Resistanssi

suure joka kuvaa johtimen kykyä vastustaa sähkövirtaa
Tämä artikkeli kertoo sähköisestä suureesta. Lämpöresistanssi kertoo termisestä suureesta ja reluktanssi magneettisesta resistanssista.

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]

Jokainen sähköjohde vastustaa sähköä jossain määrin. Jotta sähkövirta voisi kulkea johtimessa, pitää johtimen päiden välillä olla potentiaaliero, eli jännite.[5] 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.[6][5]

ResistiivisyysMuokkaa

Jokaisella aineella on omanlaisensa resistiivisyys,[1], 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][6][5][2]

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]

JohteetMuokkaa

Pääartikkeli: Sähköjohde

Johteiksi kutsutaan aineita, joiden resistiivisyys 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. 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

PuolijohteetMuokkaa

Pääartikkeli: Puolijohde

Puolijohteiden sähkönjohtavuuskyky on johteiden ja eristeiden väliltä. Puolijohteiden sähkönjohtavuuteen pystytään vaikuttamaan esimerkiksi valaisemalla tai lämmittämällä niitä. Pii on tunnetuin puolijohde.


EristeetMuokkaa

Pääartikkeli: Sähköeriste

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


Resistanssin ominaisuuksiaMuokkaa

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.[6][2]

YhtälöitäMuokkaa

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]

MittaaminenMuokkaa

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][5]

Katso myösMuokkaa

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


LähteetMuokkaa

  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. Otava, 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. 144–152. "Ohm". Helsinki: Otatieto, 2009. ISBN 978-951-672-358-0.
  5. a b c d Ruppa, Erkki & Lilja, Tuomi: Sähkötekniikkaa sivuaineopiskelijoille. Helsinki: Opetushallitus, 1994. ISBN 951-719-777-2.
  6. a b c Aura, Lauri & Tonteri, Antti J.: Teoreettinen sähkötekniikka ja sähkökoneiden perusteet. porvoo: WSOY, 1994. ISBN 951-0-21385-3.
  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.