de Weerstand

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.
•
•
•
rood
oranje
geel
groen
blauw
violet
grijs
wit
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
1%
2%
1%
0,1%
www.diy-elektro.nl
-5-
0,25
0,05
0,1%
%
%
Weer
GRIJS
Vies
Bij
0,01 0,00
%
1%
GRaf
Ezelsbruggetje
Zij
Temperatuurafhan
kelijkheid,
meestal vijfde ring
0,5%
GErrits
5%
Op
Tolerantie, meestal
10%
laatste ring
-1
1
Rozen
-2
bruin
Exponent,
volgende ring
0
BRengt
eerste 2 of 3
ringen
zwart
goud
zilver
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.
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