U fizici, otpor je mjera sklonosti materijala da se odupire strujanju električne struje. Ovisi o prirodi materijala, njegovoj debljini i duljini te o temperaturi. Otpor je nizak u tvarima, kao što su metali, koji su dobri vodiči, i visok u materijalima, kao što su plastika i guma, koji su izolatori. Kada električna struja naiđe na otpor, dio njezine energije pretvara se u toplinu, a ponekad i svjetlost, smanjujući struju. Ovaj fenomen može predstavljati problem, ali ima i mnoge namjene.
Čimbenici koji utječu na otpornost
Otpor se može smatrati inverznom vodljivosti, a najvažniji čimbenik vodljivosti je sastav materijala. Električna struja se sastoji od protoka elektrona, a otpor se nailazi kada oni udare u atome. Metali imaju mnogo labavo držanih elektrona koji omogućuju lak protok struje, dok nemetali nemaju. Tekućine koje sadrže ione – na primjer otopinu soli ili rastaljenu sol – također su dobri vodiči, jer ovi mobilni, električno nabijeni atomi i molekule dopuštaju struji.
U žici ili kabelu, debljina i duljina također igraju ulogu. Otpor raste s duljinom, budući da ima više atoma na koje treba naletjeti, ali opada s debljinom, jer u debljoj žici ima više dostupnih elektrona za nošenje struje. Također se povećava s povećanjem temperature. Što je niža vodljivost materijala, to je veći napon ili elektromotorna sila potrebna da kroz njega protječe struja.
Ohmov zakon
Odnos između otpora, struje i napona poznat je kao Ohmov zakon, nazvan po njemačkom fizičaru Georgu Ohmu (1789-1854), koji je zaslužan za otkrivanje utjecaja građe, duljine i debljine materijala na količinu struje koja će protjecati kroz njega na zadanom naponu. Jedinica ohm također je nazvana po njemu. Zakon, u svom uobičajenom obliku, kaže da je električna struja jednaka naponu podijeljenom s otporom. Jednadžbe iz fizike obično koriste slova i simbole za izražavanje odnosa; Ohmov zakon se obično piše kao
I = G/R
gdje je I = struja u amperima, V = elektromotorna sila u voltima i R = otpor u
oma
. To znači da ako su poznate vrijednosti za dva od ovih faktora, može se pronaći vrijednost drugog. Jednadžba se može napisati kao
R = V / I
i
V = IR
ovisno o tome koje su vrijednosti poznate, a koju treba izračunati. Na primjer, ako je elektromotorna sila šest volti i struja koja teče dva ampera, otpor je 3 oma: R = V/I.
Koristi
Činjenica da električni otpor stvara toplinu iskorištava se za električno grijanje za domove i za kuhanje. Električne ploče za kuhanje, pećnice, roštilji i tosteri ovise o ovom fenomenu. Na isti način, žarulja sa žarnom niti koristi vrlo tanku žicu za stvaranje svjetlosti kada kroz nju teče struja.
Uređaji koji se nazivaju otpornici koriste se za smanjenje pojačala unutar određenih krugova kako bi zaštitili osjetljive komponente od oštećenja, a osigurači se koriste za zaštitu električne opreme od napona struje. Oni se sastoje od žice čiji su sastav, debljina i duljina prilagođeni kako bi se proizvela razina otpora koja uzrokuje njihovo topljenje od topline koja nastaje kada struja prijeđe određenu vrijednost. Time se prekida strujni krug i sprječava da struja uzrokuje oštećenje. Obično se koriste u utikačima i dolaze u različitim vrstama, kao što su 3-amp, 5-amp i 13-amp.
Detektori laži oslanjaju se na činjenicu da vodljivost ljudske kože uvelike povećava znoj koji sadrži ionske spojeve, poput soli. Subjekt je spojen na uređaj koji propušta malu struju preko kože i mjeri njezinu vrijednost. Ideja je da ležanje povećava količinu znojenja, što povećava vodljivost kože i rezultira većom strujom.
prijenosi
Da bi se električna energija mogla prenositi iz generacionih stanica u domove, potrebno je da putuje na velike udaljenosti putem dalekovoda. To bi ga učinilo nepraktičnim pri naponima pri kojima se električna energija u početku proizvodi, jer bi se previše energije izgubilo kroz otpor kabela. Iz tog razloga, transformatori se koriste za značajno povećanje napona za prijenos, minimizirajući gubitak energije. Napon se ponovno smanjuje transformatorima u blizini kuća koje se napajaju.