الدرس 4: المقاومة الكهربائية - قانون أوم.

المقاومة الكهربائية - قانون أوم

بسم الله الرحمان الرحيم.

اللهم صل وسلم وبارك على النبي الأمي سيدنا محمد المختار وعلى آله الأطهار وأصحابه الأخيار.

الموضوع: المقاومة الكهربائية - قانون أوم.

بقلم: سعيد بن حماض

وبعد،

بادئ الأمر، فكلمة المقاومة هي عبارة عن مصطلح فيزيائي يعبر عن مقاومة المواد لسريان التيار الكهربائي من خلالها. وهذه الخاصية تمتاز بها جميع المواد، لكن تختلف درجة المقاومة من عنصر إلى آخر. فمثلا الفلزات(أي المعادن) تسمى مواد جيدة التوصيل للتيار الكهربائي، ومع ذلك فهي تقوم بإعاقة حركة الإلكترونات إلى حد ما. لأن الإلكترونات الحرة التي تحمل التيار الكهربائي تصطدم بالذرات للموصل فيعيق مرور التيار لكن بنسبة بسيطة.

أما المواد العازلة غير الموصلة فهي تعيق حركة الإلكترونات بشكل كبير جدا، حتى أنها توقف مرورها. فنقول أن هاته المواد لديها مقاومة كبيرة.

أما المقاومة والتي تعني المركبة الكهربائية (الصورة أسفله) فاسمها الحقيقي هو الريزيستور Résisteur وبالانجليزية Resistor.

لكن جرت العادة على أي يطلق على هذا الأخير اسم مقاومة كهربائية أو مقاومة، نسبة إلى مبدإ عمله وهو مقاومة مسرى التيار الكهربائي.

ويمكن تشبيه عمل المقاومة الكهربائية مثل صنبور الماء، كلما قمت بفتحه كلما كان صبيب الماء اكبر. كذلك هو مبدأ عمل المقاومة الكهربائية، فكلما كانت قيمة المقاومة الكهربائية صغيرة، كلما كانت شدة التيار الكهربائي المار عبر المقاومة اكبر. وكلما كانت المقاومة كبيرة إلا وتم تضييق المنفذ أمام مرور التيار الكهربائي حتى لا يخرج منه إلا ما سمحت له المقاومة.

وتوجد أشكال وأنواع متعددة من المقاومة نذكر منها:

المقاومة ذات طبقات من الكربون، يتم الحصول عليها بوضع طبقة من الكربون على قضيب خزفي ممعدن الطرفين. وهي مقاومة ثابتة القيمة رخيصة الثمن وشائعة الاستعمال في اللوحات الإلكترونية.

وإلى غير هاته المقاومة نجد المقاومة المتغيرة ومنها نوعان نوع تتغير قيمته يدويا كمقسم التوتر (Potentiomètre) ونوع آخر تتغير قيمته بشكل آلي مع عامل خارجي كالضوء والحرارة ...الخ.

ولدراسة سلوك المقاومة عندما يمر فيها التيار الكهربائي، نستعمل المميزة(توتر-شدة التيار). وهي تعبر عن المنحنى الممثل لتغيرات شدة التيار الكهربائي المار عبر المقاومة بدلالة التوتر المطبق عليها. بمعنى أننا نقيس شدة التيار عندما نطبق توترا U معينا بين مربطي المقاومة. فنسجل النتائج المحصل عليها على هذا المعلم.(صورة أسفله 1)

وبعد ذلك نحصل على المميزة :

(صورة أعلاه 2)

فنلاحظ انطلاقا من هاته المميزة:

أولا: أن المميزة خطية، أي عبارة عن مستقيم يمر بالنقطة صفر.

ثانيا: نلاحظ أن التوتر U يتناسب اضطرادا مع شدة التيار I وفق العلاقة U=R.I حيث كلما زاد التوتر زادت شدة التيار و العكس مادامت R ثابتة.

إذن هذا هو قانون أوم. حيث U هو التوتر وحدته هو الفولط، وI هي شدة التيار وحدتها هي الأمبير و R تسمى مقاومة وحدتها هي الأوم (Ohm) ويرمز لها بالحرف Omega

ويرمز لها في الدارة الكهربائية بأحد الرمزين:

قانون أوم:

ينص قانون أوم على أن التوتر المطبق بين مربطي موصل يتناسب طرديا مع شدة التيار الذي يمر فيه، مادامت قيمة مقاومة الموصل تبقى ثابتة مع الزمن.

U=R.I

معناه أن قانون أوم لا يطبق على المقاومة الكهربائية فقط، بل يطبق على جميع الموصلات الكهربائية بشرط أن لا تتغير مقاومتها مع الزمن.

تعريف المقاومة الكهربائية:

المقاومة الكهربائية هي مركبة كهربائية شائعة الانتشار تدخل في تركيب معظم الأجهزة الالكترونية، وهي ثنائي قطب تماثلي(غير مستقطب) مميزته خطية وسلوكه مستقل عن منحى التيار الكهربائي الذي يمر فيه. وهي كذلك مركبة لا تتغير درجة حرارتها تقريبا عندما يمر فيها تيار كهربائي ملائم.

ويمكن تقسيم مميزات المقاومة الكهربائية إلى أربع مميزات:

أولا: نسبة التفاوت وهي الفرق القصوي بين قيمة المقاومة وقيمتها الأسمية. سوف نشرح هاته الخاصية لاحقا.

ثانيا:القيمة الأسمية وتشار إليها بواسطة حلقات ذات ألوان مختلفة على ظهر المقاومة. وعلى حسب عدد الحلقات يمكن تصنيف المقاومة إلى مقاومات ذات 4 حلقات وتسمى رباعية النطاق اللوني. ومقاومات ذات 5 حلقات وتسمى خماسية النطاق اللوني. وفي الأخير مقاومات ذات 6 حلقات وتسمى سداسية النطاق اللوني.

ولحساب القيمة الأسمية لمقاومة خماسية النطاق اللوني، نضعها حيث تكون الحلقات المتقاربة على اليسار و الحلقة البعيدة على اليمين.(أحيانا يصعب التعرف على الحلقات مع ألوانها).

ثم نتعرف على ألوان الحلقات،

ثم نسجل ألوان حلقات المقاومة في جدول على الشكل الترتيبي التالي:

ثم نستعين بجدول ترقيم المقاومات التالي:

حيث العمود الأول يدل على رقم اللون والعمود الثاني يدل على معامل الضرب والعمود الثالث يدل على نسبة التفاوت أما العمود الرابع فيدل على تغير قيمة المقاومة بدلالة درجة الحرارة.

نعلم أن المقاومة التي نود أن نجد قيمتها الأسمية هي خماسية النطاق، فالثلاث الحلقات الأولى على اليسار تدل على رقم اللون. و الحلقة الرابعة إلى اليمين تدل على معامل الضرب أما الحلقة إلى أقصى اليمين فترمز إلى نسبة التفاوت.

نلاحظ بالنسبة لجدول ترقيم المقاومات وفي العمود الخاص برقم اللون أن اللون الأصفر يدل على الرقم 4 فنكتب في الجدول في الخانة تحث أصفر 4. ثم نلاحظ من خلال نفس العمود، أن اللونين البنفسجي والأسود يدلان على الرقمين 7و0 على التوالي. فنكتب 7 في الخانة تحت بنفسجي و0 في الخانة تحت أسود. ثم نذهب إلى الحلقة الرابعة على اليمين والتي تدل على معامل الضرب، فنجد أن اللون الذهبي يدل على الرقم

فنكتبه في الخانة تحت ذهبي. ثم نذهب إلى الحلقة الخامسة إلى أقصى اليمين والتي تدل على نسبة التفاوت فنجد أن اللون البني تقابله النسبة 1%، فنكتبها في الخانة تحث بني. فنحصل على النتيجة النهائية.(الجدول أسفل الصورة)

وبكل بساطة نكتب القيمة الأسمية للمقاومة على الشكل التالي:

أما إذا كانت المقاومة رباعية النطاق، فالحلقتين الأوليتين على اليسار تدلان على رقم اللون والتي تليها من اليمين تدل على معامل الضرب والرابعة إلى أقصى اليمين ترمز إلى نسبة التفاوت.

فالقيمة الأسمية للمقامة(الصورة أعلاه) تقرأ:

نرجع إلى المثال الأول، وجدنا أن القيمة الأسمية للمقاومة هي

1% هي نسبة التفاوت والتي تعني أن القيمة الحقيقية للمقاومة تكون محصورة بين

نستنتج أنه كلما كانت نسبة التفاوت صغيرة إلا وكانت المقاومة ستكون محصورة بين قيمتين متقاربتين.

أما بالنسبة للمقاومة سداسية النطاق، فنتجاهل الحلقة السادسة إلى أقصى اليمين، فتصبح لدينا مقاومة ذات خمس نطاق ويمكن حسابها كما في المثال السابق.

أما الحلقة السادسة فتدل على كمية التغير في المقاومة بالنسبة للتغير في درجة الحرارة، حيث كلما كان لون الحلقة يدل على رقم صغير كلما كانت قيمة المقاومة ثابتة.

نأتي ألان إلى المميزتين الثالثة والرابعة للمقاومة الكهربائية واللتان هي القدرة القصوى والتوتر القصوي اللذان ستتحمله المركبة. حيث لا يجب تطبيق توتر وقدرة أكبر من القيمتين التي تتحملهما المقاومة وإلا سوف تتعرض لشيخوخة مبكرة(أي أن قيمة مقاومتها ستتغير) أو ستتلف نهائيا.

لكن للأسف فالقيم للقدرة القصوى وللتوتر القصوي ليست مكتوبة على ظهر مثل هاته المقاومات الكربونية. إلا إذا قمت بشرائها جديدة، فهي تكون مصحوبة غالبا بورقة توضح جميع المواصفات منها القيمتين القصويين للتوتر والقدرة. أما إذا كانت لديك مستعملة ولا تعرف مصدرها، فقم بقياس أبعادها. وهذا الجدول ربما سيساعدك.