stroom spanning en weerstand: stroombron

Dag Harold,

Alles valt of staat met het gegeven
Daar van uitgaande gebeurt er dus niks bijzonders in die weerstand. Hoe groot je de weerstand ook maakt, de stroombron past de spanning aan zodat de stroom constant blijft. Althans in theorie. 

Want in de praktijk kun je daar zeker niet oneindig mee doorgaan. Een praktische stroombron is maar geschikt voor een zeker bereik, en meestal is de stroom dan ook nog eens niet wérkelijk helemaal constant maar zal die ook binnen zo'n bereik lichtjes verlopen. 

Met weerstanden gebeurt in principe niks bijzonders als er stroom doorheen gaat. Maar overigens, hoe klein of groot de stroom ook is, áls er stroom loopt zal een weerstand áltijd warmte produceren, volgens de formule P=U·I . In het geval van een ideale stroombron is I constant, en zal het ontwikkelde vermogen dus recht evenredig zijn met de aangelegde spanning.  
Volgens U=I·R is U dan rechtevenredig afhankelijk van R (U= constante x R) en zal P in zo'n stroomkring met stroombron dus rechtevenredig zijn met R. 

Duidelijk zo? 

Groet, Jan

P rechtevenredig met R:
dus bij constante stroom zal bij een toename van de weerstand de ontwikkelde warmte rechtevenredig met de weerstand toenemen. Duidelijk!

Als nu zo'n weerstand warm wordt, welke invloed heeft dat dan weer op de weerstandswaarde van de weerstand zelf? Zal de weerstand dan toenemen door de warmte van het materiaal? of juist afnemen?
Welk effect heeft warmte ontwikkeling in de weerstand op de weerstand zelf?

Groet,
Harold.

Zeg niet "warmte van materiaal". Noem het temperatuur, om alle verwarring te voorkomen. Warmte is de energiestroom die van een voorwerp met hogere temperatuur naar een voorwerp met lagere temperatuur stroomt. 

Voor het verband tussen soortelijke weerstand en temperatuur duiken we het domein van de stofeigenschappen in. Wat er gebeurt met de weerstand bij een tenmperatuurstijging hangt dus van het materiaal af. Bij "gewone" materialen, zeg maar het gewone koper, ijzer etc zal die weerstand toenemen. Door veel experimenteren met mengsels van metalen zijn ook legeringen gevonden die nauwelijks veranderen van weerstand bij temperatuurswijzigingen. De beste die we kennen is manganine , een bekendere is de legering constantaan. 

Hoeveel de soortelijke weerstand verandert bij een graad temperatuurstijging heet de "temperatuurcoëfficiënt" van dat materiaal. 
Die is zelf ook weer niet constant bij alle temperaturen, het maakt dus een verschil of je iets opwarmt van 20 naar 21°C of van 100 naar 101°C. Of met andere woorden, de grafiek van de soortelijke weerstand tegen de temperatuur is geen rechte. 
Rond kamertemperatuur is voor "gewone" materialen een temperatuurcoëfficiënt van rond de 0,004 (dus een weerstandsverandering van 0,4% per graad) een redelijk normale waarde. Constantaan doet dat ca 100 x beter, en die van manganine is zo klein dat je hem eigenlijk wel nul mag noemen in practische toepassingen.

Maar er zijn ook materialen zoals grafiet: tot ongeveer 500°C neemt de weerstand af bij stijgende temperatuur, een NEGATIEVE temperatuurcoëfficiënt dus (maar vanaf 500°C stijgt de weerstand weer bij nog verdere verhitting). En ten slotte zijn er dan nog vele halfgeleidermaterialen die ook een negatieve temperatuurcoëfficiënt kennen (dat wil dus zeggen een lagere weerstand bij hogere temperatuur). Een aantal daarvan worden gebruikt in NTC's, temperatuurgevoelige weerstanden die veel gebruikt worden als sensor (zg "thermistors", als woord een samentrekking van "thermo" en "resistor") in elektronische temperatuurmeters.

Als je googlet met temperature coefficient table vind je wel tabellen met temperatuurcoëfficiënten van allerlei materialen.

Hardstikke bedankt Jan voor de duidelijke uitleg. Top!

Groet,
Harold.

Jan misschien een rare vraag, maar bestaat er ook een temeratuurcoefficient voor het menselijk lichaam/menselijk weefsel? Zijn er ooit metingen gedaan waarbij de weerstand van het menselijk lichaam gemeten wordt bij toename/afname van temperatuur (bijvoorbeeld door onderkoeling of koorts?).
Neemt de weerstand van menselijk lichaam/weefsel toe of af bij temperatuur stijging?

Ben erg benieuwd!
Groet,
Harold.  

Werkelijk geen idee. Heb je een plan voor een nieuw soort thermometer? Enerzijds zou je zeggen dat er wel handigere manieren lijken te zijn om de lichaamstemperatuur van een levend wezen te meten, dus waarom zou je zoiets onderzoeken? Anderzijds, als je zo eens door een lijst zou kunnen bladeren waarop álles staat vermeld dat de mensheid ooit heeft onderzocht, dan zou je zeggen, waarom niet? (je zou je trouwens ook een en ander gaan afvragen over de gemiddelde geestelijke gezondheid van onderzoekers en uitvinders   , maar ook dát zal vast en zeker ooit wel eens onderzocht zijn)

Als ik een educated guess mag doen: inhoud van levende cellen lijkt best wel veel op een beetje zoutig water. In het soort temperatuurbereik dat jij bedoelt geleidt dat meetbaar beter bij hogere temperaturen.



In geleidbaarheidsmeters, zoals we die bijvoorbeeld gebruiken om bijvoorbeeld het chloorgehalte van zwembadwater te bepalen, (hoe meer chloride hoe beter het geleidt) zit dan ook standaard een schakeling ingebouwd voor temperatuurcorrectie.

Maar zoals je ook uit die grafiek hierboven kunt afleiden, het effect van zoutgehalte is nogal wat groter dan het temperatuureffect. Gegeven de variabiliteit van de mens, en ook het probleem om op betrouwbare manier elektroden in te planten (pijnlijk ook) lijken we voor een thermometer gebaseerd op lichaamsgeleidbaarheid nog wel een paar horden te moeten gaan overwinnen. 

Groet, Jan

Dank Jan voor het antwoord.

Nee geen nieuwe thermometer.
Het heeft een meer filosofisch/psychosociale achtergrond.
Ik schrijf een artikel en onderzoek de analogie tussen de relatie spanning, stroom en weerstand in een electrische schakeling en de relatie spanning/(stress/depressie), stroom (levenssituaties) en weerstand (mentale weerstand/verzet tegen levenssituatie)
Wanneer er een analogie is, wat kan de mens dan leren over de omgang met spanning/stress in het leven door het gedrag van een eenvoudige electrische schakeling te beschouwen.

Analogieën zijn meestal bedoeld om zaken te verhelderen. Als ik dan dagelijks zie hoe een onderwerp als elektriciteit door het gros van de schoolbevolking op zijn allerbest slechts half begrepen wordt (en in veel gevallen bijzonder abstract blijft) kan ik me eigenlijk nauwelijks voorstellen dat je betoog helderder wordt door omgaan met stress te vergelijken met situaties in elektrische schakelingen. Als je dan toch analogieën gaat zoeken zou ik eerder gaan denken aan mechanische systemen, dat zien veel meer mensen voor zich, en daar hebben ze ook vooral meer praktische ervaring mee. 

Hoi Jan,

Doelgroep zijn in eerste instantie electrotechnici.
Voordat ik aan mijn psychosociale opleiding begon, was ik 18 jaar werkzaam (en nog steeds) in de EDA software voor de halfgeleider industrie. (Synopsys).
Als je een tip hebt over een analoge mechanische toepassing die meer mensen zou kunnen aanspreken, houd ik me aanbevolen!
In ieder geval hartstikke bedankt voor je hulp.
Groet,
Harold.

dat verandert de zaak.... :)