قانون المقاومة الكهربائية

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٩:٣٠ ، ٢٨ أغسطس ٢٠١٩

المقاومة الكهربائية

تُعرف المقاومات الكهربائية بأنها أجهزة كهربائية تُعارض تدفق التيار المباشر أو التيار المتردد، وتستخدم لتشغيل أو حماية الدارة الكهربائية والسيطرة عليها، إذ يمكن تقسيم فرق الجهد الكهربائي والفولتية من خلال استخدام المقاومات الكهربائية، كما يمكن استخدامها مع مكونات كهربائية أخرى لجعل الموجات الكهربائية تتخذ أشكالًا أكثر ملاءمة لمتطلبات المصمم الكهربائي، كما يمكن أن يكون لتلك المقاومات قيمة ثابتة، ويمكن جعل قيمتها متغيرة أو قابلة للتعديل ضمن نطاق معين، وفي هذه الحالة يُطلق عليها اسم مقاومات متغيرة، أو مقاييس لفرق الجهد الكهربائي.[١]

تُعرف المقاومة في الكهرباء بأنها خاصية للدارة الكهربائية أو جزء منها والتي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية في التيار الكهربائي المعاكس، وتنشأ المقاومة نتيجة تصادم الجسيمات المشحونة الحاملة للتيار الكهربائي مع الجزيئات المشكلة لبنية الموصلات الكهربائية، وغالبًا ما تعد المقاومة من الأجزاء الفرعية في المصابيح وسخانات المياه وغيرها، بالرغم من أنها من الأجزاء المميزة في أسلاك التوصيل وخطوط النقل الكهربائية في الدارة، ويؤثر تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية على مقدار القوة الدافعة الكهربائية أو الجهد المطلوب لإنتاج التيار الكهربائي عبر الدارة، وتزداد مقاومة الموصل أو الجهاز بازدياد درجة الحرارة، إذ إن تبريد درجات الحرارة من شانه أن يجعل المقاومة الكهربائية لبعض الموصلات مساوية للصفر.[٢]


قانون المقاومة الكهربائية

تُعرف المقاومة الكهربائية بأنها نسبة الجهد الكهربائي إلى التيار الكهربائي الذي يتدفق عبر الدارة، ويمكن التعبير عن المقاومة الكهربائية باستخدام قانون أوم كالتالي؛ م = جـ / ت؛ إذ إن (م) هي المقاومة الكهربائية، و(جـ) هو الجهد الكهربائي، و(ت) هو التيار الكهربائي، وتعتمد المقاومة على درجة الحرارة،[٣]، كما تعد المقاومة الكهربائية مقياسًا لمدى صعوبة دفع الشحنات الكهربائية على طول الموصل، إذ يمكن تشبيهها بالاحتكاك، فبالنسبة للمياه المتدفقة عبر أنبوب، فإن الأنابيب الضيقة الطويلة توفر مقاومة للتدفق أكبر من الأنابيب القصيرة السميكة، وهذا ما ينطبق على التيار الكهربائي، إذ توفر الأسلاك الرفيعة والطويلة مقاومة أكبر من الأسلاك السميكة والقصيرة، ويمكن إيجاد المقاومة الكهربائية الكلية للدارات الموصولة على التوالي والتوازي على النحو الآتي:[٤]

المقاومات الموصولة على التوالي

تعرف الدارة الكهربائية الموصولة على التوالي بأنها الدارة التي تُرتب فيها المقاومات الكهربائية في سلسلة، وبالتالي فإن التيار يسير في مسار واحد فقط، ويكون التيار المار في جميع المقاومات هو نفسه، ويمكن إيجاد المقاومة الكلية للدارة الكهربائية الموصولة على التوالي والتي تُعرف باسم المقاومة المكافئة، من خلال إيجاد مجموع المقاومات الكهربائية الفردية على النحو الآتي؛ ممكافئة = م1 + م2 + م3 + .....؛ إذ إن؛ ممكافئة هي المقاومة الكهربائية الكلية، وم1 هي المقاومة الأولى، وم2 هي المقاومة الثانية، وم3 المقاومة الثالثة وهكذا، فعلى سبيل المثال إذا وصلت ثلاث مقاومات على التوالي في دارة كهربائية، وكانت م1= 8 أوم، وم2= 8 أوم، وم3= 4 أوم، فإن ممكافئة= 8+8+4 وتساوي 20 أوم.[٤]


المقاومات الموصولة على التوازي

تُعرف الدارة الكهربائية الموصولة على التوازي بأنها الدارة التي تُرتب فيها المقاومات من خلال توصيل رؤوسها معًا، وربط أطرافها معًا، إذ يتوزع التيار الكهربائي في كل فرع في الدارة، ومن ثم يُدمج عندما تلتقي تلك الفروع مرة أخرى، بينما يكون الجهد الكهربائي عبر المقاومات الموصولة على التوازي نفسه، ويمكن إيجاد المقاومة الكهربائية الكلية للدارات الموصولة على التوازي من خلال العلاقة الآتية؛ ممكافئة = 1/م1 + 1/ م2 + 1/م3 + ....، فعلى سبيل المثال؛ يمكن إيجاد المقاومة المكافئة لدارة موصولة على التوازي مكونة من مجموعة مقاومات؛ م1= 8 أوم، وم2= 8 أوم، وم3= 4 أوم، فإن ممكافئة= 1/8 + 1/8 + 1/4 والتي تساوي 0.5 أوم.[٤]


أنواع المقاومات الكهربائية

تُصنع المقاومات الكهربائية لتشمل مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام والسعات والأنواع، ولكل مقاومة اختلافات كبيرة عن المقاومات الأخرى من حيث العديد من العوامل؛ كمعامل درجة الحرارة، ومعامل الجهد الكهربائي، والحجم، والموثوقية، بالإضافة إلى التردد، إذ إن بعض المقاومات مثالية للاستخدام في تطبيقات معينة، بينما تكون غير ذلك في تطبيقات أخرى، وفيما يأتي أبرز أنواع المقاومات الكهربائية:[٥]


المقاومات المكونة من الكربون

كانت المقاومات المكونة من الكربون النوع الأكثر شيوعًا من المقاومات المستخدمة في الإلكترونيات، ويعود ذلك إلى تكلفتها المنخفضة نسبيًا، وموثوقيتها الكبيرة، وتستخدم تلك المقاومات كتلة صلبة من المواد المصنوعة من مسحوق الكربون، بالإضافة إلى السيراميك العازل، ومواد أخرى، ويُتحكم في تلك المقاومات من خلال تغيير نسبة الكربون إلى المواد المحشوة فيها، إلا أن الكربون الموجود فيها يتأثر بالعديد من الظروف البيئية وخاصة الرطوبة، وبالتالي فإن المقاومة تميل إلى التغير بمرور الوقت، لذلك فإن هذا النوع من المقاومات لديه قدرة ضعيفة على المقاومة وتكون نسبتها عادةً حوالي 5% فقط.[٥]


المقاومات المعدنية

تعد تلك المقاومات من أكثر المقاومات شيوعًا في الاستخدام في الوقت الحاضر، وتتشابه في تكوينها مع مقاومات الكربون، إلا أن الاختلاف الرئيسي فيما بينها هو في استخدام سبيكة معدنية مقاومة بدلًا من استخدام الكربون، وعادةً ما تكون السبائك المعدنية المستخدمة مصنوعة من النيكل والكروم، وتتميز بأنها قادرة على إعطاء مقاومة أكبر من المقاومات المكونة من الكربون، وتتميز تلك المقاومات بأنها ذات ضوضاء منخفضة، إلا أنها تتغير بشكل بسيط في المقاومة بسبب درجات الحرارة والجهد الكهربائي المطبق عليها.[٥]


المقاومات السلكية الملتفة

يتميز هذا النوع من المقاومات بأنها أعلاها مقاومة وأكثرها دقة، بالرغم من أنها نادرًا ما تكون ذات قدرة عالية ودقيقة في آن معًا، وتُصنع تلك المقاومات من خلال لف سلك عالي المقاومة مكون من سبائك النيكل والكروم ملفوفة حول بكرة من السيراميك، ويمكن تصميم المقاومات السلكية الملتفة بخصائص مختلفة من خلال تغيير قطر وطول الأسلاك، أو المعادن المصنوعة منها، بالإضافة إلى نمط اللف، ويمكن أن توفر تلك المقاومات معدلات طاقة تصل إلى حوالي 50 واط، إلا أنها تعاني من ارتفاع سعتها وحثها، وبالتالي لا يمكن استخدامها في التطبيقات ذات الترددات المنخفضة.[٥]


المراجع

  1. Amy Tikkanen, "Resistor"، britannica, Retrieved 22-7-2019. Edited.
  2. Robert Curley (20-6-2019), "Resistance"، britannica, Retrieved 22-7-2019. Edited.
  3. "Resistance", hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, Retrieved 22-7-2019. Edited.
  4. ^ أ ب ت "Current and resistance", physics.bu.edu, Retrieved 22-7-2019. Edited.
  5. ^ أ ب ت ث Matthew Burris (30-6-2019), "The Different Types of Resistors"، lifewire, Retrieved 22-7-2019. Edited.