Rezystor – element przeklęty, ale nadal niezbędny
W poprzednich artykułach tej serii przedstawiłem elementarne informacje o fundamentach elektroniki od strony matematyczno-fizycznej. W tym artykule zaczynamy omawianie elementów elektronicznych, ale będziemy też wracać do fundamentalnych zależności i praw. Nieprzypadkowo zaczynamy od rezystora.
W tym artykule uzasadnię, dlaczego rezystor to przeklęty element elektroniczny, którego należy unikać, o ile to tylko możliwe. Często jest to do zrobienia, ale niekiedy okazuje się praktycznie niemożliwe lub po prostu nieekonomiczne, dlatego niestety nadal musimy wykorzystywać te przeklęte elementy.
Fotografia tytułowa pokazuje przykładowe rezystory: dawne i współczesne. Każdy rezystor ma dwa podstawowe parametry: rezystancję oraz obciążalność (potocznie nazywaną mocą). Parametry rezystorów szerzej omówione są w artykule E103, który zawiera najważniejsze wiadomości o parametrach rezystorów. A teraz omówię coś bardzo ważnego.
Dlaczego rezystor jest przeklętym elementem?
Energia jest najważniejsza i uzasadnienie, dlaczego rezystor jest przeklętym elementem elektronicznym ma ścisły związek z energią. Dlatego zacznę od podstawowego, oczywistego wzoru: P = U × I. Jeżeli w jakimś obwodzie jednocześnie występuje napięcie U i płynie prąd I, to niewątpliwie mamy do czynienia z przesyłaniem lub przemianą energii w większym lub mniejszym tempie, które nazywamy mocą, oznaczamy literką P i wyrażamy w watach [W].
Jeżeli z baterii pobierany jest prąd, to magazynowana w niej energia chemiczna, przekształcona do postaci związanej z napięciem U i prądem I,
jest „wysyłana na zewnątrz” – do jakiegoś obciążenia, którym może być na przykład rezystor lub dioda LED.
I jeżeli na tym obciążeniu, na diodzie LED lub rezystorze występuje jakieś napięcie U i płynie przezeń prąd I, to w tych elementach mamy do czynienia z przemianą formy energii. Element (obciążenie) zamienia doprowadzaną energię elektryczną (związaną z napięciem i prądem stałym) na inną formę energii.
I tu zbliżamy się do ogromnie ważnego punktu tego artykułu: zadaniem diody LED jest zamiana energii elektrycznej „stałoprądowej” na energię świetlną czyli najprościej biorąc – na światło widzialne, co w pewnym uproszczeniu pokazane jest na rysunku 1. Analogicznie zadaniem głośnika czy brzęczyka jest zamiana energii elektrycznej na energię akustyczną, najprościej mówiąc – na dźwięk. Tak samo zadaniem silnika elektrycznego jest zamiana energii elektrycznej na energię (pracę) mechaniczną.
Rysunek 1
To oczywiste, co jest celem tej zamiany. Na razie pomijamy fakt, że nie potrafimy takich przemian realizować w sposób idealny – tylko cześć energii elektrycznej pobieranej z baterii zostaje zamieniona na energię świetlną, akustyczną czy mechaniczną. Reszta (większość) nie tylko się marnuje, ale staje się niepożądanym odpadem, swego rodzaju śmieciami, a konkretnie – zamienia się na ciepło – na energię cieplną. Te zagadnienia omawiam stopniowo w oddzielnym cyklu „Fascynujące przemiany energii”. A teraz analizujemy działanie rezystora i pytamy o przemianę energii w rezystorze.
Najogólniej biorąc dioda LED, głośnik czy silnik zamieniają energię elektryczną na inny pożyteczny i potrzebny nam rodzaj energii. Niestety tylko częściowo, a niepożądanym efektem ubocznym jest zamiana energii elektrycznej na energię cieplną, którą można nazwać „najmniej szlachetną”. No cóż, niestety nie umiemy takich przemian energii przeprowadzać w sposób doskonały czy bliski doskonałości, a jedynie z ograniczoną sprawnością czy skutecznością. W uproszczeniu pokazuje to rysunek 2. Ale jednak otrzymujemy pożądaną formę energii. Inaczej jest z rezystorem.
Rysunek 2
I teraz najważniejsze: w przeciwieństwie do innych pożytecznych elementów, rezystor jest swego rodzaju pasożytem, który zamienia, a wręcz marnuje całą dostarczaną energię elektryczną na ciepło – na energię cieplną. Na bezużyteczną, a wręcz szkodliwą energię cieplną – rysunek 3.
Rysunek 3
Owszem, energia cieplna jest nam potrzebna zimą do ogrzewania naszych mieszkań, natomiast w elektronice energia cieplna (ciepło) jest przekleństwem. Ja w innych, trudniejszych artykułach i filmach omawiam rodzaje i przemiany różnych form energii. A tutaj przypominam w wielkim skrócie: jeżeli w układzie elektronicznym wydziela się ciepło, energia cieplna, to następuje wzrost temperatury. A wysoka temperatura jest śmiertelnym wrogiem elementów i układów elektronicznych. Właśnie wydzielanie ciepła jest przeszkodą w miniaturyzacji elementów elektronicznych, bo wydzielane w układach ciepło trzeba rozproszyć do otoczenia, żeby nie dopuścić do nadmiernego wzrostu temperatury. Urządzenia elektroniczne nie mogą być gorące po pierwsze z uwagi na możliwość poparzenia użytkownika, a po drugie z uwagi na ryzyko uszkodzenia.
Wydzielanie ciepła i wzrost temperatury to jeden aspekt poważnego problemu. Drugi ważny aspekt to marnowanie cennej energii baterii i akumulatorów. Dawniej mówiło się, że rezystor służy do ograniczania prądu w obwodzie. Często tak bywa – niestety. Przykładem jest taśma LED.
(…)
——– ciach! ——–
To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w kwietniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 4/2026 znajduje się tutaj.
Piotr Górecki
Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.
