Inhoudsopgave Inhoudsopgave...2 Inleiding...3 Wet van Ohm...3 Geleidbaarheid (conductantie)...3 Weerstandsvariaties...3 Vervangingsweerstand of substitutieweerstand...4 Serieschakeling...4 Parallelschakeling...4 Soortelijke weerstand (Wet van Pouillet)...4 Codering van weerstanden...5 Dissipatie...6 Tolerantie...6 Maximale werkspanning en vermogen...6 www.diy-elektro.nl - 2 - De weerstand
Inleiding Een weerstand is een elektrische component die de eigenschap heeft de doorgang van elektrische stroom te bemoeilijken en te verstoren. Weerstanden worden gebruikt als onderdeel in elektrische netwerken. Voor zo'n component is er volgens de wet van Ohm een vaste verhouding tussen de aangelegde spanning en de stroom die vloeit. Deze verhouding is de weerstandswaarde, die uitdrukt wordt in de afgeleide SI-eenheid ohm (symbool: Ω). Wet van Ohm De stroomsterkte door een geleider is recht evenredig met het spanningsverschil tussen de uiteinden. Het quotiënt van spanning en stroomsterkte is dus een constante. Deze constante wordt de weerstand van de geleider genoemd. Waarin U wordt uitgedrukt in Volt, I in Ampére en R in Ohm Een weerstand heeft een waarde van 1 ohm als een spanning van 1 volt over de component leidt tot een stroom van 1 ampère. Geleidbaarheid (conductantie) De geleidbaarheid of conductantie van een materiaal is het omgekeerde van zijn weerstand: De geleidbaarheid (G) wordt uitgedrukt in Siemens (S). Voor de conductantie van een ideale spoel geldt: G = 0. (Een niet-ideale spoel heeft een weerstand in serie staan.) Voor de conductantie van een ideale condensator geldt: G = 0. (Een niet-ideale condensator heeft een weerstand parallel staan.) Weerstandsvariaties Onder invloed van een aantal omgevingsfactoren kan de weerstand van bepaalde materialen veranderen. temperatuur (NTC, PTC, ) druk of rek (rekstrookjes) luchtvochtigheid licht (LDR) spanning (VDR) Voor alle bovengenoemde factoren bestaan speciale componenten die als sensor voor een meetinstrument kunnen worden gebruikt. Een weerstand ontleent zijn eigenschap aan een weerstandsmateriaal, waarvoor koolstof en legeringen van metaal gebruikt worden. De meeste weerstanden zijn op koolstof gebaseerd. Een massaweerstand bestaat volledig uit koolstof. Andere typen zijn uitgevoerd met een koolstoflaagje, al dan niet gespiraliseerd. www.diy-elektro.nl - 3 - De weerstand
Vervangingsweerstand of substitutieweerstand Serieschakeling Omdat de spanningen over de losse weerstanden worden opgeteld bij een gelijkblijvende stroom, vindt men met de wet van Ohm volgende formule, Met Rv de vervangingsweerstand, R1 Weerstand 1, R2 Weerstand 2 In het algemeen geldt. Parallelschakeling Hier staan de weerstanden naast elkaar in de schakeling, zodat de spanning over alle weerstanden dezelfde is, terwijl de stroom zich verdeelt over de takken. Uit de wet van Ohm volgt Met Rv de vervangingsweerstand, R1 Weerstand 1, R2 Weerstand 2. In het algemeen geldt Voor twee weerstanden in parallel geeft dit:. De vervangingsweerstand in een parallelschakeling is kleiner dan elk van de samenstellende weerstanden omdat de doorgang voor de stroom makkelijker wordt door vertakkingen. Voorbeeld: 10 k // 20 k (10 kilo-ohm parallel aan 20 kilo-ohm) = 6,7 k(ω). Soortelijke weerstand (Wet van Pouillet) De weerstand van een component kan berekend worden uit zijn fysische eigenschappen. De weerstandswaarde van een homogene staaf (of draad) is evenredig met zijn lengte l en de soortelijke weerstand (of weerstandscoëfficiënt) ρ van het materiaal en omgekeerd evenredig met de oppervlakte A van de dwarsdoorsnede van de staaf. De R is hier de weerstand in Ohm. L is de lengte in meters. A is het oppervlak van de dwarsdoorsnede die voor een ronde draad berekend kan worden met A = ¼ π d² www.diy-elektro.nl - 4 - De weerstand
Codering van weerstanden Omdat een component in een elektronische schakeling vaak te klein is om cijfers op te drukken, wordt voor het aangeven van de waarde veelal een kleurcode gebruikt. Worden er toch letters en cijfers gebruikt, dan wordt gewoonlijk het teken Ω weggelaten en schrijft men het voorvoegsel (een hoofdletter E, K of M) in plaats van de komma. Bijvoorbeeld 4K7, waarmee 4,7 kω wordt bedoeld, of 47E, wat 47 Ω betekent, of 4M7 wat 4,7 MΩ betekent. Dezelfde codering wordt ook gebruikt bij de tekst in schakelschema's en dergelijke. De eerste ring kan zich dichter bij het uiteinde bevinden dan de laatste. De laatste ring kan zilver of goud zijn, de eerste ring niet. De laatste ring kan breder zijn dan de andere ringen of zich op wat grotere afstand bevinden van de naastgelegen ring. De voorlaatste ring (als er drie ringen zijn: de derde ring) is de vermenigvuldigingsfactor (exponent). Deze geeft aan hoeveel nullen er moeten worden toegevoegd aan het getal van de voorgaande ringen: De laatste ring (als er vier of meer ringen zijn) geeft de tolerantie van de weerstand aan. Zijn er slechts drie ringen, dan is de tolerantie 20%. Zulke weerstanden worden tegenwoordig niet meer gemaakt. Soms is er nog een zesde ring die aangeeft hoe de waarde van de weerstand beïnvloed wordt door de temperatuur. zilver goud zwart bruin rood oranje geel groen blauw violet grijs wit eerste 2 of 3 ringen 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Exponent, volgende ring -2-1 0 1 2 3 4 5 6 7 Tolerantie, meestal laatste ring 10% 5% 1% 2% 0,5% 0,25 % 0,1% 0,05 % Temperatuurafhan kelijkheid, meestal vijfde ring 1% 0,1% 0,01 % 0,00 1% Ezelsbruggetje Zij BRengt Rozen Op GErrits GRaf Bij Vies GRIJS Weer www.diy-elektro.nl - 5 - De weerstand
Dissipatie Het elektrische energieverlies in een weerstand wordt dissipatie genoemd. De gedissipeerde energie komt vrij als warmte. In een weerstand is het vermogen in watt van dit verlies af te leiden via: Tolerantie Weerstanden kunnen bij productie niet oneindig nauwkeurig op een waarde worden gemaakt, de uiteindelijke waarde wijkt een bepaald percentage af. Dit wordt de tolerantie van de weerstand genoemd. De maximale afwijking in procenten van de aangegeven weerstandswaarde wordt meestal op de weerstand aangegeven met een getal of door middel van een kleurenring. Op kleurgecodeerde weerstanden geeft de meest rechtse band aan welke tolerantie de weerstand heeft. Weerstanden met een zeer kleine tolerantie worden precisieweerstanden genoemd. Maximale werkspanning en vermogen Een weerstand heeft een maximale werkspanning en vermogen. Boven de maximale werkspanning kan doorslag optreden, wat het einde van de component betekent. Wordt het maximale vermogen overschreden gedurende een te lange tijd zal de weerstand veranderen, in sommige gevallen zelfs dramatisch, doordat de weerstand beschadigd raakt. Hoewel sommige weerstanden specifieke spanningsbeperkingen hebben, worden de meeste grenzen in de toepassing bepaald door het maximum vermogen. Dit hangt af van de bouw van de weerstand, zoals de afmetingen en het materiaal. Grotere weerstanden kunnen meer hitte dissiperen door hun grotere oppervlakte. De gebruikelijke vermogensbeperkingen voor weerstanden gebaseerd op koolstof zijn: 1/8 watt, 1/4 watt, 1/2 watt, 1 watt. Draadgewonden weerstanden en weerstanden gevuld met zand, hebben een veel hogere vermogensbeperking zoals 20 watt. www.diy-elektro.nl - 6 - De weerstand