電気抵抗コンバーター
電気抵抗:量子コンダクタンスから完全な絶縁体まで
ゼロ抵抗の超伝導体からテラオームに達する絶縁体まで、電気抵抗は27桁の大きさに及びます。電子工学、量子物理学、材料科学にわたる抵抗測定の魅力的な世界を探求し、オーム、ジーメンス、量子抵抗を含む19以上の単位間の変換をマスターしましょう。ゲオルク・オームの1827年の発見から2019年の量子定義標準まで。
電気抵抗の基礎
抵抗とは?
抵抗は電気の流れに逆らう力で、電気における摩擦のようなものです。抵抗が高いほど、電流は流れにくくなります。単位はオーム (Ω) です。すべての物質には抵抗があり、電線でさえも例外ではありません。ゼロ抵抗は超伝導体でのみ実現します。
- 1オーム = 1ボルト/アンペア (1 Ω = 1 V/A)
- 抵抗は電流を制限する (R = V/I)
- 導体:低いR(銅 ≈ 0.017 Ω·mm²/m)
- 絶縁体:高いR(ゴム > 10¹³ Ω·m)
抵抗 vs コンダクタンス
コンダクタンス (G) = 1/抵抗。単位はジーメンス (S) です。1 S = 1/Ω。同じことを説明する2つの方法:高い抵抗 = 低いコンダクタンス。便利な方を使ってください!
- コンダクタンス G = 1/R (ジーメンス)
- 1 S = 1 Ω⁻¹ (逆数)
- 高いR → 低いG (絶縁体)
- 低いR → 高いG (導体)
温度依存性
抵抗は温度によって変化します!金属:熱でRが増加(正の温度係数)。半導体:熱でRが減少(負の温度係数)。超伝導体:臨界温度以下でR = 0。
- 金属:+0.3-0.6%/°C(銅 +0.39%/°C)
- 半導体:温度とともに減少
- NTCサーミスタ:負の係数
- 超伝導体:Tc以下でR = 0
- 抵抗 = 電流への抵抗 (1 Ω = 1 V/A)
- コンダクタンス = 1/抵抗 (ジーメンスで測定)
- 抵抗が高いほど、同じ電圧で流れる電流は少ない
- 温度は抵抗に影響する (金属 R↑, 半導体 R↓)
抵抗測定の歴史的進化
電気に関する初期の実験 (1600-1820)
抵抗が理解される前、科学者たちはなぜ物質によって電流が異なるのかを説明するのに苦労しました。初期の電池や粗雑な測定装置が、定量的な電気科学の基礎を築きました。
- 1600年: ウィリアム・ギルバートが「電気体」(絶縁体)と「非電気体」(導体)を区別
- 1729年: スティーヴン・グレイが物質の導電性と絶縁性を発見
- 1800年: アレッサンドロ・ボルタが電池を発明—最初の信頼できる定常電流源
- 1820年: ハンス・クリスチャン・エルステッドが電磁気学を発見し、電流の検出を可能に
- オーム以前: 抵抗は観測されたが定量化されず—「強い」電流と「弱い」電流
オームの法則と抵抗の誕生 (1827)
ゲオルク・オームは電圧、電流、抵抗の間の定量的関係を発見しました。彼の法則(V = IR)は画期的でしたが、当初は科学界から拒絶されました。
- 1827年: ゲオルク・オームが『Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet』を出版
- 発見: 電流は電圧に比例し、抵抗に反比例する (I = V/R)
- 当初の拒絶: ドイツの物理学界はそれを「裸の空想の網」と呼んだ
- オームの方法: 精密な測定のために熱電対とねじり検流計を使用
- 1841年: 王立協会がオームにコプリ・メダルを授与—14年後の名誉回復
- 遺産: オームの法則はすべての電気工学の基礎となる
標準化の時代 (1861-1893)
電気技術が爆発的に発展するにつれて、科学者たちは標準化された抵抗単位を必要としました。オームは現代の量子標準が登場する前に、物理的なアーティファクトを用いて定義されました。
- 1861年: 英国学術協会が「オーム」を抵抗の単位として採用
- 1861年: B.A.オームは、0℃で106 cm × 1 mm²の水銀柱の抵抗として定義
- 1881年: パリでの第1回国際電気会議が実用的なオームを定義
- 1884年: 国際会議がオーム = 10⁹ CGS電磁単位と定める
- 1893年: シカゴ会議がコンダクタンスに「モー」(℧) を採用(ohmを逆から綴ったもの)
- 問題: 水銀ベースの定義は実用的ではなかった—温度、純度が精度に影響
量子ホール効果の革命 (1980-2019)
量子ホール効果の発見は、基本定数に基づく抵抗の量子化を提供し、精密測定に革命をもたらしました。
- 1980年: クラウス・フォン・クリッツィングが量子ホール効果を発見
- 発見: 低温・高磁場下で抵抗が量子化される
- 量子抵抗: R_K = h/e² ≈ 25,812.807 Ω (フォン・クリッツィング定数)
- 精度: 10⁹分の1の精度—どの物理的アーティファクトよりも優れる
- 1985年: フォン・クリッツィングがノーベル物理学賞を受賞
- 1990年: 国際オームが量子ホール抵抗を用いて再定義
- 影響: すべての計測学研究所が独立して正確なオームを実現可能に
2019年SI再定義:定数から定義されるオーム
2019年5月20日、オームは素電荷(e)とプランク定数(h)を固定することに基づいて再定義され、宇宙のどこでも再現可能になりました。
- 新しい定義: 1 Ω = (h/e²) × (α/2) ここでαは微細構造定数
- 基づくもの: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C (厳密) および h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s (厳密)
- 結果: オームは今や量子力学から定義され、アーティファクトからではない
- フォン・クリッツィング定数: R_K = h/e² = 25,812.807... Ω (定義により厳密)
- 再現性: 量子ホール装置を持つどの研究所も正確なオームを実現可能
- すべてのSI単位: 今や基本定数に基づく—物理的なアーティファクトは残っていない
オームの量子定義は、電気測定における人類の最も精密な成果を表し、量子コンピューティングから超高感度センサーまでの技術を可能にします。
- 電子工学: 電圧基準や校正で0.01%未満の精度を可能に
- 量子デバイス: ナノ構造における量子コンダクタンスの測定
- 材料科学: 2D材料(グラフェン、トポロジカル絶縁体)の特性評価
- 計測学: 普遍的な標準—異なる国の研究所が同じ結果を得る
- 研究: 量子抵抗は基本的な物理理論を検証するために使用される
- 未来: 次世代の量子センサーとコンピューターを可能にする
記憶術と簡単な変換のコツ
簡単な暗算
- 1000のべき乗の法則: SI接頭辞の各ステップ = ×1000または÷1000 (MΩ → kΩ → Ω → mΩ)
- 抵抗-コンダクタンスの逆数: 10 Ω = 0.1 S; 1 kΩ = 1 mS; 1 MΩ = 1 µS
- オームの法則の三角形: 求めたいもの(V, I, R)を隠すと、残りが式を示す
- 並列の等しい抵抗: R_total = R/n (2つの10 kΩが並列 = 5 kΩ)
- 標準値: 1, 2.2, 4.7, 10, 22, 47のパターンが各桁で繰り返される (E12シリーズ)
- 2のべき乗: 1.2 mA, 2.4 mA, 4.8 mA... 各ステップで電流が倍増
抵抗カラーコードの記憶術
すべての電子工学の学生はカラーコードが必要です!実際に機能する(そして教室に適した)記憶術を紹介します。
- 古典的な記憶術: 「黒い(0)犬(1)と茶(2)色い猫(3)が橙(4)色の木(5)で緑(6)の葉(7)を見ていた青(8)い空(9)の下で」
- 数字: 黒=0, 茶=1, 赤=2, 橙=3, 黄=4, 緑=5, 青=6, 紫=7, 灰=8, 白=9
- 許容差: 金=±5%, 銀=±10%, 無し=±20%
- 簡単なパターン: 茶-黒-橙 = 10×10³ = 10 kΩ (最も一般的なプルアップ)
- LED用抵抗: 赤-赤-茶 = 220 Ω (古典的な5V LED電流制限器)
- 覚えておくこと: 最初の2つは数字、3つ目は乗数(加えるゼロの数)
オームの法則のクイックチェック
- V = IRの覚え方: 「電圧は抵抗と電流の積」 (V-I-Rの順)
- 簡単な5V計算: 5V ÷ 220Ω ≈ 23 mA (LED回路)
- 簡単な12V計算: 12V ÷ 1kΩ = 12 mA ちょうど
- 簡単な電力チェック: 1Ωを1A流れる = 1W ちょうど (P = I²R)
- 分圧: V_out = V_in × (R2/(R1+R2)) 直列抵抗の場合
- 分流: I_out = I_in × (R_other/R_total) 並列の場合
実用的な回路のルール
- プルアップ抵抗: 10 kΩは魔法の数字(十分強く、電流が多すぎない)
- LEDの電流制限: 5Vには220-470 Ωを使い、他の電圧にはオームの法則で調整
- I²Cバス: 100 kHzには4.7 kΩの標準プルアップ、400 kHzには2.2 kΩ
- 高インピーダンス: 回路を負荷しないように入力インピーダンスは>1 MΩ
- 低い接触抵抗: 電源接続には<100 mΩ、信号には<1 Ωが許容範囲
- 接地: 安全性とノイズ耐性のために地面への抵抗は<1 Ω
- 並列の混同: 2つの10 Ωが並列 = 5 Ω (20 Ωではない!)。1/R_total = 1/R1 + 1/R2を使う
- 電力定格: 1/4 Wの抵抗に1 Wの電力がかかると = 魔法の煙!P = I²RまたはV²/Rを計算する
- 温度係数: 精密回路には低温係数(<50 ppm/°C)の抵抗が必要、標準の±5%ではない
- 許容差の積み重ね: 5つの5%抵抗が25%の誤差を生むことも!分圧には1%を使う
- AC vs DC: 高周波ではインダクタンスとキャパシタンスが重要(インピーダンス ≠ 抵抗)
- 接触抵抗: 腐食したコネクタはかなりの抵抗を追加—きれいな接触が重要!
抵抗のスケール:量子から無限まで
| スケール / 抵抗 | 代表的な単位 | 典型的な用途 | 例 |
|---|---|---|---|
| 0 Ω | 完全導体 | 臨界温度以下の超伝導体 | 77 KのYBCO、4 KのNb — 抵抗は厳密にゼロ |
| 25.8 kΩ | 抵抗の量子 (h/e²) | 量子ホール効果、抵抗計測学 | フォン・クリッツィング定数 R_K — 基本的な限界 |
| 1-100 µΩ | マイクロオーム (µΩ) | 接触抵抗、ワイヤ接続 | 大電流接点、シャント抵抗器 |
| 1-100 mΩ | ミリオーム (mΩ) | 電流検出、ワイヤ抵抗 | 12 AWG銅線 ≈ 5 mΩ/m; シャント 10-100 mΩ |
| 1-100 Ω | オーム (Ω) | LED電流制限、低値抵抗器 | 220 Ω LED抵抗器、50 Ω同軸ケーブル |
| 1-100 kΩ | キロオーム (kΩ) | 標準抵抗器、プルアップ、分圧器 | 10 kΩプルアップ(最も一般的)、4.7 kΩ I²C |
| 1-100 MΩ | メガオーム (MΩ) | 高インピーダンス入力、絶縁試験 | 10 MΩマルチメータ入力、1 MΩスコーププローブ |
| 1-100 GΩ | ギガオーム (GΩ) | 優れた絶縁、エレクトロメータ測定 | ケーブル絶縁 >10 GΩ/km、イオンチャネル測定 |
| 1-100 TΩ | テラオーム (TΩ) | ほぼ完全な絶縁体 | テフロン >10 TΩ、破壊前の真空 |
| ∞ Ω | 無限抵抗 | 理想的な絶縁体、開回路 | 理論的な完全絶縁体、エアギャップ(破壊前) |
単位系の説明
SI単位 — オーム
オーム (Ω) は抵抗のSI派生単位です。ゲオルク・オーム(オームの法則)にちなんで名付けられました。V/Aとして定義されます。フェムトからテラまでの接頭辞がすべての実用範囲をカバーします。
- 1 Ω = 1 V/A (厳密な定義)
- TΩ, GΩは絶縁抵抗用
- kΩ, MΩは一般的な抵抗器用
- mΩ, µΩ, nΩはワイヤ、接点用
コンダクタンス — ジーメンス
ジーメンス (S) はオームの逆数です。1 S = 1/Ω = 1 A/V。ヴェルナー・フォン・ジーメンスにちなんで名付けられました。以前は「モー」(ohmの逆)と呼ばれていました。並列回路に便利です。
- 1 S = 1/Ω = 1 A/V
- 旧名: モー (℧)
- kSは非常に低い抵抗用
- mS, µSは中程度のコンダクタンス用
古いCGS単位
アブオーム (EMU) とスタットオーム (ESU) は古いCGS系からのものです。今日ではめったに使用されません。1 abΩ = 10⁻⁹ Ω (極小)。1 statΩ ≈ 8.99×10¹¹ Ω (巨大)。SIオームが標準です。
- 1アブオーム = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ (EMU)
- 1スタットオーム ≈ 8.99×10¹¹ Ω (ESU)
- 廃止; SIオームは普遍的
- 古い物理学の教科書にのみ記載
抵抗の物理学
オームの法則
V = I × R (電圧 = 電流 × 抵抗)。基本的な関係式です。2つを知っていれば3つ目が見つかります。抵抗器に対しては線形です。電力損失 P = I²R = V²/R。
- V = I × R (電流からの電圧)
- I = V / R (電圧からの電流)
- R = V / I (測定からの抵抗)
- 電力: P = I²R = V²/R (熱)
直列と並列
直列: R_total = R₁ + R₂ + R₃... (抵抗は足し算)。並列: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂... (逆数は足し算)。並列の場合はコンダクタンスを使います: G_total = G₁ + G₂。
- 直列: R_tot = R₁ + R₂ + R₃
- 並列: 1/R_tot = 1/R₁ + 1/R₂
- 並列コンダクタンス: G_tot = G₁ + G₂
- 2つの等しいRが並列: R_tot = R/2
抵抗率と形状
R = ρL/A (抵抗 = 抵抗率 × 長さ / 断面積)。材料の特性 (ρ) + 形状。長くて細いワイヤはRが高い。短くて太いワイヤはRが低い。銅: ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m。
- R = ρ × L / A (形状の式)
- ρ = 抵抗率 (材料の特性)
- L = 長さ, A = 断面積
- 銅のρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m
抵抗のベンチマーク
| 文脈 | 抵抗 | 注記 |
|---|---|---|
| 超伝導体 | 0 Ω | 臨界温度以下 |
| 量子抵抗 | ~26 kΩ | h/e² = 基本定数 |
| 銅線 (1m, 1mm²) | ~17 mΩ | 室温 |
| 接触抵抗 | 10 µΩ - 1 Ω | 圧力、材料に依存 |
| LED電流抵抗器 | 220-470 Ω | 典型的な5V回路 |
| プルアップ抵抗器 | 10 kΩ | デジタルロジックの一般的な値 |
| マルチメータ入力 | 10 MΩ | 典型的なDMM入力インピーダンス |
| 人体 (乾燥) | 1-100 kΩ | 手から手、乾燥した皮膚 |
| 人体 (湿潤) | ~1 kΩ | 湿った皮膚、危険 |
| 絶縁 (良好) | >10 GΩ | 電気絶縁試験 |
| エアギャップ (1 mm) | >10¹² Ω | 破壊前 |
| ガラス | 10¹⁰-10¹⁴ Ω·m | 優れた絶縁体 |
| テフロン | >10¹³ Ω·m | 最高の絶縁体の一つ |
一般的な抵抗値
| 抵抗 | カラーコード | 一般的な用途 | 典型的な電力 |
|---|---|---|---|
| 10 Ω | 茶-黒-黒 | 電流検出、電力 | 1-5 W |
| 100 Ω | 茶-黒-茶 | 電流制限 | 1/4 W |
| 220 Ω | 赤-赤-茶 | LED電流制限 (5V) | 1/4 W |
| 470 Ω | 黄-紫-茶 | LED電流制限 | 1/4 W |
| 1 kΩ | 茶-黒-赤 | 汎用、分圧 | 1/4 W |
| 4.7 kΩ | 黄-紫-赤 | プルアップ/ダウン、I²C | 1/4 W |
| 10 kΩ | 茶-黒-橙 | プルアップ/ダウン (最も一般的) | 1/4 W |
| 47 kΩ | 黄-紫-橙 | 高Z入力、バイアス | 1/8 W |
| 100 kΩ | 茶-黒-黄 | 高インピーダンス、タイミング | 1/8 W |
| 1 MΩ | 茶-黒-緑 | 非常に高いインピーダンス | 1/8 W |
実世界での応用
電子工学と回路
抵抗器: 1 Ωから10 MΩが一般的。プルアップ/ダウン: 10 kΩが一般的。電流制限: LEDには220-470 Ω。分圧器: kΩの範囲。精密抵抗器: 0.01%の許容差。
- 標準抵抗器: 1 Ω - 10 MΩ
- プルアップ/プルダウン: 1-100 kΩ
- LED電流制限: 220-470 Ω
- 精度: 0.01%の許容差が利用可能
電力と測定
シャント抵抗器: mΩの範囲(電流検出)。ワイヤ抵抗: 1メートルあたりµΩからmΩ。接触抵抗: µΩからΩ。ケーブルインピーダンス: 50-75 Ω (RF)。接地: <1 Ωが必要。
- 電流シャント: 0.1-100 mΩ
- ワイヤ: 13 mΩ/m (22 AWG銅)
- 接触抵抗: 10 µΩ - 1 Ω
- 同軸: 50 Ω, 75 Ωが標準
極端な抵抗
超伝導体: R = 0 厳密に (Tc以下)。絶縁体: TΩ (10¹² Ω) の範囲。人間の皮膚: 1 kΩ - 100 kΩ (乾燥)。静電気: GΩの測定。真空: 無限R (理想的な絶縁体)。
- 超伝導体: R = 0 Ω (T < Tc)
- 絶縁体: GΩからTΩ
- 人体: 1-100 kΩ (乾燥した皮膚)
- エアギャップ: >10¹⁴ Ω (破壊電圧 ~3 kV/mm)
簡単な変換計算
SI接頭辞の簡単な変換
各接頭辞のステップ = ×1000または÷1000。MΩ → kΩ: ×1000。kΩ → Ω: ×1000。Ω → mΩ: ×1000。
- MΩ → kΩ: 1,000を掛ける
- kΩ → Ω: 1,000を掛ける
- Ω → mΩ: 1,000を掛ける
- 逆: 1,000で割る
抵抗 ↔ コンダクタンス
G = 1/R (コンダクタンス = 1/抵抗)。R = 1/G。10 Ω = 0.1 S。1 kΩ = 1 mS。1 MΩ = 1 µS。逆数の関係!
- G = 1/R (ジーメンス = 1/オーム)
- 10 Ω = 0.1 S
- 1 kΩ = 1 mS
- 1 MΩ = 1 µS
オームの法則のクイックチェック
R = V / I。電圧と電流がわかれば抵抗がわかる。5Vで20 mA = 250 Ω。12Vで3 A = 4 Ω。
- R = V / I (オーム = ボルト ÷ アンペア)
- 5V ÷ 0.02A = 250 Ω
- 12V ÷ 3A = 4 Ω
- 覚えておくこと: 電圧を電流で割る
変換の仕組み
- ステップ1: ソース → オームにtoBase係数を使用して変換
- ステップ2: オーム → 目標に目標のtoBase係数を使用して変換
- コンダクタンス: 逆数を使用 (1 S = 1/1 Ω)
- 健全性チェック: 1 MΩ = 1,000,000 Ω, 1 mΩ = 0.001 Ω
- 覚えておくこと: Ω = V/A (オームの法則による定義)
一般的な変換リファレンス
| から | へ | 乗算 | 例 |
|---|---|---|---|
| Ω | kΩ | 0.001 | 1000 Ω = 1 kΩ |
| kΩ | Ω | 1000 | 1 kΩ = 1000 Ω |
| kΩ | MΩ | 0.001 | 1000 kΩ = 1 MΩ |
| MΩ | kΩ | 1000 | 1 MΩ = 1000 kΩ |
| Ω | mΩ | 1000 | 1 Ω = 1000 mΩ |
| mΩ | Ω | 0.001 | 1000 mΩ = 1 Ω |
| Ω | S | 1/R | 10 Ω = 0.1 S (逆数) |
| kΩ | mS | 1/R | 1 kΩ = 1 mS (逆数) |
| MΩ | µS | 1/R | 1 MΩ = 1 µS (逆数) |
| Ω | V/A | 1 | 5 Ω = 5 V/A (同一) |
簡単な例
計算問題
LEDの電流制限
5V電源、LEDは20 mAを必要とし、順方向電圧は2V。抵抗は?
電圧降下 = 5V - 2V = 3V。R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150 Ω。標準の220 Ωを使用(より安全、少ない電流)。
並列抵抗
2つの10 kΩ抵抗が並列。合計抵抗は?
等しい並列: R_tot = R/2 = 10kΩ/2 = 5 kΩ。または: 1/R = 1/10k + 1/10k = 2/10k → R = 5 kΩ。
電力損失
10 Ωの抵抗に12V。電力は?
P = V²/R = (12V)² / 10Ω = 144/10 = 14.4 W。15W以上の抵抗を使用!また: I = 12/10 = 1.2A。
避けるべき一般的な間違い
- **並列抵抗の混同**: 2つの10 Ωが並列 ≠ 20 Ω!5 Ωです (1/R = 1/10 + 1/10)。並列は常に合計Rを減らします。
- **電力定格が重要**: 1/4 Wの抵抗に14 Wの電力がかかると = 煙!P = V²/RまたはP = I²Rを計算します。2〜5倍の安全マージンを使用してください。
- **温度係数**: 抵抗は温度によって変化します。精密回路には低温係数の抵抗(<50 ppm/°C)が必要です。
- **許容差の積み重ね**: 複数の5%抵抗が大きな誤差を蓄積することがあります。精密な分圧器には1%または0.1%を使用してください。
- **接触抵抗**: 大電流や低電圧では接続抵抗を無視しないでください。接点を清掃し、適切なコネクタを使用してください。
- **並列のコンダクタンス**: 並列抵抗を追加しますか?コンダクタンス (G = 1/R) を使用してください。G_total = G₁ + G₂ + G₃。はるかに簡単です!
抵抗に関する魅力的な事実
抵抗の量子は25.8 kΩ
「抵抗の量子」h/e² ≈ 25,812.807 Ωは基本定数です。量子スケールでは、抵抗はこの値の倍数で現れます。精密な抵抗標準のために量子ホール効果で使用されます。
超伝導体はゼロ抵抗
臨界温度(Tc)以下では、超伝導体は厳密にR = 0です。電流は損失なく永久に流れます。一度始まると、超伝導ループは電力なしで何年も電流を維持します。強力な磁石(MRI、粒子加速器)を可能にします。
雷は一時的なプラズマ経路を作成
落雷中、雷の経路の抵抗は約1 Ωに低下します。空気は通常>10¹⁴ Ωですが、イオン化されたプラズマは導電性です。経路は30,000 K(太陽表面の5倍)に加熱されます。プラズマが冷えると抵抗が増加し、複数のパルスが発生します。
表皮効果はAC抵抗を変化させる
高周波では、AC電流は導体の表面のみを流れます。実効抵抗は周波数とともに増加します。1 MHzでは、銅線のRはDCの100倍高くなります!これにより、RFエンジニアはより太いワイヤや特殊な導体を使用する必要があります。
人体の抵抗は100倍変化する
乾燥した皮膚: 100 kΩ。濡れた皮膚: 1 kΩ。体内部: ~300 Ω。これが浴室での感電が致命的である理由です。濡れた皮膚(1 kΩ)に120 V = 120 mAの電流—致命的。同じ電圧、乾燥した皮膚(100 kΩ) = 1.2 mA—ピリピリ感。
標準抵抗値は対数的
E12シリーズ(10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82)は各桁を約20%のステップでカバーします。E24シリーズは約10%のステップを提供します。E96は約1%を提供します。線形ではなく幾何級数に基づいています—電気技術者による素晴らしい発明です!
歴史的進化
1827
ゲオルク・オームがV = IRを発表。オームの法則は抵抗を定量的に記述します。当初、ドイツの物理学界から「裸の空想の網」として拒絶されました。
1861
英国学術協会が「オーム」を抵抗の単位として採用。0℃で長さ106 cm、断面積1 mm²の水銀柱の抵抗として定義されました。
1881
第1回国際電気会議が実用的なオームを定義。法的オーム = 10⁹ CGS単位。ゲオルク・オーム(彼の死後25年)にちなんで名付けられました。
1893
国際電気会議がコンダクタンスに「モー」(オームの逆)を採用。後に1971年に「ジーメンス」に置き換えられました。
1908
ヘイケ・カメルリング・オネスがヘリウムを液化。低温物理学の実験を可能にします。1911年に超伝導(ゼロ抵抗)を発見しました。
1911
超伝導が発見されました!水銀の抵抗は4.2 K以下でゼロに低下します。抵抗と量子物理学の理解に革命をもたらしました。
1980
量子ホール効果が発見されました。抵抗はh/e² ≈ 25.8 kΩの単位で量子化されます。超高精度の抵抗標準を提供します(10⁹分の1の精度)。
2019
SIの再定義:オームは現在、基本定数(素電荷e、プランク定数h)から定義されています。1 Ω = (h/e²) × (α/2) ここでαは微細構造定数です。
プロのヒント
- **kΩからΩへ素早く**: 1000を掛ける。4.7 kΩ = 4700 Ω。
- **並列の等しい抵抗**: R_total = R/n。2つの10 kΩ = 5 kΩ。3つの15 kΩ = 5 kΩ。
- **標準値**: E12/E24シリーズを使用。4.7, 10, 22, 47 kΩが最も一般的。
- **電力定格を確認**: P = V²/RまたはI²R。信頼性のために2〜5倍のマージンを使用。
- **カラーコードのコツ**: 茶(1)-黒(0)-赤(×100) = 1000 Ω = 1 kΩ。金の帯 = 5%。
- **並列のコンダクタンス**: G_total = G₁ + G₂。1/Rの式よりはるかに簡単!
- **科学表記法の自動表示**: 読みやすさのために、< 1 µΩまたは> 1 GΩの値は科学表記法で表示されます。
完全な単位リファレンス
SI単位
| 単位名 | 記号 | オーム相当 | 使用上の注意 |
|---|---|---|---|
| オーム | Ω | 1 Ω (base) | SI派生単位; 1 Ω = 1 V/A (厳密)。ゲオルク・オームにちなんで名付けられた。 |
| テラオーム | TΩ | 1.0 TΩ | 絶縁抵抗 (10¹² Ω)。優れた絶縁体、エレクトロメータ測定。 |
| ギガオーム | GΩ | 1.0 GΩ | 高い絶縁抵抗 (10⁹ Ω)。絶縁試験、漏れ測定。 |
| メガオーム | MΩ | 1.0 MΩ | 高インピーダンス回路 (10⁶ Ω)。マルチメータ入力 (典型的には10 MΩ)。 |
| キロオーム | kΩ | 1.0 kΩ | 一般的な抵抗器 (10³ Ω)。プルアップ/ダウン抵抗器、汎用。 |
| ミリオーム | mΩ | 1.0000 mΩ | 低い抵抗 (10⁻³ Ω)。ワイヤ抵抗、接触抵抗、シャント。 |
| マイクロオーム | µΩ | 1.0000 µΩ | 非常に低い抵抗 (10⁻⁶ Ω)。接触抵抗、精密測定。 |
| ナノオーム | nΩ | 1.000e-9 Ω | 超低抵抗 (10⁻⁹ Ω)。超伝導体、量子デバイス。 |
| ピコオーム | pΩ | 1.000e-12 Ω | 量子スケールの抵抗 (10⁻¹² Ω)。精密計測学、研究。 |
| フェムトオーム | fΩ | 1.000e-15 Ω | 理論的な量子限界 (10⁻¹⁵ Ω)。研究用途のみ。 |
| ボルト/アンペア | V/A | 1 Ω (base) | オームと同等: 1 Ω = 1 V/A。オームの法則による定義を示す。 |
コンダクタンス
| 単位名 | 記号 | オーム相当 | 使用上の注意 |
|---|---|---|---|
| ジーメンス | S | 1/ Ω (reciprocal) | コンダクタンスのSI単位 (1 S = 1/Ω = 1 A/V)。ヴェルナー・フォン・ジーメンスにちなんで名付けられた。 |
| キロジーメンス | kS | 1/ Ω (reciprocal) | 非常に低い抵抗のコンダクタンス (10³ S = 1/mΩ)。超伝導体、低R材料。 |
| ミリジーメンス | mS | 1/ Ω (reciprocal) | 中程度のコンダクタンス (10⁻³ S = 1/kΩ)。kΩ範囲の並列計算に便利。 |
| マイクロジーメンス | µS | 1/ Ω (reciprocal) | 低いコンダクタンス (10⁻⁶ S = 1/MΩ)。高インピーダンス、絶縁測定。 |
| モー | ℧ | 1/ Ω (reciprocal) | ジーメンスの旧名 (℧ = オームの逆)。1 mho = 1 S 厳密に。 |
レガシー&科学
| 単位名 | 記号 | オーム相当 | 使用上の注意 |
|---|---|---|---|
| アブオーム (EMU) | abΩ | 1.000e-9 Ω | CGS-EMU単位 = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ。廃止された電磁単位。 |
| スタットオーム (ESU) | statΩ | 898.8 GΩ | CGS-ESU単位 ≈ 8.99×10¹¹ Ω。廃止された静電単位。 |
よくある質問
抵抗とコンダクタンスの違いは何ですか?
抵抗(R)は電流の流れに逆らう力で、オーム(Ω)で測定されます。コンダクタンス(G)はその逆数です: G = 1/R、ジーメンス(S)で測定されます。高い抵抗 = 低いコンダクタンス。これらは同じ特性を逆の視点から説明しています。直列回路には抵抗を、並列回路にはコンダクタンスを使用してください(計算が簡単です)。
なぜ金属の抵抗は温度とともに増加するのですか?
金属では、電子は結晶格子を通って流れます。温度が高いほど、原子はより多く振動し、電子との衝突が増え、抵抗が高くなります。典型的な金属は+0.3から+0.6%/°Cです。銅: +0.39%/°C。これが「正の温度係数」です。半導体は逆の効果を持ちます(負の係数)。
並列の合計抵抗を計算するにはどうすればよいですか?
逆数を使用します: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃... 2つの等しい抵抗の場合: R_total = R/2。簡単な方法: コンダクタンスを使用してください!G_total = G₁ + G₂ (ただ足すだけ)。その後、R_total = 1/G_total。例: 10 kΩと10 kΩが並列 = 5 kΩ。
許容差と温度係数の違いは何ですか?
許容差 = 製造上のばらつき(±1%, ±5%)。室温での固定誤差。温度係数(tempco) = Rが°Cあたりどれだけ変化するか(ppm/°C)。50 ppm/°Cは1度あたり0.005%の変化を意味します。両方とも精密回路で重要です。安定した動作のためには低温係数の抵抗(<25 ppm/°C)が必要です。
なぜ標準抵抗値は対数的(10, 22, 47)なのですか?
E12シリーズは幾何級数で約20%のステップを使用します。各値は前の値の約1.21倍です(10の12乗根)。これにより、すべての桁にわたって均一なカバレッジが保証されます。5%の許容差では、隣接する値が重なります。素晴らしい設計です!E24(10%ステップ)、E96(1%ステップ)も同じ原則を使用します。これにより、分圧器やフィルターが予測可能になります。
抵抗は負になることがありますか?
受動部品では、いいえ—抵抗は常に正です。ただし、能動回路(オペアンプ、トランジスタ)は、電圧を上げると電流が減少する「負性抵抗」の挙動を示すことがあります。発振器や増幅器で使用されます。トンネルダイオードは、特定の電圧範囲で自然に負性抵抗を示します。しかし、真の受動Rは常に> 0です。