0.1 Wat is elektrische weerstand?

Het woord weerstand heeft verschillende betekenissen:

(a)
In een elektronicawinkel kan je weerstanden kopen.
(b)
In een broodrooster lichten weerstanden op en roosteren ze het brood.
(c)
Als je een bad genomen hebt en je huid is nog vochtig, dan is de weerstand van je huid erg laag, waardoor je kwetsbaarder bent voor elektrocutie.

In deze voorbeelden wordt het begrip (elektrische) weerstand gebruikt in twee betekenissen: in de eerste twee voorbeelden wordt een voorwerp (een ’component’) bedoeld, zoals die in vele elektrische toestellen gebruikt wordt in het laatste voorbeeld wordt de fysische grootheid weerstand, symbool bedoeld.

Wat verstaan we onder de fysische grootheid ‘weerstand’?

We bekijken onderstaande opstelling:

  Figuur 1 – De stroompijl en spanningspijl wijzen bij een weerstand tegengesteld aan mekaar.  

Tussen de punten en is een draad gespannen (een ‘weerstand’). De spanning is

De bron houdt die spanning constant. Punt is met de pluspool van de bron verbonden en heeft de hoogste potentiaal. Bijgevolg is de spanning positief. Die positieve spanning noemen we de spanning over de weerstand, symbool . Als er geen verwarring mogelijk is, gebruiken we gewoon .

Doordat de kring gesloten is, loopt er een stroom door de weerstandsdraad. Is de draad een goede geleider, dan stroomt een grote stroom door de draad. Bij andere draden is de stroom minder groot omdat de draad een slechte geleider is.

Meestal beschouwt men niet de geleiding van een draad, maar de (elektrische) weerstand . Dat is het omgekeerde van de geleiding.

De weerstand van een draad is de spanning die nodig is per ampère stroomsterkte.

Symbool:

Uit de definitie volgt dat weerstand - net zoals spanning - altijd gemeten wordt tussen twee punten.

0.2 De wet van Ohm

We onderzoeken het verband tussen de stroom door en de spanning over een component. We gebruiken een regelbare bron.

Onderzoek van een weerstand of geleider

We meten bij verschillende waarden voor de stroom door de weerstand de waarde van de spanning over de weerstand.

(A) (V)

Dit betekent dat

Vermits betekent dit

De geleiding of weerstand hangt niet af van de spanning die over de weerstand staat. Dit blijkt ook uit de grafiek: de helling is overal even groot. De helling van de -grafiek is een maat voor de weerstand.

0.3 De wet van Pouillet

Via de wet van Ohm kan je door stroom en spanning te meten een waarde voor de weerstand van een stukje materiaal bepalen. Indien je een evenredigheidsconstante kan bepalen die de rechte evenredigheid tussen stroom en spanning bepaalt, ken je ook de weerstand van het opgemeten materiaal.

Er bestaat nog een tweede techniek om voor een zuivere stof de weerstand te bepalen. Daarom vragen we ons af welke factoren de weerstand van een draadvormige geleider bepalen.

Experimenteel kan je afleiden dat

(a)
de weerstand recht evenredig is met de lengte van de draad:
(b)
de weerstand omgekeerd evenredig is met de doorsnede van de draad:

Hieruit volgt

Als je die constante bepaalt, vind je dat ze afhangt van het materiaal waaruit de draad gemaakt is. Men noemt die constante de specifieke weerstand van het materiaal, symbool .

De specifieke weerstand van een materiaal wordt uitgedrukt in .

Hoe kleiner , hoe beter geleidend het materiaal is.

Opmerking: verwar de diameter van de draad niet met de doorsnede. De diameter is een lengte, de doorsnede een oppervlakte!