Wat is weerstand?
Weerstand, aangeduid met de letter R, is een belangrijke concept in de natuurkunde, vooral als het gaat om elektrische stroom. Weerstand meet hoe moeilijk het is voor elektronen om door een materiaal of apparaat te bewegen. De eenheid van weerstand is ohm (Ω).
Stel je voor dat je als elektron op een fiets een modderig bospad moet berijden. Je zult merken dat deze weg veel weerstand biedt: het is moeilijk om vooruit te komen. Dit is vergelijkbaar met het gedrag van elektronen in een elektrische stroom.
Geleiders zoals koperdraad bieden weinig weerstand en zijn dus goed in staat om elektriciteit door te laten. Isolatoren daarentegen hebben een hoge weerstand omdat ze geen vrije ladingsdragers hebben, waardoor elektronen niet makkelijk kunnen stromen.
Soortelijke weerstand
De soortelijke weerstand ρ is een stofeigenschap en hangt af van het materiaal waarvan de draad is gemaakt. Als je ook de lengte van de draad en de dwarsdoorsnede weet, kan je de weerstand R berekenen:
R is de weerstand (Ω).
ρ is de soortelijke weerstand (Ωm) (TB 8, 9 en 10A).
l is de lengte (m).
A is de dwarsdoorsnede (m2). Dit bereken je als volgt:
Let bij deze formule erop dat de eenheden overeenkomen en kloppen!
Als je een grote weerstand hebt geeft dit warmte: temperatuurstijging van het apparaat/de draad.
Als we de lengte l van de draad vergroten, wat gebeurt er dan met de weerstand? Omdat l boven de deelstreep staat, wordt R ook twee keer zo groot als l twee keer zo groot wordt. Dit geldt ook voor de soortelijke weerstand ρ.
Als we de dwarsdoorsnede A vergroter, wat gebeurt er dan met de weerstand? Omdat A onder de deelstreep staat, wordt R twee keer zo klein als A twee keer zo groot wordt.
Formule omschrijven
De formule
1.
2.
3.
Wet van Ohm
Weerstand heeft eigenlijk twee betekenissen:
1.De weerstand is een grootheid: dit gaat over een eigenschap van een voorwerp of een draad (let op het verschil tussen elektrische weerstand en soortelijke weerstand)
2.De weerstand is een component: dit gaat over een apparaat of draad zelf
De wet van Ohm geeft het verband tussen spanning, stroomsterkte en weerstand weer:
Ohmse weerstand
Een Ohmse weerstand heeft betrekking op een voorwerp waarbij de waarde van de weerstand vast is. Hierbij hoort dus de formule
Voorbeelden van Ohmse weerstanden zijn:
1.Metalendraadweerstand: de weerstand van een draad bij constante temperatuur, bijv. een constantaandraad.
2.Koolweerstand: wordt gebruikt in elektronica.
3.Regelbare weerstand of schuifweerstand met R variërend tussen 0 en max. Ω (ook wel een spanningsdeler).
Niet-Ohmse weerstand
Een niet-Ohmse weerstand heeft betrekking op een voorwerp waarbij de waarde van de weerstand variabel is.
Voorbeelden van niet-Ohmse weerstanden zijn:
1.PTC: de weerstand wordt groter naarmate de temperatuur stijgt.
2.NTC: de weerstand wordt kleiner naarmate de temperatuur stijgt.
3.LDR: bij licht daalt de waarde van de weerstand.
4.Diode: de stroom gaat lopen vanaf een drempelspanning en kan maar in één richting.
5.LED: Licht Emitting Diode.
Voorbeeld
Een gloeidraad van een lampje is gemaakt van wolfraam. De lengte van de draad is 4,0 m en de diameter is 0,20 mm. Het lampje is niet aangesloten op een spanningsbron. Bereken de weerstand van de draad.
We gebruiken hiervoor de formule
De gloeidraad wordt vervolgens wel aangesloten op een spanningsbron. De stroomsterkte door de draad wordt gemeten bij verschillende spanningen. Bij de meetresultaten wordt een grafiek gemaakt.
Verklaar de vorm van de grafiek.
Dit is een niet-Ohmse weerstand, wat betekent dat de weerstand toeneemt bij een hogere spanning.
Wat is de weerstand bij U = 4 V in bovenstaande grafiek?
We lezen op U = 4 de bijbehorende I-waarde af. Dit is 0,27. Dit kunnen we invullen in de formule
