Penukar Rintangan Elektrik
Rintangan Elektrik: Daripada Konduktans Kuantum kepada Penebat Sempurna
Daripada superkonduktor dengan rintangan sifar kepada penebat yang mencapai teraohm, rintangan elektrik merangkumi 27 darjah magnitud. Terokai dunia pengukuran rintangan yang menarik merentasi elektronik, fizik kuantum, dan sains bahan, dan kuasai penukaran antara 19+ unit termasuk ohm, siemens, dan rintangan kuantum—daripada penemuan Georg Ohm pada tahun 1827 hingga piawaian yang ditakrifkan secara kuantum pada tahun 2019.
Asas Rintangan Elektrik
Apakah Rintangan?
Rintangan menentang arus elektrik, seperti geseran untuk elektrik. Rintangan lebih tinggi = lebih sukar untuk arus mengalir. Diukur dalam ohm (Ω). Setiap bahan mempunyai rintangan—malah wayar. Rintangan sifar hanya terdapat dalam superkonduktor.
- 1 ohm = 1 volt per ampere (1 Ω = 1 V/A)
- Rintangan mengehadkan arus (R = V/I)
- Konduktor: R rendah (kuprum ~0.017 Ω·mm²/m)
- Penebat: R tinggi (getah >10¹³ Ω·m)
Rintangan lwn Konduktans
Konduktans (G) = 1/Rintangan. Diukur dalam siemens (S). 1 S = 1/Ω. Dua cara untuk menerangkan perkara yang sama: rintangan tinggi = konduktans rendah. Gunakan mana yang lebih mudah!
- Konduktans G = 1/R (siemens)
- 1 S = 1 Ω⁻¹ (salingan)
- R tinggi → G rendah (penebat)
- R rendah → G tinggi (konduktor)
Ketergantungan Suhu
Rintangan berubah dengan suhu! Logam: R meningkat dengan haba (pekali suhu positif). Semikonduktor: R menurun dengan haba (negatif). Superkonduktor: R = 0 di bawah suhu kritikal.
- Logam: +0.3-0.6% setiap °C (kuprum +0.39%/°C)
- Semikonduktor: menurun dengan suhu
- Termistor NTC: pekali negatif
- Superkonduktor: R = 0 di bawah Tc
- Rintangan = penentangan terhadap arus (1 Ω = 1 V/A)
- Konduktans = 1/rintangan (diukur dalam siemens)
- Rintangan lebih tinggi = arus lebih rendah untuk voltan yang sama
- Suhu mempengaruhi rintangan (logam R↑, semikonduktor R↓)
Evolusi Sejarah Pengukuran Rintangan
Eksperimen Awal dengan Elektrik (1600-1820)
Sebelum rintangan difahami, saintis bergelut untuk menerangkan mengapa arus berbeza dalam bahan yang berbeza. Bateri awal dan peranti pengukur kasar meletakkan asas bagi sains elektrik kuantitatif.
- 1600: William Gilbert membezakan 'elektrik' (penebat) daripada 'bukan elektrik' (konduktor)
- 1729: Stephen Gray menemui kekonduksian elektrik lwn penebat dalam bahan
- 1800: Alessandro Volta mencipta bateri—sumber arus tetap yang boleh dipercayai pertama
- 1820: Hans Christian Ørsted menemui elektromagnetisme, membolehkan pengesanan arus
- Sebelum Ohm: Rintangan diperhatikan tetapi tidak dikuantifikasi—arus 'kuat' lwn 'lemah'
Revolusi Hukum Ohm dan Kelahiran Rintangan (1827)
Georg Ohm menemui hubungan kuantitatif antara voltan, arus, dan rintangan. Hukumnya (V = IR) adalah revolusioner tetapi pada mulanya ditolak oleh penubuhan saintifik.
- 1827: Georg Ohm menerbitkan 'Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet'
- Penemuan: Arus adalah berkadar terus dengan voltan, dan berkadar songsang dengan rintangan (I = V/R)
- Penolakan awal: Komuniti fizik Jerman memanggilnya 'sarang fantasi telanjang'
- Kaedah Ohm: Menggunakan termogandingan dan galvanometer kilasan untuk pengukuran yang tepat
- 1841: Royal Society menganugerahkan Ohm Pingat Copley—pembuktian 14 tahun kemudian
- Legasi: Hukum Ohm menjadi asas semua kejuruteraan elektrik
Era Penyeragaman (1861-1893)
Apabila teknologi elektrik meletup, saintis memerlukan unit rintangan yang diseragamkan. Ohm ditakrifkan menggunakan artifak fizikal sebelum piawaian kuantum moden.
- 1861: Persatuan British menerima pakai 'ohm' sebagai unit rintangan
- 1861: B.A. ohm ditakrifkan sebagai rintangan turus merkuri 106 cm × 1 mm² pada 0°C
- 1881: Kongres Elektrik Antarabangsa Pertama di Paris mentakrifkan ohm praktikal
- 1884: Persidangan Antarabangsa menetapkan ohm = 10⁹ unit elektromagnet CGS
- 1893: Kongres Chicago menerima pakai 'mho' (℧) untuk konduktans (ohm dieja terbalik)
- Masalah: Definisi berasaskan merkuri tidak praktikal—suhu, ketulenan menjejaskan ketepatan
Revolusi Kesan Hall Kuantum (1980-2019)
Penemuan kesan Hall kuantum menyediakan pengkuantitian rintangan berdasarkan pemalar asas, merevolusikan pengukuran ketepatan.
- 1980: Klaus von Klitzing menemui kesan Hall kuantum
- Penemuan: Pada suhu rendah + medan magnet tinggi, rintangan dikuantitikan
- Rintangan kuantum: R_K = h/e² ≈ 25,812.807 Ω (pemalar von Klitzing)
- Ketepatan: Tepat sehingga 1 bahagian dalam 10⁹—lebih baik daripada mana-mana artifak fizikal
- 1985: Von Klitzing memenangi Hadiah Nobel dalam Fizik
- 1990: Ohm antarabangsa ditakrifkan semula menggunakan rintangan Hall kuantum
- Kesan: Setiap makmal metrologi boleh merealisasikan ohm yang tepat secara bebas
Takrifan Semula SI 2019: Ohm daripada Pemalar
Pada 20 Mei 2019, ohm ditakrifkan semula berdasarkan penetapan cas asas (e) dan pemalar Planck (h), menjadikannya boleh dihasilkan semula di mana sahaja di alam semesta.
- Takrifan baharu: 1 Ω = (h/e²) × (α/2) di mana α ialah pemalar struktur halus
- Berdasarkan: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C (tepat) dan h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s (tepat)
- Hasil: Ohm kini ditakrifkan daripada mekanik kuantum, bukan artifak
- Pemalar von Klitzing: R_K = h/e² = 25,812.807... Ω (tepat mengikut takrifan)
- Kebolehulangan: Mana-mana makmal dengan persediaan Hall kuantum boleh merealisasikan ohm yang tepat
- Semua unit SI: Kini berdasarkan pemalar asas—tiada artifak fizikal yang tinggal
Takrifan kuantum ohm mewakili pencapaian paling tepat manusia dalam pengukuran elektrik, membolehkan teknologi daripada pengkomputeran kuantum hingga sensor ultra-sensitif.
- Elektronik: Membolehkan ketepatan di bawah 0.01% untuk rujukan voltan dan penentukuran
- Peranti kuantum: Pengukuran konduktans kuantum dalam nanostruktur
- Sains bahan: Pencirian bahan 2D (grafen, penebat topologi)
- Metrologi: Piawaian universal—makmal di negara berbeza mendapat hasil yang sama
- Penyelidikan: Rintangan kuantum digunakan untuk menguji teori fizik asas
- Masa Depan: Membolehkan generasi seterusnya sensor dan komputer kuantum
Bantuan Ingatan dan Trik Penukaran Pantas
Matematik Mental Mudah
- Peraturan kuasa 1000: Setiap langkah awalan SI = ×1000 atau ÷1000 (MΩ → kΩ → Ω → mΩ)
- Salingan rintangan-konduktans: 10 Ω = 0.1 S; 1 kΩ = 1 mS; 1 MΩ = 1 µS
- Segitiga hukum Ohm: Tutup apa yang anda mahu (V, I, R), yang tinggal menunjukkan formula
- Perintang sama selari: R_jumlah = R/n (dua 10 kΩ selari = 5 kΩ)
- Nilai standard: corak 1, 2.2, 4.7, 10, 22, 47 berulang setiap dekad (siri E12)
- Kuasa 2: 1.2 mA, 2.4 mA, 4.8 mA... arus berganda pada setiap langkah
Trik Ingatan Kod Warna Perintang
Setiap pelajar elektronik memerlukan kod warna! Berikut adalah mnemonik yang benar-benar berfungsi (dan sesuai untuk bilik darjah).
- Mnemonik klasik: 'Hitam, Coklat, Merah, Oren, Kuning, Hijau, Biru, Ungu, Kelabu, Putih' (0-9)
- Nombor: Hitam=0, Coklat=1, Merah=2, Oren=3, Kuning=4, Hijau=5, Biru=6, Ungu=7, Kelabu=8, Putih=9
- Toleransi: Emas=±5%, Perak=±10%, Tiada=±20%
- Corak pantas: Coklat-Hitam-Oren = 10×10³ = 10 kΩ (pull-up paling biasa)
- Perintang LED: Merah-Merah-Coklat = 220 Ω (penghad arus LED 5V klasik)
- Ingat: Dua yang pertama adalah digit, yang ketiga adalah pendarab (sifar untuk ditambah)
Semakan Pantas Hukum Ohm
- Ingatan V = IR: 'Voltan Ialah Rintangan darab arus' (V-I-R mengikut urutan)
- Pengiraan pantas 5V: 5V ÷ 220Ω ≈ 23 mA (litar LED)
- Pengiraan pantas 12V: 12V ÷ 1kΩ = 12 mA tepat
- Semakan kuasa pantas: 1A melalui 1Ω = 1W tepat (P = I²R)
- Pembahagi voltan: V_keluar = V_masuk × (R2/(R1+R2)) untuk perintang siri
- Pembahagi arus: I_keluar = I_masuk × (R_lain/R_jumlah) untuk selari
Peraturan Litar Praktikal
- Perintang pull-up: 10 kΩ adalah nombor ajaib (cukup kuat, tidak terlalu banyak arus)
- Penghad arus LED: Gunakan 220-470 Ω untuk 5V, laraskan dengan hukum Ohm untuk voltan lain
- Bas I²C: 4.7 kΩ pull-up standard untuk 100 kHz, 2.2 kΩ untuk 400 kHz
- Impedans tinggi: >1 MΩ untuk impedans masukan bagi mengelakkan litar terbeban
- Rintangan sentuhan rendah: <100 mΩ untuk sambungan kuasa, <1 Ω boleh diterima untuk isyarat
- Pembumian: <1 Ω rintangan ke bumi untuk keselamatan dan imuniti hingar
- Kekeliruan selari: Dua 10 Ω selari = 5 Ω (bukan 20 Ω!). Guna 1/R_jumlah = 1/R1 + 1/R2
- Kadar kuasa: Perintang 1/4 W dengan pelesapan 1 W = asap ajaib! Kira P = I²R atau V²/R
- Pekali suhu: Litar ketepatan memerlukan pekali suhu rendah (<50 ppm/°C), bukan standard ±5%
- Penimbunan toleransi: Lima perintang 5% boleh memberi ralat 25%! Guna 1% untuk pembahagi voltan
- AC lwn DC: Pada frekuensi tinggi, kearuhan dan kemuatan penting (impedans ≠ rintangan)
- Rintangan sentuhan: Penyambung berkarat menambah rintangan yang ketara—sentuhan bersih penting!
Skala Rintangan: Dari Kuantum hingga Tak Terhingga
| Skala / Rintangan | Unit Perwakilan | Aplikasi Biasa | Contoh |
|---|---|---|---|
| 0 Ω | Konduktor sempurna | Superkonduktor di bawah suhu kritikal | YBCO pada 77 K, Nb pada 4 K—rintangan sifar tepat |
| 25.8 kΩ | Kuantum rintangan (h/e²) | Kesan Hall kuantum, metrologi rintangan | Pemalar von Klitzing R_K—had asas |
| 1-100 µΩ | Mikroohm (µΩ) | Rintangan sentuhan, sambungan wayar | Sentuhan arus tinggi, perintang shunt |
| 1-100 mΩ | Miliohm (mΩ) | Pengesanan arus, rintangan wayar | Wayar tembaga 12 AWG ≈ 5 mΩ/m; shunt 10-100 mΩ |
| 1-100 Ω | Ohm (Ω) | Penghad arus LED, perintang nilai rendah | Perintang LED 220 Ω, kabel sepaksi 50 Ω |
| 1-100 kΩ | Kiloohm (kΩ) | Perintang standard, pull-up, pembahagi voltan | Pull-up 10 kΩ (paling biasa), 4.7 kΩ I²C |
| 1-100 MΩ | Megaohm (MΩ) | Input impedans tinggi, ujian penebat | Input multimeter 10 MΩ, prob skop 1 MΩ |
| 1-100 GΩ | Gigaohm (GΩ) | Penebat cemerlang, pengukuran elektrometer | Penebat kabel >10 GΩ/km, pengukuran saluran ion |
| 1-100 TΩ | Teraohm (TΩ) | Penebat hampir sempurna | Teflon >10 TΩ, vakum sebelum rosak |
| ∞ Ω | Rintangan tak terhingga | Penebat ideal, litar terbuka | Penebat teori sempurna, jurang udara (sebelum rosak) |
Sistem Unit Dijelaskan
Unit SI — Ohm
Ohm (Ω) adalah unit terbitan SI untuk rintangan. Dinamakan sempena Georg Ohm (hukum Ohm). Ditakrifkan sebagai V/A. Awalan dari femto hingga tera meliputi semua julat praktikal.
- 1 Ω = 1 V/A (takrifan tepat)
- TΩ, GΩ untuk rintangan penebat
- kΩ, MΩ untuk perintang biasa
- mΩ, µΩ, nΩ untuk wayar, sentuhan
Konduktans — Siemens
Siemens (S) adalah salingan ohm. 1 S = 1/Ω = 1 A/V. Dinamakan sempena Werner von Siemens. Dahulu dipanggil 'mho' (ohm terbalik). Berguna untuk litar selari.
- 1 S = 1/Ω = 1 A/V
- Nama lama: mho (℧)
- kS untuk rintangan sangat rendah
- mS, µS untuk konduktans sederhana
Unit CGS Warisan
Abohm (EMU) dan statohm (ESU) dari sistem CGS lama. Jarang digunakan hari ini. 1 abΩ = 10⁻⁹ Ω (kecil). 1 statΩ ≈ 8.99×10¹¹ Ω (besar). Ohm SI adalah standard.
- 1 abohm = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ (EMU)
- 1 statohm ≈ 8.99×10¹¹ Ω (ESU)
- Usang; ohm SI adalah universal
- Hanya dalam teks fizik lama
Fizik Rintangan
Hukum Ohm
V = I × R (voltan = arus × rintangan). Hubungan asas. Tahu mana-mana dua, cari yang ketiga. Linear untuk perintang. Pelesapan kuasa P = I²R = V²/R.
- V = I × R (voltan daripada arus)
- I = V / R (arus daripada voltan)
- R = V / I (rintangan daripada pengukuran)
- Kuasa: P = I²R = V²/R (haba)
Siri & Selari
Siri: R_jumlah = R₁ + R₂ + R₃... (rintangan ditambah). Selari: 1/R_jumlah = 1/R₁ + 1/R₂... (salingan ditambah). Untuk selari, guna konduktans: G_jumlah = G₁ + G₂.
- Siri: R_jumlah = R₁ + R₂ + R₃
- Selari: 1/R_jumlah = 1/R₁ + 1/R₂
- Konduktans selari: G_jumlah = G₁ + G₂
- Dua R sama selari: R_jumlah = R/2
Kerintangan & Geometri
R = ρL/A (rintangan = kerintangan × panjang / luas). Sifat bahan (ρ) + geometri. Wayar panjang dan nipis mempunyai R tinggi. Wayar pendek dan tebal mempunyai R rendah. Kuprum: ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m.
- R = ρ × L / A (formula geometri)
- ρ = kerintangan (sifat bahan)
- L = panjang, A = luas keratan rentas
- Kuprum ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m
Tanda Aras Rintangan
| Konteks | Rintangan | Nota |
|---|---|---|
| Superkonduktor | 0 Ω | Di bawah suhu kritikal |
| Rintangan kuantum | ~26 kΩ | h/e² = pemalar asas |
| Wayar tembaga (1m, 1mm²) | ~17 mΩ | Suhu bilik |
| Rintangan sentuhan | 10 µΩ - 1 Ω | Bergantung pada tekanan, bahan |
| Perintang arus LED | 220-470 Ω | Litar 5V biasa |
| Perintang pull-up | 10 kΩ | Nilai biasa untuk logik digital |
| Input multimeter | 10 MΩ | Impedans input DMM biasa |
| Badan manusia (kering) | 1-100 kΩ | Tangan ke tangan, kulit kering |
| Badan manusia (basah) | ~1 kΩ | Kulit basah, bahaya |
| Penebat (baik) | >10 GΩ | Ujian penebat elektrik |
| Jurang udara (1 mm) | >10¹² Ω | Sebelum pecah |
| Kaca | 10¹⁰-10¹⁴ Ω·m | Penebat cemerlang |
| Teflon | >10¹³ Ω·m | Salah satu penebat terbaik |
Nilai Perintang Biasa
| Rintangan | Kod Warna | Kegunaan Biasa | Kuasa Biasa |
|---|---|---|---|
| 10 Ω | Coklat-Hitam-Hitam | Pengesanan arus, kuasa | 1-5 W |
| 100 Ω | Coklat-Hitam-Coklat | Penghad arus | 1/4 W |
| 220 Ω | Merah-Merah-Coklat | Penghad arus LED (5V) | 1/4 W |
| 470 Ω | Kuning-Ungu-Coklat | Penghad arus LED | 1/4 W |
| 1 kΩ | Coklat-Hitam-Merah | Kegunaan am, pembahagi voltan | 1/4 W |
| 4.7 kΩ | Kuning-Ungu-Merah | Pull-up/down, I²C | 1/4 W |
| 10 kΩ | Coklat-Hitam-Oren | Pull-up/down (paling biasa) | 1/4 W |
| 47 kΩ | Kuning-Ungu-Oren | Input Z tinggi, biasing | 1/8 W |
| 100 kΩ | Coklat-Hitam-Kuning | Impedans tinggi, pemasaan | 1/8 W |
| 1 MΩ | Coklat-Hitam-Hijau | Impedans sangat tinggi | 1/8 W |
Aplikasi Dunia Sebenar
Elektronik & Litar
Perintang: 1 Ω hingga 10 MΩ biasa. Pull-up/down: 10 kΩ biasa. Penghad arus: 220-470 Ω untuk LED. Pembahagi voltan: julat kΩ. Perintang ketepatan: toleransi 0.01%.
- Perintang standard: 1 Ω - 10 MΩ
- Pull-up/pull-down: 1-100 kΩ
- Penghad arus LED: 220-470 Ω
- Ketepatan: toleransi 0.01% tersedia
Kuasa & Pengukuran
Perintang shunt: julat mΩ (pengesanan arus). Rintangan wayar: µΩ hingga mΩ per meter. Rintangan sentuhan: µΩ hingga Ω. Impedans kabel: 50-75 Ω (RF). Pembumian: <1 Ω diperlukan.
- Shunt arus: 0.1-100 mΩ
- Wayar: 13 mΩ/m (kuprum 22 AWG)
- Rintangan sentuhan: 10 µΩ - 1 Ω
- Sepaksi: 50 Ω, 75 Ω standard
Rintangan Ekstrem
Superkonduktor: R = 0 tepat (di bawah Tc). Penebat: julat TΩ (10¹² Ω). Kulit manusia: 1 kΩ - 100 kΩ (kering). Elektrostatik: pengukuran GΩ. Vakum: R tak terhingga (penebat ideal).
- Superkonduktor: R = 0 Ω (T < Tc)
- Penebat: GΩ hingga TΩ
- Badan manusia: 1-100 kΩ (kulit kering)
- Jurang udara: >10¹⁴ Ω (pecah ~3 kV/mm)
Matematik Penukaran Pantas
Penukaran Pantas Awalan SI
Setiap langkah awalan = ×1000 atau ÷1000. MΩ → kΩ: ×1000. kΩ → Ω: ×1000. Ω → mΩ: ×1000.
- MΩ → kΩ: darab dengan 1,000
- kΩ → Ω: darab dengan 1,000
- Ω → mΩ: darab dengan 1,000
- Terbalik: bahagi dengan 1,000
Rintangan ↔ Konduktans
G = 1/R (konduktans = 1/rintangan). R = 1/G. 10 Ω = 0.1 S. 1 kΩ = 1 mS. 1 MΩ = 1 µS. Hubungan salingan!
- G = 1/R (siemens = 1/ohm)
- 10 Ω = 0.1 S
- 1 kΩ = 1 mS
- 1 MΩ = 1 µS
Semakan Pantas Hukum Ohm
R = V / I. Tahu voltan dan arus, cari rintangan. 5V pada 20 mA = 250 Ω. 12V pada 3 A = 4 Ω.
- R = V / I (Ohm = Volt ÷ Ampere)
- 5V ÷ 0.02A = 250 Ω
- 12V ÷ 3A = 4 Ω
- Ingat: bahagi voltan dengan arus
Bagaimana Penukaran Berfungsi
- Langkah 1: Tukar sumber → ohm menggunakan faktor toBase
- Langkah 2: Tukar ohm → sasaran menggunakan faktor toBase sasaran
- Konduktans: Guna salingan (1 S = 1/1 Ω)
- Semakan waras: 1 MΩ = 1,000,000 Ω, 1 mΩ = 0.001 Ω
- Ingat: Ω = V/A (takrifan daripada hukum Ohm)
Rujukan Penukaran Biasa
| Dari | Ke | Darab Dengan | Contoh |
|---|---|---|---|
| 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 (salingan) |
| kΩ | mS | 1/R | 1 kΩ = 1 mS (salingan) |
| MΩ | µS | 1/R | 1 MΩ = 1 µS (salingan) |
| Ω | V/A | 1 | 5 Ω = 5 V/A (identiti) |
Contoh Pantas
Masalah yang Diselesaikan
Penghad Arus LED
Bekalan 5V, LED memerlukan 20 mA dan mempunyai voltan hadapan 2V. Perintang apa?
Jatuhan voltan = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150 Ω. Guna standard 220 Ω (lebih selamat, kurang arus).
Perintang Selari
Dua perintang 10 kΩ selari. Berapakah rintangan jumlah?
Selari sama: R_jumlah = R/2 = 10kΩ/2 = 5 kΩ. Atau: 1/R = 1/10k + 1/10k = 2/10k → R = 5 kΩ.
Pelesapan Kuasa
12V merentasi perintang 10 Ω. Berapa banyak kuasa?
P = V²/R = (12V)² / 10Ω = 144/10 = 14.4 W. Guna perintang 15W+! Juga: I = 12/10 = 1.2A.
Kesilapan Biasa yang Perlu Dielakkan
- **Kekeliruan rintangan selari**: Dua 10 Ω selari ≠ 20 Ω! Ia 5 Ω (1/R = 1/10 + 1/10). Selari sentiasa mengurangkan jumlah R.
- **Kadar kuasa penting**: Perintang 1/4 W dengan pelesapan 14 W = asap! Kira P = V²/R atau P = I²R. Guna margin keselamatan 2-5×.
- **Pekali suhu**: Rintangan berubah dengan suhu. Litar ketepatan memerlukan perintang pekali suhu rendah (<50 ppm/°C).
- **Penimbunan toleransi**: Beberapa perintang 5% boleh mengumpul ralat besar. Guna 1% atau 0.1% untuk pembahagi voltan ketepatan.
- **Rintangan sentuhan**: Jangan abaikan rintangan sambungan pada arus tinggi atau voltan rendah. Bersihkan sentuhan, guna penyambung yang betul.
- **Konduktans untuk selari**: Menambah perintang selari? Guna konduktans (G = 1/R). G_jumlah = G₁ + G₂ + G₃. Jauh lebih mudah!
Fakta Rintangan yang Menarik
Kuantum Rintangan ialah 25.8 kΩ
'Kuantum rintangan' h/e² ≈ 25,812.807 Ω ialah pemalar asas. Pada skala kuantum, rintangan datang dalam gandaan nilai ini. Digunakan dalam kesan Hall kuantum untuk piawaian rintangan yang tepat.
Superkonduktor Mempunyai Rintangan Sifar
Di bawah suhu kritikal (Tc), superkonduktor mempunyai R = 0 tepat. Arus mengalir selama-lamanya tanpa kehilangan. Sebaik sahaja dimulakan, gelung superkonduktor mengekalkan arus selama bertahun-tahun tanpa kuasa. Membolehkan magnet berkuasa (MRI, pemecut zarah).
Kilat Mencipta Laluan Plasma Sementara
Rintangan saluran kilat jatuh kepada ~1 Ω semasa panahan. Udara biasanya >10¹⁴ Ω, tetapi plasma terion adalah konduktif. Saluran memanas hingga 30,000 K (5× permukaan matahari). Rintangan meningkat apabila plasma menyejuk, mewujudkan berbilang denyutan.
Kesan Kulit Mengubah Rintangan AC
Pada frekuensi tinggi, arus AC mengalir hanya pada permukaan konduktor. Rintangan berkesan meningkat dengan frekuensi. Pada 1 MHz, rintangan wayar kuprum adalah 100× lebih tinggi daripada DC! Memaksa jurutera RF menggunakan wayar yang lebih tebal atau konduktor khas.
Rintangan Badan Manusia Berubah 100×
Kulit kering: 100 kΩ. Kulit basah: 1 kΩ. Badan dalaman: ~300 Ω. Itulah sebabnya kejutan elektrik boleh membawa maut di bilik mandi. 120 V merentasi kulit basah (1 kΩ) = 120 mA arus—maut. Voltan yang sama, kulit kering (100 kΩ) = 1.2 mA—rasa geli.
Nilai Perintang Standard Adalah Logaritma
Siri E12 (10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82) meliputi setiap dekad dalam langkah ~20%. Siri E24 memberi langkah ~10%. E96 memberi ~1%. Berdasarkan janjang geometri, bukan linear—ciptaan genius oleh jurutera elektrik!
Evolusi Sejarah
1827
Georg Ohm menerbitkan V = IR. Hukum Ohm menerangkan rintangan secara kuantitatif. Pada mulanya ditolak oleh penubuhan fizik Jerman sebagai 'sarang fantasi telanjang.'
1861
Persatuan British menerima pakai 'ohm' sebagai unit rintangan. Ditakrifkan sebagai rintangan turus merkuri sepanjang 106 cm, keratan rentas 1 mm² pada 0°C.
1881
Kongres Elektrik Antarabangsa Pertama mentakrifkan ohm praktikal. Ohm undang-undang = 10⁹ unit CGS. Dinamakan sempena Georg Ohm (25 tahun selepas kematiannya).
1893
Kongres Elektrik Antarabangsa menerima pakai 'mho' (ohm terbalik) untuk konduktans. Kemudian digantikan dengan 'siemens' pada tahun 1971.
1908
Heike Kamerlingh Onnes mencairkan helium. Membolehkan eksperimen fizik suhu rendah. Menemui superkonduktiviti pada tahun 1911 (rintangan sifar).
1911
Superkonduktiviti ditemui! Rintangan merkuri jatuh kepada sifar di bawah 4.2 K. Merevolusikan pemahaman tentang rintangan dan fizik kuantum.
1980
Kesan Hall kuantum ditemui. Rintangan dikuantitikan dalam unit h/e² ≈ 25.8 kΩ. Menyediakan piawaian rintangan ultra-tepat (tepat hingga 1 bahagian dalam 10⁹).
2019
Takrifan semula SI: ohm kini ditakrifkan daripada pemalar asas (cas asas e, pemalar Planck h). 1 Ω = (h/e²) × (α/2) di mana α ialah pemalar struktur halus.
Petua Pro
- **Pantas kΩ ke Ω**: Darab dengan 1000. 4.7 kΩ = 4700 Ω.
- **Perintang sama selari**: R_jumlah = R/n. Dua 10 kΩ = 5 kΩ. Tiga 15 kΩ = 5 kΩ.
- **Nilai standard**: Guna siri E12/E24. 4.7, 10, 22, 47 kΩ adalah yang paling biasa.
- **Semak kadar kuasa**: P = V²/R atau I²R. Guna margin 2-5× untuk kebolehpercayaan.
- **Trik kod warna**: Coklat(1)-Hitam(0)-Merah(×100) = 1000 Ω = 1 kΩ. Jalur emas = 5%.
- **Konduktans untuk selari**: G_jumlah = G₁ + G₂. Jauh lebih mudah daripada formula 1/R!
- **Notasi saintifik automatik**: Nilai < 1 µΩ atau > 1 GΩ dipaparkan sebagai notasi saintifik untuk kebolehbacaan.
Rujukan Unit Lengkap
Unit SI
| Nama Unit | Simbol | Setara Ohm | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| ohm | Ω | 1 Ω (base) | Unit terbitan SI; 1 Ω = 1 V/A (tepat). Dinamakan sempena Georg Ohm. |
| teraohm | TΩ | 1.0 TΩ | Rintangan penebat (10¹² Ω). Penebat cemerlang, pengukuran elektrometer. |
| gigaohm | GΩ | 1.0 GΩ | Rintangan penebat tinggi (10⁹ Ω). Ujian penebat, pengukuran kebocoran. |
| megaohm | MΩ | 1.0 MΩ | Litar impedans tinggi (10⁶ Ω). Input multimeter (biasa 10 MΩ). |
| kiloohm | kΩ | 1.0 kΩ | Perintang biasa (10³ Ω). Perintang pull-up/down, kegunaan am. |
| milliohm | mΩ | 1.0000 mΩ | Rintangan rendah (10⁻³ Ω). Rintangan wayar, rintangan sentuhan, shunt. |
| mikroohm | µΩ | 1.0000 µΩ | Rintangan sangat rendah (10⁻⁶ Ω). Rintangan sentuhan, pengukuran ketepatan. |
| nanoohm | nΩ | 1.000e-9 Ω | Rintangan ultra-rendah (10⁻⁹ Ω). Superkonduktor, peranti kuantum. |
| picoohm | pΩ | 1.000e-12 Ω | Rintangan skala kuantum (10⁻¹² Ω). Metrologi ketepatan, penyelidikan. |
| femtoohm | fΩ | 1.000e-15 Ω | Had kuantum teori (10⁻¹⁵ Ω). Aplikasi penyelidikan sahaja. |
| volt per ampere | V/A | 1 Ω (base) | Setara dengan ohm: 1 Ω = 1 V/A. Menunjukkan takrifan daripada hukum Ohm. |
Konduktans
| Nama Unit | Simbol | Setara Ohm | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| siemens | S | 1/ Ω (reciprocal) | Unit SI konduktans (1 S = 1/Ω = 1 A/V). Dinamakan sempena Werner von Siemens. |
| kilosiemens | kS | 1/ Ω (reciprocal) | Konduktans rintangan sangat rendah (10³ S = 1/mΩ). Superkonduktor, bahan R rendah. |
| millisiemens | mS | 1/ Ω (reciprocal) | Konduktans sederhana (10⁻³ S = 1/kΩ). Berguna untuk pengiraan selari julat kΩ. |
| mikrosiemens | µS | 1/ Ω (reciprocal) | Konduktans rendah (10⁻⁶ S = 1/MΩ). Impedans tinggi, pengukuran penebat. |
| mho | ℧ | 1/ Ω (reciprocal) | Nama lama untuk siemens (℧ = ohm terbalik). 1 mho = 1 S tepat. |
Legasi & Saintifik
| Nama Unit | Simbol | Setara Ohm | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| abohm (EMU) | abΩ | 1.000e-9 Ω | Unit CGS-EMU = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ. Unit elektromagnet usang. |
| statohm (ESU) | statΩ | 898.8 GΩ | Unit CGS-ESU ≈ 8.99×10¹¹ Ω. Unit elektrostatik usang. |
Soalan Lazim
Apakah perbezaan antara rintangan dan konduktans?
Rintangan (R) menentang aliran arus, diukur dalam ohm (Ω). Konduktans (G) adalah salingan: G = 1/R, diukur dalam siemens (S). Rintangan tinggi = konduktans rendah. Mereka menerangkan sifat yang sama dari perspektif yang berbeza. Guna rintangan untuk litar siri, konduktans untuk selari (matematik lebih mudah).
Mengapa rintangan meningkat dengan suhu dalam logam?
Dalam logam, elektron mengalir melalui kekisi kristal. Suhu lebih tinggi = atom bergetar lebih banyak = lebih banyak perlanggaran dengan elektron = rintangan lebih tinggi. Logam biasa mempunyai +0.3 hingga +0.6% setiap °C. Kuprum: +0.39%/°C. Ini ialah 'pekali suhu positif'. Semikonduktor mempunyai kesan sebaliknya (pekali negatif).
Bagaimana saya mengira jumlah rintangan secara selari?
Guna salingan: 1/R_jumlah = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃... Untuk dua perintang yang sama: R_jumlah = R/2. Kaedah yang lebih mudah: guna konduktans! G_jumlah = G₁ + G₂ (hanya tambah). Kemudian R_jumlah = 1/G_jumlah. Contohnya: 10 kΩ dan 10 kΩ selari = 5 kΩ.
Apakah perbezaan antara toleransi dan pekali suhu?
Toleransi = variasi pembuatan (±1%, ±5%). Ralat tetap pada suhu bilik. Pekali suhu (tempco) = berapa banyak R berubah setiap °C (ppm/°C). 50 ppm/°C bermakna perubahan 0.005% setiap darjah. Kedua-duanya penting untuk litar ketepatan. Perintang tempco rendah (<25 ppm/°C) untuk operasi yang stabil.
Mengapa nilai perintang standard adalah logaritma (10, 22, 47)?
Siri E12 menggunakan langkah ~20% dalam janjang geometri. Setiap nilai ≈1.21× sebelumnya (punca kuasa 12 bagi 10). Ini memastikan liputan seragam merentasi semua dekad. Dengan toleransi 5%, nilai bersebelahan bertindih. Reka bentuk yang cemerlang! Siri E24 (langkah 10%), E96 (langkah 1%) menggunakan prinsip yang sama. Menjadikan pembahagi voltan dan penapis boleh diramal.
Bolehkah rintangan menjadi negatif?
Dalam komponen pasif, tidak—rintangan sentiasa positif. Walau bagaimanapun, litar aktif (penguat kendalian, transistor) boleh mencipta tingkah laku 'rintangan negatif' di mana peningkatan voltan mengurangkan arus. Digunakan dalam pengayun, penguat. Diod terowong secara semula jadi menunjukkan rintangan negatif dalam julat voltan tertentu. Tetapi R pasif sebenar sentiasa > 0.
Direktori Alat Lengkap
Semua 71 alat yang tersedia di UNITS