Odpor

Rozbalit box

Obsah boxu

Odpor je obecný pojem ve fyzice a technice, který popisuje míru, s jakou nějaký systém brání toku nebo pohybu. Může se projevovat v různých formách, například jako elektrický odpor v elektrických obvodech, aerodynamický odpor při pohybu těles ve vzduchu nebo mechanický odpor při mechanickém pohybu. V nejčastějším kontextu se pod pojmem odpor rozumí elektrický odpor.

⚡ Elektrický odpor

Soubor:Ohm's Law.svg

Ohmův zákon znázorňuje vztah mezi napětím (U), proudem (I) a odporem (R).

Elektrický odpor (značka R) je fyzikální veličina, která charakterizuje schopnost elektrických vodičů klást překážku průchodu elektrického proudu. Čím větší je odpor, tím hůře vodič vede proud, a to při stejném napětí. Je to základní charakteristika rezistoru, což je pasivní elektrotechnická součástka projevující se v elektrickém obvodu právě elektrickým odporem.

Ohmův zákon

Vztah mezi proudem (I), napětím (U) a odporem (R) popisuje Ohmův zákon, pojmenovaný po německém fyzikovi Georgu Simonu Ohmovi. Zákon říká, že proud v obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu vodiče. Matematicky se vyjadřuje vztahem:

R = \frac{U}{I}

kde:

Ohmův zákon byl poprvé formulován Georgem Simonem Ohmem v roce 1826 v jeho pojednání. Ačkoli byl původně odvozen pro stejnosměrný proud, platí jeho vzorce i pro střídavý proud s tou výhradou, že napětí a proud jsou komplexní čísla a místo odporu se užívá označení impedance.

Jednotka elektrického odporu

Základní jednotkou elektrického odporu v soustavě SI je ohm, značí se velkým řeckým písmenem Ω (omega). Jeden ohm je definován jako elektrický odpor vodiče, ve kterém stálé elektrické napětí jednoho voltu mezi jeho konci vyvolá elektrický proud jednoho ampéru, nepůsobí-li ve vodiči žádné elektromotorické napětí. V praxi se běžně používají i násobné a dílčí jednotky, jako jsou mikroohm (µΩ), miliohm (mΩ), kiloohm (kΩ), megaohm (MΩ) nebo gigaohm (GΩ).

Faktory ovlivňující elektrický odpor

Hodnota elektrického odporu závisí na několika faktorech:

Materiál vodiče (rezistivita): Každý materiál má jiný měrný elektrický odpor (rezistivitu, značka ρ), což je materiálová konstanta charakterizující jeho schopnost vést elektrický proud. Například stříbro, měď a hliník mají velmi nízký měrný elektrický odpor a jsou dobrými vodiči. Naopak izolanty jako sklo, plast nebo guma mají odpor enormně vysoký.
Délka vodiče (l): Odpor vodiče roste přímo úměrně s jeho délkou.
Plošný průřez vodiče (S): Odpor vodiče je nepřímo úměrný jeho plošnému průřezu. Čím větší je průřez, tím menší je odpor.
Teplota: U většiny kovových vodičů odpor s rostoucí teplotou stoupá, protože se zvyšuje kmitání atomů v krystalové mřížce, což ztěžuje pohyb elektronů. Tato závislost je pro malé teplotní rozdíly prakticky lineární. U polovodičů naopak odpor s rostoucí teplotou klesá. Za teplot blížících se absolutní nule může elektrický odpor u některých látek klesnout na nulu; takovým látkám se říká supravodiče.

Matematicky lze odpor vodiče vypočítat ze vztahu:

R = ρ \frac{l}{S}

kde:

R je elektrický odpor v ohmech (Ω).
ρ (ró) je měrný elektrický odpor materiálu v ohmmetrech (Ω·m).
l je délka vodiče v metrech (m).
S je plošný průřez vodiče v metrech čtverečních (m²).

Rezistory a jejich využití

Rezistor je pasivní elektrotechnická součástka, jejímž hlavním účelem je projevovat elektrický odpor v elektrickém obvodu. Důvodem pro jeho zařazení do obvodu je obvykle snížení velikosti elektrického proudu nebo získání určitého úbytku napětí. Rezistory se také používají jako topné články, testovací zátěže pro generátory nebo jako senzory (např. termistory pro měření teploty, varistory pro měření napětí nebo fotorezistory pro měření světla).

Rezistory se dělí na:

Pevné rezistory: Mají pevně danou hodnotu odporu, která se mění jen minimálně v závislosti na teplotě, procházejícím proudem a životnosti.
Proměnné rezistory: Umožňují měnit hodnotu odporu v určitém rozsahu. Patří sem potenciometry (pro plynulé nastavení, např. hlasitosti nebo stmívání světel) a trimry (pro jemné doladění).

Měření elektrického odporu

Elektrický odpor se měří pomocí speciálních přístrojů zvaných ohmmetry nebo multimetry, které často kombinují funkce voltmetru, ampérmetru a ohmmetru. Při měření ohmmetrem je důležité, aby měřená součástka nebyla pod napětím, protože ohmmetr do obvodu dodává vlastní napětí.

Existuje několik metod měření elektrického odporu:

Přímá metoda (ohmmetrem): Ohmmetr přímo zobrazí hodnotu odporu. Je vhodná pro rychlé a orientační měření.
Nepřímá metoda (voltampérová metoda): Vychází z Ohmova zákona a spočívá v měření napětí na součástce a proudu procházejícího součástkou. Hodnota odporu se následně vypočítá jako podíl naměřeného napětí a proudu ( $R = U / I$ ). Tato metoda je univerzální a často se používá pro přesnější měření.
Můstkové metody (např. Wheatstoneův můstek): Poskytují velmi přesné výsledky a používají se pro měření malých i velkých odporů. Wheatstoneův můstek je sestaven ze čtyř rezistorů, přičemž jeden je neznámý a ostatní jsou známé, a galvanometru, který slouží k detekci nulového proudu.
Substituční metoda: K zdroji stálého elektrického napětí se připojí neznámý odpor a změří se protékající elektrický proud. Následně se neznámý odpor nahradí známou odporovou dekádou a nastaví se stejný elektrický proud. Hodnota neznámého odporu se pak odečte z odporové dekády.

🌬️ Aerodynamický odpor a mechanický odpor

Kromě elektrického odporu se pojem odpor vyskytuje i v dalších oblastech fyziky:

Aerodynamický odpor (odpor vzduchu): Je to síla, která působí proti pohybu tělesa v plynném prostředí (např. vzduch). Způsobuje ho tření a tlakové rozdíly kolem pohybujícího se tělesa. Velikost aerodynamického odporu závisí na rychlosti tělesa, jeho tvaru, čelní ploše a hustotě prostředí. Je klíčový v letectví a automobilismu. Vypočítá se pomocí vzorce $F_{a} = \frac{1}{2} C_{D} ρ A v^{2}$ , kde $F_{a}$ je aerodynamický odpor, $C_{D}$ je činitel odporu, $ρ$ je hustota vzduchu, $A$ je čelní plocha a $v$ je rychlost objektu.
Mechanický odpor: Je to obecná síla bránící pohybu tělesa. Může zahrnovat tření (např. smykové tření mezi dvěma povrchy), odpor prostředí (např. odpor vody při pohybu lodi) nebo pasivní odpor způsobený deformací materiálu.

💡 Pro laiky

Představte si, že se snažíte proběhnout bazénem plným vody. Není to snadné, že? Voda vám klade velký odpor. To je podobné, jako když elektrický proud protéká vodičem. Některé materiály (jako měď nebo stříbro) jsou jako prázdná trubka – elektrony jimi proklouznou snadno a odpor je malý. Říkáme jim vodiče. Jiné materiály (jako plast nebo guma) jsou jako ucpaná trubka plná bláta – elektrony se jimi skoro vůbec nedostanou a odpor je obrovský. To jsou izolanty.

Čím delší je vodič, tím více se elektrony musí prodírat, takže odpor je větší. Představte si dlouhou hadici na vodu – voda jí teče pomaleji než krátkou. Naopak, čím tlustší je vodič (větší průřez), tím více místa mají elektrony k pohybu, takže odpor je menší. To je jako tlustá hadice – voda jí proteče rychleji než tenkou.

A teplota? Když se vodič zahřeje, atomy v něm se začnou více "třást" a "skákat", což elektronům ztěžuje cestu. Proto se elektrický odpor ve většině kovů s rostoucí teplotou zvyšuje.

Zdroje