Potentiaali ja jännitehäviö yms Fysiikka 6 kappale 1.3 loppuun

Potentiaali ja jännitehäviö

Piirin potentiaali V ilmaisee virtapiirin pisteiden jännitteet sovittuun nollapotentiaaliin nähden. Potentiaalitarkasteluissa jokin virtapiirin pisteen potentiaali sovitaan nollaksi eli piste maadoitetaan. Tämän pisteen potentiaali on V = 0 V.

Jos virtapiirin kaksi eri pistettä maadoitetaan, näiden pisteiden välillä ei ole jännitettä. Jos näiden pisteiden väliin on kytketty esim hehkulamppu, sen läpi ei kulje sähkövirtaa ja lamppu ei valaise. Virtapiirissä pisteiden B ja A välinen jännite U_BA on näiden pisteiden potentiaalien erotus eli potentiaaliero:

 U_BA = V_B – V_A 

Potentiaali muuttuu virtapiirissä jännitelähteiden ja komponenttien kohdalla: kun kuljetaan sähkövirran suunnassa, potentiaali kasvaa paristoissa ja alenee lampuissa. Kirchoffin 2. lain mukaan suljetussa virtapiirissä potentiaalimuutosten summa on nolla. Tämä johtuu siitä, että virtapiiriä kierrettäessä palataan takaisin kohtaan A.

Resistiivisyys

Metallilangan resistanssi riippuu langan materiaalista ja se saadaan yhtälöstä

R = ρ l/A

jossa ρ on aineen resistiivisyys, l langan pituus ja A langan poikkipinta-ala. Resistiivisyys kuvaa aineen kykyä vastustaa sähkövirran kulkua. Kullakin materiaalilla on sille ominainen resistiivisyys. Hyvän sähköjohteen resistiivisyys on pieni ja hyvä eristeen resistiivisyys suuri. Resistanssi on laitteen tai johtimen ominaisuus, ja resistiviisyys on tietyn materiaalin ominaisuus. Resistiivisyyden yksikkö on 1 Ωm.

 

Lämpötilan vaikutus resistanssiin

On mahdollista valmistaa vastuksia, joiden resistanssi riippuu lämpötilasta, valon määrästä tai esim jonkin voiman aiheuttamasta jännityksestä. Resistanssin muutos voikin olla lämpömittarin tai valaistus- ja voimamittarin toiminnan fysikaalinen perusta.

Aineita, joiden resistiivisyyden lämpötilakertoimet ovat suuret, voidaan käyttää lämpötilan mittaukseen. Lämpötilan muuttuessa virtapiirin resistanssi muuttuu, mikä muuttaa piirissä kulkevaa sähkövirtaa. Ampeerimittarin asteikko kalibroidaan näyttämään lämpötilaa.

Resistiivisyyden lämpötilariippuvuutta kuvaa yhtälö

ρ = ρ₂₀ (1 + α∆T)

missä ρ on metallilangan resistiivisyys lämpötilassa T, ρ₂₀ saman langan resistanssi lämpötilassa 20 ° C = 293 K ja ∆T = T – 293 K. Kerroin α  on resistiivisyyden lämpötilakerroin ja sen yksikkö on 1/K.