijohdot ovat poikkipinta-alansa halkaisijaltaan 0,75 mm², 1,5 mm² ja 2,5 mm². Kuparijohtimissa on usein eristeenä muovikuori. Muuntajissa kuparilangan eristeenä ensiö- ja toisiopiireissä on lakka.

Johdin
resistanssi kupariin nähden
alumiini; puhdas alumiini 1,6
hopea 0,94
rauta 5,68
teräs 7,6 - 12,7

Lähde: ARRL Radio Handbok, 2017, Electrical Fundamentals, Table 2.1 Relative Resisticity of Metals

Puolijohteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puolijohteet ovat aineita, joiden johtavuus on vähäisempi kuin johteiden, mutta suurempi kuin eristeiden.


Eristeet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eristeet ovat aineita, jotka johtavat kaikkein heikoiten sähköä. Kumeja ja muoveja käytetään johtimien ympärillä eristämään johteen sähkövirran siirtymisen muualle kuin tarkoitettuun paikkaansa.



Resistanssin ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Resistanssi riippuu myös lämpötilasta. Metalleilla resistanssi kasvaa lämpötilan kasvaessa. Termistorit taas ovat puolijohdevastuksia, joilla resistanssi pienenee lämpötilan kasvaessa.[7][2]

Laite tai elektroninen komponentti, jonka tarkoituksena on synnyttää halutunsuuruinen resistanssi, on vastus tai resistori.[2]

Resistanssin käänteisluku on konduktanssi (tunnus G) eli sähkönjohtavuus.[1] Sähköistä vaihtovirtavastusta nimitetään impedanssiksi (tunnus Z).[2][3]

Suprajohtavuus tai supraresistiivisyys tarkoittaa resistanssin pienenemistä ja putoamista lähelle nollaa aineelle ominaisessa kriittisessä lämpötilassa, kun lämpötila laskee lähelle absoluuttista nollapistettä. Tällä alueella metallin resistiivisyyttä kutsutaan supraresistiivisyydeksi ja sen käänteisarvoa suprajohtavuudeksi.[5][2]

Yhtälöitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Resistanssi voidaan ilmaista yhtälöllä:

[1]

missä on johteen yli vaikuttava jännite ja on siinä kulkeva sähkövirta.

Johtimen resistanssi on johdinmateriaalin resistiivisyyden ja pituuden suhde poikkipinta-alaan. Se voidaan laskea lausekkeesta

[1]

missä on resistiivisyys, johtimen pituus ja poikkipinta-ala.[8][2][3]

Mittaaminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Resistanssia voi mitata tavanomaisella yleismittarilla (virtapiirin oltava jännitteetön vastusta mitattaessa). Resistanssin voi myös määrittää vastuksen yli vaikuttavan jännitteen ja vastuksen läpi kulkevan virran avulla, koska resistanssi on jännitteen suhde virtaan.[9][6]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähköiset vastussuureet: Tasavirta
resistanssi, vastus (Ω) konduktanssi, johtavuus (S)
Sähköiset vastussuureet: Vaihtovirta
Kompleksiluku (vaihekulma) Impedanssi (Ω) Admittanssi (S)
Reaaliosa (0°) resistanssi konduktanssi
Imaginaariosa (90°) reaktanssi suskeptanssi


Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i Voipio, Erkki: Sähkö- ja magneettikentät, s. 11–17. Moniste 381. Espoo: Otakustantamo, 1987. ISBN 951-672-038-2.
  2. a b c d e f g h Inkinen, Pentti & Manninen, Reijo & Tuohi, Jukka: Momentti 2 – Insinöörifysiikka. Keuruu: Otavan Kirjapaino Oy, 2003. ISBN 951-1-18457-1.
  3. a b c Mäkelä, Mikko & Soininen, Lauri & Tuomola, Seppo & Öistämö, Juhani: Tekniikan kaavasto. Jyväskylä: Tammertekniikka, 2002. ISBN 951-9004-74-2.
  4. Lindell, Ismo: Sähkön pitkä historia, s. 28–39. Helsinki: Otatieto, 2009. ISBN 978-951-672-358-0.
  5. a b c Aura, Lauri & Tonteri, Antti J.: Teoreettinen sähkötekniikka ja sähkökoneiden perusteet. porvoo: WSOY, 1994. ISBN 951-0-21385-3.
  6. a b c d Ruppa, Erkki & Lilja, Tuomi: Sähkötekniikkaa sivuaineopiskelijoille. Helsinki: Opetushallitus, 1994. ISBN 951-719-777-2.
  7. a b Tasavirtapiirit edu.helsinki.fi. Viitattu 9.12.2014.
  8. Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 951. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  9. Yleismittarit ja niiden käyttö edu.fi. Viitattu 10.12.2014.