Elektrický odpor

Rozbalit box

Obsah boxu

Elektrický odpor (také rezistance) je fyzikální veličina, která charakterizuje schopnost vodiče bránit průchodu elektrického proudu. Jde o vlastnost, kterou projevují všechny materiály, přičemž ty s velmi malým odporem nazýváme vodiče a ty s velmi vysokým odporem izolanty. Hodnota elektrického odporu je dána materiálem, tvarem i teplotou vodiče.

Jeho převrácenou hodnotou je elektrická vodivost (konduktance), která naopak popisuje, jak dobře vodič vede elektrický proud. Symbolem veličiny je R a hlavní jednotkou v soustavě SI je ohm, který se značí řeckým písmenem omega (Ω).

⏳ Historie

Základní principy vztahu mezi napětím, proudem a odporem formuloval německý fyzik Georg Simon Ohm (1789–1854). Svůj objev, dnes známý jako Ohmův zákon, publikoval v roce 1826. Zpočátku jeho práce nebyla vědeckou komunitou přijata a trvalo desítky let, než se dočkala uznání. Zajímavostí je, že podobný zákon formuloval již o 70 let dříve Henry Cavendish, ale své poznatky nikdy nepublikoval.

Největšího ocenění se Ohmovi dostalo až posmrtně v roce 1881 na Mezinárodním elektrotechnickém kongresu v Paříži, kde bylo rozhodnuto, že jednotka elektrického odporu ponese jeho jméno – ohm.

🔬 Definice a jednotky

Elektrický odpor definuje Ohmův zákon, který říká, že proud procházející vodičem je přímo úměrný napětí mezi jeho konci a nepřímo úměrný jeho odporu.

Matematicky je vztah vyjádřen jako:

R = U / I

Kde:

• R je elektrický odpor v ohmech (Ω)
• U je elektrické napětí ve voltech (V)
• I je elektrický proud v ampérech (A)

Z definice vyplývá, že vodič má odpor jeden ohm, pokud při napětí jednoho voltu jím protéká proud jednoho ampéru.

⚙️ Faktory ovlivňující odpor

Velikost odporu konkrétního vodiče závisí na několika klíčových faktorech:

• Materiál: Každá látka má jinou schopnost vést proud, což vyjadřuje fyzikální veličina rezistivita (měrný elektrický odpor, značka ρ). Kovy jako stříbro, měď a zlato mají rezistivitu velmi nízkou, zatímco izolanty jako sklo nebo guma ji mají extrémně vysokou.
• Délka vodiče (l): Odpor je přímo úměrný délce vodiče. Čím je vodič delší, tím větší má odpor.
• Průřez vodiče (S): Odpor je nepřímo úměrný ploše průřezu. Tlustší vodič klade proudu menší odpor než tenčí vodič.
• Teplota (t): U většiny kovových vodičů odpor s rostoucí teplotou stoupá. Naopak u polovodičů a uhlíku odpor s rostoucí teplotou klesá.

Celkový odpor vodiče lze vypočítat pomocí vzorce:

R = ρ * (l / S)

👶 Pro laiky: Odpor jako ucpaná trubka

Představte si elektrický obvod jako vodovodní systém.

• Napětí (U) je jako tlak vody v potrubí, který tlačí vodu dopředu. Vytváří ho například vodní čerpadlo (v elektrice baterie).
• Proud (I) je jako průtok vody – množství vody, které proteče trubkou za určitý čas.
• Elektrický odpor (R) je jako zúžení nebo znečištění trubky.

Pokud je trubka široká a čistá (malý odpor), voda (proud) teče snadno i při malém tlaku (napětí). Pokud je ale trubka úzká nebo ucpaná kamínky (velký odpor), je potřeba mnohem větší tlak, aby protlačil stejné množství vody. Stejně tak v elektrickém obvodu – velký odpor brání toku elektronů a snižuje velikost proudu při stejném napětí.

💡 Využití v praxi

Ačkoliv se odpor může zdát jako nežádoucí jev (např. při přenosu elektrické energie, kde způsobuje ztráty ve formě tepla), v mnoha aplikacích je naopak užitečný a cíleně se využívá:

• Rezistory: Jsou to součástky s přesně definovanou hodnotou odporu, které se používají v elektronických obvodech k řízení velikosti proudu nebo k vytváření úbytků napětí.
• Topná tělesa: V zařízeních jako jsou rychlovarné konvice, přímotopy nebo žehličky se využívá teplo vznikající průchodem proudu vodičem s vysokým odporem (Jouleovo teplo).
• Klasické žárovky: Tenké wolframové vlákno s velkým odporem se průchodem proudu rozžhaví natolik, že začne vydávat světlo.
• Pojistky: Chrání obvody před nadproudem. Tenký drátek se při příliš velkém proudu přetaví, čímž se obvod přeruší.

🔬 Měření odporu

K měření elektrického odporu se používá přístroj zvaný ohmmetr. Pro přesnější měření, zejména v laboratorních podmínkách, se využívají různé metody:

• Ohmova metoda: Odpor se vypočítá na základě změřeného napětí a proudu.
• Můstkové metody (např. Wheatstonův můstek): Používají se pro velmi přesná měření porovnáváním neznámého odporu s známými hodnotami.
• Substituční metoda: Neznámý odpor je v obvodu nahrazen známým (např. odporovou dekádou) tak, aby proud zůstal stejný.

🧊 Supravodivost

Extrémním případem je supravodivost, jev, při kterém odpor některých materiálů při ochlazení na velmi nízké teploty (blížící se absolutní nule) skokově klesne na nulu. V supravodivém stavu může elektrický proud materiálem procházet prakticky bez jakýchkoli ztrát. Tento jev, objevený v roce 1911 Heikem Kamerlingh-Onnesem, má obrovský potenciál pro využití v medicíně (MRI), energetice nebo v částicových urychlovačích.

Zdroje

Fluke Corporation E-manuel.cz Wikipedie - Elektrický odpor Onlineschool.cz Elektrika.cz Wikipedie - Ohmmetr Fyzmatik - Historie Ohmova zákona Eduportál Techmania Wikipedie - Supravodivost e-Fyzika.cz