Ohmi
SI:n johdannaisyksikkö · suure: sähköinen resistanssi
01 · Määritelmä
Yksi ohmi on sellaisen osuuden resistanssi, jolla yhden ampeerin virta saa aikaan yhden voltin häviön. Suure on tuttu kummaltakin puolelta: neliömillimetrin kuparilanka antaa 17 milliohmia metriä kohti, lämmitysvastus kymmeniä ohmeja, piirilevyn vastus ykkösistä megaohmeihin, eriste gigaohmeja. Resistanssi riippuu aineesta, muodosta ja lämpötilasta: metalleilla se kasvaa lämmetessä, puolijohteilla pienenee, ja suprajohteella kriittisen lämpötilan alapuolella siitä tulee tarkalleen nolla.
Johtimen resistanssi muodostuu kolmesta asiasta: aineen resistiivisyydestä, pituudesta ja poikkipinta-alasta. Kaksi kertaa pidempi on kaksi kertaa enemmän; kaksi kertaa paksumpi halkaisijaltaan on neljä kertaa vähemmän, koska pinta-ala kasvaa neliönä. Arvojen kirjo luonnossa on laajempi kuin millään muulla sähköisellä suureella: kuparin ja kvartsilasin välillä on kaksikymmentäneljä kertalukua. Ohmin laki ei silti läheskään aina päde: se pätee metalleille vakiolämpötilassa, mutta ei diodille, hehkulampulle tai kaasupurkaukselle, joissa resistanssi riippuu itse virrasta.
Suora viiva kuvaajassa saadaan vain metallivastuksella vakiolämpötilassa. Hehkulampun lanka kuumenee virran mukana, sen resistanssi kymmenkertaistuu ja käyrä taipuu alaspäin. Diodi ei johda lainkaan ennen kuin jännite saavuttaa kynnyksen, ja sen jälkeen virta kasvaa eksponentiaalisesti. Kaasupurkaus käyttäytyy vielä oudommin: siinä on negatiivisen resistanssin alue, jossa kasvavaan virtaan liittyy laskeva jännite — ja juuri siksi loistelamppu tarvitsee kuristimen rajoittamaan virtaa.
02 · Muunnos
Syötä resistanssi — kortti kääntää sen konduktanssiksi
Siemens on käänteinen ohmi, ja taulukko kääntää suureen sen sijaan että kertoisi sen. Historialliset ohmit poikkesivat nykyisestä prosentin murto-osilla, mutta se riitti saattamaan lennätinlaskelmat ristiin maiden välillä.
Vastusten arvot koodataan värirenkailla, koska riisinjyvän kokoiseen osaan ei mahdu numeroita ja renkaat luetaan mistä suunnasta tahansa. Kaksi ensimmäistä antavat merkitsevät numerot, kolmas kertoimen, neljäs toleranssin. Itse arvoja ei oteta peräkkäin vaan E24-sarjasta: kaksikymmentäneljä arvoa dekadia kohti, valittuina niin että naapurit eroavat noin kymmenen prosenttia ja niiden toleranssialueet menevät päällekkäin.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| Ω | ohmi, SI-yksikkö | 1 | tämän kortin lähtöyksikkö |
| mΩ | milliohmi | 1000 | siellä missä resistanssi haittaa |
| µΩ | mikro-ohmi | 1000000 | mitataan nelijohdinkytkennällä |
| kΩ | kilo-ohmi | 0,001 | asteikon tutuin osa |
| MΩ | megaohmi | 10⁻⁶ | ylempänä alkaa eriste |
| GΩ | gigaohmi | 10⁻⁹ | tätä virtaa ei tavallinen laite enää mittaa |
| S | siemens, konduktanssi | 1 | käänteinen suure, ei toinen yksikkö |
| statΩ | CGS-ES-järjestelmän ohmi | 1,113·10⁻¹² | lähes yhdeksänsataa gigaohmia yhdessä yksikössä |
| abΩ | CGS-EM-järjestelmän abohmi | 10⁹ | miljardi kertaa pienempi kuin ohmi |
| Ω (int.) | vuoden 1908 kansainvälinen ohmi | 0,9995 | 106,3 cm pitkä elohopeapatsas |
| Ω₉₀ | vuoden 1990 käytännön ohmi | 1 | poikkesi seitsemäntoista miljardisosaa |
| h/e² | kvanttiresistanssi | 3,874·10⁻⁵ | tarkka luku vuodesta 2019 |
| Ω | ohmi | 1 | tämän kortin lähtöyksikkö |
Ohmi ja siemens ovat toistensa käänteisarvoja: sama fysiikka kirjoitettuna resistanssina tai konduktanssina
03 · Suuruusluokat
suprajohteesta eristeeseenYksi ohmi: metri nikromilankaa tulitikkua ohuempana
04 · Mittalaitteet
Millä resistanssia mitataan
Se ajaa osan läpi oman virtansa ja mittaa jännitehäviön. Se toimii vain jännitteettömässä piirissä: vieras jännite sekoittaa lukeman tai rikkoo laitteen. Laite näkee myös piirin rinnakkaiset haarat, siksi tarkistettava vastus useimmiten juotetaan irti.
Neljä haaraa ja galvanometri lävistäjällä: mitattava resistanssi tasapainotetaan tunnettua vastaan, kunnes osoitin asettuu nollaan. Tarkkuus riippuu vain normaalivastuksista ja nollaosoittimen herkkyydestä, ei syötöstä — siitä laboratoriosiltojen miljoonasosat.
Virta tuodaan yhdellä johdinparilla ja jännite otetaan toisella — ja johtimien ja koskettimien oma resistanssi putoaa tuloksesta pois. Ilman tätä keinoa milliohmeja ei voi mitata: yleismittarin mittapäät antavat itsessään noin kymmenesosaohmin.
Kaksiulotteinen elektronikaasu voimakkaassa magneettikentässä noin yhden kelvinin lämpötilassa antaa resistanssin, joka on tarkalleen von Klitzingin vakio jaettuna kokonaisluvulla. Arvo ei riipu aineesta eikä näytteen muodosta — toistettavuus yltää miljardisosiin.
05 · Kirjoitussäännöt
Ω on kreikkalainen omega, ei kirjain O eikä ”Ohm”
Unicodessa merkillä on oma paikkansa, U+03A9; Letterlike Symbols -lohkon ”Ω” on muodollisesti vanhentunut, vaikka näyttää samalta. Kilo-ohmi kirjoitetaan kΩ, megaohmi MΩ. Kaavioissa etuliite korvaa usein pilkun: 4k7 tarkoittaa 4,7 kΩ.
Pieni m on milli-, iso M on mega-, ja milliohmin sekoittaminen megaohmiin antaa yhdeksän kertaluvun eron. Venäläinen merkintä on Ом, isolla О:lla.
06 · Naapuriyksiköt
Ohmi ja siemens kuvaavat samaa ominaisuutta kahdelta puolelta. Vaihtovirrassa resistanssiin liittyy loisosa, ja koko suuretta sanotaan impedanssiksi — se mitataan samoina ohmeina.
käänteinen ohmi
resistanssi
resistiivisyys
Tyhjiön aaltoimpedanssi ei ole minkään aineen ominaisuus vaan vakio, joka sitoo yhteen etenevän aallon sähkö- ja magneettikentän. Näistä korteista ohmin naapureita ovat voltti ja ampeeri Ohmin laista, siemens käänteisenä suureena, watti ja henry s faradi, jotka määräävät impedanssin loisosan.
07 · Historiallinen osa
Laki, jolle ensin naurettiin
Ohm julkaisi lakinsa vuonna 1827 ja sai vastaukseksi syytöksiä puoskaroinnista: kollegat katsoivat, ettei sähkö noudata yksinkertaisia suhteita. Tunnustus tuli kaksikymmentä vuotta myöhemmin.
Atlantin kaapeli pakotti insinöörit sopimaan resistanssin mitasta. British Associationin komitea julkaisi normaalikelat, mutta niiden arvo osoittautui myöhemmin prosentin ja kolmasosan liian pieneksi.
Kansainvälinen ohmi määriteltiin elohopeapatsaan resistanssiksi, kun patsaan massa oli 14,4521 grammaa ja pituus 106,3 senttimetriä jään sulamislämpötilassa. Yksikkö voitiin toistaa missä tahansa laboratoriossa, jossa oli puhdasta elohopeaa ja tarkat vaa’at.
Klaus von Klitzing havaitsi, että kaksiulotteisen kaasun Hall-resistanssi saa tarkasti erillisiä arvoja, jotka eivät riipu näytteestä. Kymmenen vuotta myöhemmin ilmiön varaan rakennettiin normaali, ja hän itse sai Nobel-palkinnon.
Neljäkymmentä vuotta ohmi oli elohopeapatsas — kunnes kaksiulotteisesta kaasusta löydettiin portaat
Kansainvälinen ohmi määriteltiin elohopealla lasiputkessa, jonka pituus, massa ja lämpötila oli sovittu: toistettavuus piti neljänteen numeroon, ja putket oli kalibroitava uudelleen. Vuonna 1980 von Klitzing havaitsi, että kaksiulotteisen elektronikaasun resistanssi asettuu voimakkaassa magneettikentässä tasanteille, jotka ovat h/e²:n monikertoja, tarkkuudella jota mikään aine ei saavuta. Kymmenen vuotta myöhemmin siitä tuli käytännön normaali, ja vuonna 2019 h ja e kiinnitettiin tarkoiksi luvuiksi — ja kvantti-Hall-resistanssi muuttui mitatusta suureesta määritellyksi.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 32 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
ohmin kortti on aukiSI-perusyksiköt
terrakotalla — ne neljä yksikköä, joista ohmi koostuuResistanssi muissa järjestelmissä
Kortin kieli
32 kieltä. Merkki Ω on kansainvälinen, mutta johtimen poikkipinta ilmoitetaan eri tavoin: neliömillimetreinä Euroopassa ja AWG-numeroina Pohjois-Amerikassa — käännöksissä taulukot sovitetaan paikalliseen käytäntöön.