Despre oricare element de circuit ce se opune transferului de energie electrica se poate spune ca este caracterizat de o rezistență electrică. Astfel, chiar și conductoarele din care sunt confecționate traseele circuitelor electrice poseda o rezistență electrică, dar aceasta este mult prea mică pentru a fi luată în considerare. Dacă ar fi să împărțim un circuit electric în două elemente foarte simple acestea ar fi sursele de energie electrica (surse de alimentare sau baterii) și consumatorii (din punctul de vedere al acestui articol, elemente care se opun deplasării curentului electric, posedând o rezistență electrică - bineînțeles că rolul acestora nu este doar de a se opune curentului electric ci și de a emite sunete, a genera lumină, mișcare, și altele...).

Intensitatea curentului electric este debitul apei prin conducte (adica fluxul de electroni care traverseaza circuitul electric). Atunci cand apa intalneste o regiune din conducta cu un diametru mai mic (asociata cu o rezistenta electrica mai mare) debitul apei scade proportional cu micsorarea diametrului conductei. In acelasi timp, odata cu micsorarea diametrului conductei apa trebuie sa depuna mai mult efort  ca sa se deplaseze, ceea ce inseamna ca va creste presiunea apei (asociata cu tensiunea electrica). Matematic, aceasta situatie in care cresterea rezistentei electrice este proportionala cu scaderea intensitatii curentului electric si cu cresterea tensiunii electrice este exprimata prin intermediul urmatoarei formule:

U = R · I

cunoscuta drept Legea lui Ohm (Georg Simon Ohm) si este relatia prin intermediul careia poate fi exprimata unitatea de masura care caracterizeaza rezistenta electrica - ohm, notata utilizând litera grecească Ω (omega).

1V (Volt) = 1A (Amper) · 1Ω (Ohm)

Dispozitivele cunoscute sub denumirea de rezistoare ne permit sa introducem in circuitul electric o cantitate precisa a rezistentei electrice. Practic, din perspectiva curgerii apei, rezistorul reprezinta posibilitatea alegerii sectiunii conductei acolo unde ne intereseaza sa modificam debitul sau presiunea apei.

Ce se regaseste in interiorul unui rezistor? Chiar daca exista multe tipuri de rezistoare, structura lor interna este similara: in cazul majoritatii rezistoarelor, daca veti indeparta vopseaua si stratul de protectie de pe suprafata unui rezistor, veti gasi sub aceasta o bara cilindrica din ceramica sau fibra de sticla de jur imprejurul careia este infasurata o sarma de cupru foarte subtire. Valoare rezistentei electrice a acestui model de rezistor este determinata de numarul de infasurari si de grosimea firului utilizat. Cu cat numarul de infasurari este mai mare si firul este mai subtire, cu atat rezistenta electrica a rezistorului va fi mai mare.

Pe langa acest tip de rezistoare, mai exista un altul, aproximativ la fel de raspandit - rezistoarele cu pelicula de carbon. In cazul acestora infasurarea metalica este inlocuita de o spirala construita din carbon. Acest model de rezistor este mai simplu de confectionat si mai putin costisitor, insa rezistoarele bobinate (cu fir de cupru sau aliaj nichel-crom infasurat pe cilindrul izolator) sunt mai precise si mai stabile la fluctuatia temperaturii.

Analogia cu apa care curge printr-o conducta ne ofera si o modalitate de calcula rezistenta electrica a unui conductor in functie de anumiti parametri ai acestuia. Sa presupunem ca incercam sa transportam apa prin intermediul unei conducte (aceasta va fi conductorul nostru electric); cu cat conducta va fi mai groasa (va avea un diametru mai mare) cu atat rezistenta pe care o va opune trecerii apei va fi mai redusa. La fel, cu cat conducta va fi mai scurta cu atat rezistenta pe care o va opune trecerii apei va fi mai redusa. Sa presupunem ca incercam sa obturam conducta cu diferite materiale: daca vom utiliza burete, apa va trece in continuare, cu un debit ceva mai mic; insa, daca vom utiliza pietricele, apa nu va mai trece sau debitul sau se va apropia de zero. Deci, din punctul de vedere din care am analizat aceasta situatie, debitul apei printr-o conducta depinde de diametru conductei, de lungimea acesteia si de materialul cu care incercam sa o obturam (discutam de obturarea conductei deoarece, spre deosebire de conducta de apa, conductorul electric, la orice nivel de marime l-am privi, este masiv, nu gol pe interior, deci deplasarea electronilor nu se realizeaza in linie dreapta, ci, mai degraba, ca intr-o cursa cu obstacole).

    La fel, in cazul unui conductor electric, rezistenta cu care acesta se opune curentului este influentata de lungimea conductorului, suprafata sectiunii conductorului (daca este rotund, practic, de diametrul sau) si de materialul din care este confectionat. Relatia matematica, atribuita fizicianului francez Claude Servais Mathias Pouillet (denumita chiar legea lui Pouillet) este:

unde l este lungimea conductorului (măsurată în metri)

S - secțiunea transversală a conductorului (măsurată în metri pătrați)

ρ (litera greceasca ro) - rezistivitatea materialului din care este confectionat conductorul, specifica fiecarui material conductor) (măsurată în ohm · metru)

    Asa cum am spus, formula este valabila pentru un conductor (liniar); atunci cand conductorul este rasucit sub forma unei spirale, asa cum este cazul rezistoarelor, aceasta formula matematica nu mai este valabila.

    Drept urmare, rezistivitatea materialelor conductoare isi regaseste utilitatea atunci cand este vorba despre alegerea sectiunii conductoarelor pentru a transfera energie electrica cu anumite valori ale tensiunii si intensitatii pe o anumita distanta. Formula matematica urmatoare este utilizata pentru a calcula sectiunea conductorului, atunci cand este cunoscuta puterea electrica absorbita de consumator, lungimea conductorului de la reteaua de alimentare pana la consumator si tensiunea electrica:

unde,

    S este aria secțiunii transversale a conductorului electric (exprimată în mm²)

    ρ este rezistivitatea electrică specifică materialului din care este confectionat conductorul

    m este lungimea dublă a cablului de transport (traseul dus-întors) (exprimată în metri)

    v este un coeficient de pierderi (de exemplu, acesta poate fi ales 0,01 pentru pierderi de maxim 1%, 0,02 pentru pierderi de 2%, s.a.m.d. in functie de necesitatile circuitului electric)

    U este tensiunea electrică la care funcționează rețeaua de transport a energie electrice (exprimată în Volți)

    L este puterea absorbită de consumator (exprimată în Watti)

   Nu este necesar sa retineti aceasta formula deoarece este posibil sa nu o folositi vreodata. Ceea ce trebuie sa retineti este ca, in general, trebuie sa respectati urmatoarea alegere a conductoarelor electrice pe care le veti utiliza intr-o instalatie electrica: o incarcare de maxim 7 - 10 A/mm² de conductor (adica, daca, intr-o retea electrica, aveti consumatori ce pot absorbi, la un moment dat, un total de 5 - 7A este necesar sa utilizati un conductor cu sectiunea de cel putin 0,75mm²).

    Rezistența electrică a materialelor se modifica odata cu schimbare temperaturii acestora. Pentru a evidentia aceasta variatie, este utilizata o ecuatie care evidentiaza legatura dintre rezistivitatea la temperatura la care se regaseste materialul analizat si rezistivitatea materialului la temperatura de 20°C (veti observa ca, in majoritatea situatiilor, atunci cand sunt oferiti parametri care depind de temperatura, valoare standard oferita este cea obtinuta la temperatura de 20°C):

unde,

    ρ este rezistivitatea electrică la temperatura t

    este rezistivitatea electrică temperatura de 20°C 

    t este temperatura curenta a materialului

   α este coeficientul de variație a rezistenței cu temperatura (specific fiecărui material și reprezintă variația rezistenței de un ohm a conductorului respectiv la o creștere a temperaturii sale cu 1 °C). In general, metalele au coeficient de temperatură pozitiv (adica rezistența electrică a metalelor creste odata cu cresterea temperaturii) iar lichidele au coeficient negativ (rezistența scade la creșterea temperaturii lor).

    Marimea electrica opusa rezistentei electrice, care masoara capacitatea unui conductor de a permite transferul energiei electrice, adica fluxul de electroni este conductanta electrica. Simbolul utilizat pentru a o reprezenta este litera G, iar unitatea de masura este siemensul (notata S), denumit astfel in cinstea inginerului german Werner von Siemens (fondatorul companiei care ii poarta numele).

    Un alt parametru utilizat impreuna cu rezistivitatea electrica este conductivitatea electrica. Acesta este exact opusul rezistivitatii evidentiind capacitatea unui material de a permite transportul sarcinilor electrice, si, implicit, transferul energiei electrice. Conductivitatea electrica este notata cu litera greceasca sigma (σ) iar unitatea sa de masura este siemens pe metru (S·m−1).

    Tabelul de mai jos prezinta cei trei parametri utilizati pentru a caracteriza disponibilitatea unui anumit material de a permite transferul energiei electrice: rezistivitatea electrica, conductivitatea electrica si coeficientul de variație a rezistenței cu temperatura. O rezistivitate mai mare este asociata materialelor izolatoare. Cu cat rezistivitatea electrica este mai mica (de fapt, mai apropiata de zero), materialul este un conducator mai bun de energie electrica.

Întrucât rezistoarele au un gabarit destul de mic și este dificil să fie marcate folosind cifre si litere, s-a decis marcarea acestora cu ajutorul culorilor.

   Cel mai răspândit sistem de marcare utilizează patru benzi colorate, fiecare dintre acestea înconjurând rezistorul. Primele două benzi reprezintă valoarea semnificativă, din două cifre, a rezistorului. Următoarea bandă, a treia, este coeficientul de multiplicare cu 10, adică numărul de ori cu care vom înmulți valoarea semnificativă cu 10 (de exemplu, dacă a treia banda are o culoare asociată cifrei 2 vom efectua o înmulțire cu 100, adică înmulțim de două ori cu 10). Ultima bandă reprezintă toleranța sau precizia rezistorului (cât de apropiată poate fi de valoarea marcată – de exemplu un rezistor cu valoarea rezistenței de 1000Ω și cu o toleranță de 10% poate avea o valoare cuprinsă între 900Ω și 1100Ω).

  Asa cum observati in imaginea de mai sus asocierea cifră - culoare este următoarea:

• 0 – negru
• 1 – maro
• 2 – roșu
• 3 – portocaliu
• 4 – galben
• 5 – verde
• 6 – albastru
• 7 – violet
• 8 – gri
• 9 – alb

    In plus fata de cele zece culori prezentate există alte două, folosite cel mai frecvent pentru a delimita toleranța: auriu (5%) și argintiu (10%). Totusi, aceste culori sunt utilizate și pentru reprezentarea rezistențelor cu valori mai mici decât 1Ω reprezentând factori de multiplicare de 0,1 (auriu) și 0,01 (argintiu).

    Pentru a reține mai ușor asocierea cifră-culoare țineți cont că, la extremități, 0 și 9, se află negru și alb, iar de la 2 la 7 sunt culorile curcubeului (R.O.G.V.A.I.V.), mai puțin indigo, înglobat în violet, deoarece, dacă erau utilizate ambele culori, nu am fi putut să le deosebim. Va trebui să mai rețineți doar că maro este asociat cu 1 și gri cu 8.

   Trebuie să reținem că, in cazul rezistoarelor de uz general, nu există cate un rezistor disponibil pentru fiecare valoare a rezistenței și că, de fiecare dată când efectuăm un calcul trebuie să îl aproximăm cu o valoare disponibilă.

   Astfel, in cazul rezistoarelor marcate cu patru culori, există un set de valori standard: 1Ω; 1,2Ω; 1,5Ω; 2,2Ω; 2,7Ω; 3,3Ω; 3,9Ω; 4,7Ω; 5,6Ω; 6,8Ω; 8,2Ω și multipli ai acestora (valori pe care le obținem înmulțind aceste valori cu 10, 100, 1000 și așa mai departe).

    Marcarea cu cinci culori este utilizata pentru a delimita si rezistoare a caror rezistenta nu putea fi evidentiata cu doar patru culori. In cazul acestui sistem de marcare, primele trei benzi reprezintă valoarea semnificativă, din trei cifre, a rezistorului. Următoarea bandă, a patra, este coeficientul de multiplicare cu 10 si ultima bandă reprezintă toleranța rezistorului.

Pentru rezistoarele de inalta precizie, exista un sistem de marcare cu sase benzi colorate. Acesta este similar celui cu cinci culori, doar ca a mai fost adaugata o a sasea banda care contine informatii despre coeficientul de temperatura (cat de mult se va modifica valoarea rezistentei electrice a rezistorului atunci cand temperatura acestuia creste cu 10°C - din nou, valoarea marcata pe rezistor este aceea masurata la temperatura de 20°C).

Coeficientul de temperatura este prezentat in ppm/K (parti la un milion - 10−6 - pentru fiecare grad Kelvin - gradul Kelvin este o unitate de masura pentru temperatura, despre care probabil ca vom discuta intr-un articol ce va urma; totusi, in cazul de fata acesta poate fi echivalat cu gradul Celsius). Ca sa intelegeti cum poate fi utilizat coeficientul de temperatura, sa presupune ca avem un rezistor de 100kΩ cu un coeficient de temperatura de 100 ppm/K si ca valoare lui efectiva la 20°C este de exact 100kΩ. Daca temperatura rezistorului va varia cu 10°C, aceasta inseamna ca si valoare rezistorului poate sa varieze cu 10·100·10−6·100kΩ (variatia de temperatura · coeficientul de temperatura al rezistorului · semnificatia ppm, adica 1 la 1 milion · valoarea de baza a rezistorului) = 100Ω. Deci, pentru un rezistor de 100kΩ, cu un coeficient de temperatura de 100 ppm/K, la o diferenta de temperatura de ±10°C vom avea o abatere a valorii rezistentei de ±100Ω.

    Pe langa sistemul de marcare a valorii rezistentei electrice cu ajutorul benzilor colorate exista si altele care utilizeaza cifre si litere. Pentru a nu avea dificultati atunci cand intalniti un astfel de model, le vom analiza si pe acestea. Rezistoarele de putere, au implicit o suprafata mai mare deci pot fi marcate utilizand cifre si litere.

Totusi, de cele mai multe ori, simbolul Ω este inlocuit cu R, pentru a-l distinge mai usor. Si, pentru a reduce numarul zerourilor in reprezentarea valorilor rezistentelor electrice sunt utilizate simbolurile pentru ordinele de marime, adica rezistoarele vor si scrise sub forma 100R (pentru 100Ω), 100k (pentru 100kΩ) sau 10M (pentru 10MΩ).

    In plus, pentru reprezentarea valorii rezistentei electrice nu este utilizata virgula; virgula va deveni ordinul de marime, adica: 1R2 = 1,2Ω; 2k5 = 2,5kΩ; 4M7 = 4,7MΩ; 0R1 = 0,1Ω sau 0R22 = 0,22Ω.

    Dupa cum observati, reprezentarea este sub forma: putere maxima suportata de rezistor (exprimata in Watti), de exemplu: 20W, 10W sau 5W; valoare rezistentei electrice a rezistorului, de exemplu: 100k (pentru 100kΩ), 1R2 (pentru 1,2Ω), 4k7 (pentru 4,7kΩ) si toleranta valorii rezistentei electrice, utilizand litere de la B (pentru o toleranta de 0,1%) la M (pentru o toleranta de 20%). Ordinea nu este neaparat aceasta, dar elementele vor fi intotdeauna aceleasi: adica, pentru un rezistor de 100Ω, 10W, cu o toleranta de 5% putem avea reprezentarile: 10W 100RJ, 10W J100R sau 100RJ 10W.

Pentru rezistoarele cu dimensiuni si mai mici, montate la suprafata cablajului (denumite SMD - surface mount device)  exista tot tipuri de marcare a valorii rezistentei electrice alfanumerice (care utilizeaza cifre si litere).

Exista sisteme de marcare ce utilizeaza 3 cifre, precum cel din imaginea alaturata: primele doua cifre reprezintă valoarea semnificativă, iar a treia, coeficientul de multiplicare cu 10. De exemplu, rezistorul din imagine, va avea o rezistenta electrica egala cu: 22·103Ω = 22·1000Ω = 22kΩ.                                                                                                                                                          

Sa mai luam cateva exemple: 124 = 12·104Ω = 12·10.000Ω = 120kΩ; 820 = 82·100Ω = 82·1Ω = 82Ω

Sau pot fi utilizate, in alte situatii, 3 cifre, la fel ca in imaginea alaturata: primele trei cifre reprezintă valoarea semnificativă, iar a patra, coeficientul de multiplicare cu 10. De exemplu, rezistorul din valoare, va avea o rezistenta electrica egala cu: 820·102Ω = 820·100Ω = 82kΩ.                                                                                                                                                                                   

Sa mai luam cateva exemple: 4201 = 420·101Ω = 420·10Ω = 4,2kΩ; 8201 = 820·101Ω = 820·10Ω = 8,2kΩ; 4700 = 470·100Ω = 470·1Ω = 470Ω.

Pentru rezistoarele cu o valoare mai mica decat 10Ω sau pentru cele cu valoare mai mica decat 1Ω, este folosit simbolul R in scopul determinarii pozitiei virgulei. In cazul rezistoarelor din imagine: 4R7 = 4,7Ω si 0R22 = 0,22Ω. La fel, putem avea situatiile: 1R2 = 1,2Ω; 1R5 = 1,5Ω; 3R9 = 3,9Ω sau 0R39 = 0,39Ω, s.a.m.d.

In plus fata de acestea, mai exista si sistemul de marcare denumit EIA-96 care utilizeaza doua cifre pentru valoarea semnificativa a rezistentei electrice (dar care trebuie extrasa dintr-un tabel) si o litera pentru ordinul de marime.

Tabelele, care contin informatii despre conversia informatiilor sunt prezentate mai jos. In cazul rezistorului din imagine: 92Z = 887·0,001Ω = 0,887Ω. La fel, 30C = 200· 100Ω = 20kΩ sau 02D = 102·1000Ω = 102kΩ.

Despre oricare element de circuit ce se opune transferului de energie electrica se poate spune ca este caracterizat de o rezistență electrică. Astfel, chiar și conductoarele din care sunt confecționate traseele circuitelor electrice poseda o rezistență electrică, dar aceasta este mult prea mică pentru a fi luată în considerare. Dacă ar fi să împărțim un circuit electric în două elemente foarte simple acestea ar fi sursele de energie electrica (surse de alimentare sau baterii) și consumatorii (din punctul de vedere al acestui articol, elemente care se opun deplasării curentului electric, posedând o rezistență electrică - bineînțeles că rolul acestora nu este doar de a se opune curentului electric ci și de a emite sunete, a genera lumină, mișcare, și altele...).

Articole din această categorie