المقاومة الكهربائية: ما هي؟

Electrical4u

حقل: الكهرباء الأساسية

China

ما هو المقاومة الكهربائية؟

المقاومة (وتُعرف أيضًا بالمقاومة الأومية أو المقاومة الكهربائية) هي مقياس للمعارضة التي تواجه تيار الكهرباء في الدائرة الكهربائية. تُقاس المقاومة بوحدة الأوم، والممثلة بالحرف اليوناني أوميغا (Ω).

كلما ازدادت المقاومة، كلما زادت الحاجز أمام تدفق التيار.

عند تطبيق الفرق الجهد على موصل، يبدأ التيار في التدفق، أو يبدأ الإلكترونات الحرة في الحركة. أثناء الحركة، تصطدم الإلكترونات الحرة بذرات وجزيئات الموصل.

بسبب الاصطدامات أو العوائق، يتم تقييد معدل تدفق الإلكترونات أو التيار الكهربائي. لذا، يمكننا القول أنه هناك بعض المعارضة لتدفق الإلكترونات أو التيار. وهكذا، فإن هذه المعارضة التي يقدمها مادة معينة لتدفق التيار الكهربائي تسمى المقاومة.

تم العثور على مقاومة المواد الموصلة بأنها—

تناسب طردي مع طول المادة
تناسب عكسي مع المساحة المقطعية للمادة
يعتمد على طبيعة المادة
يعتمد على درجة الحرارة

من الناحية الرياضية، يمكن التعبير عن مقاومة المادة الموصلة كالتالي،

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

حيث R = مقاومة الموصل

$l$ = طول الموصل

a = مساحة المقطع العرضي للموصل

$\rho$ = ثابت التناسب للمادة المعروف بمقاومة النوع أو مقاومة النوع للمادة

تعريف أوم واحد من المقاومة

إذا تم تطبيق جهد كهربائي قدره فولت واحد عبر سلكين لموصل وإذا كان يمر خلاله تيار قدره أمبير واحد، فإن المقاومة لهذا الموصل تعتبر أوم واحد.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \end{align*}$

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

ما هي وحدات قياس المقاومة الكهربائية؟

تُقاس المقاومة الكهربائية بوحدة (الوحدة الأساسية في النظام الدولي للوحدات) الأوم، ويتم تمثيلها بالرمز Ω. سميت الوحدة بالأوم تكريماً للفيزيائي الألماني والرياضي العظيم جورج سيمون أوهم.

في النظام الدولي للوحدات، يساوي الأوم واحد فولت لكل أمبير. وبالتالي،

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

وبالتالي، يتم قياس المقاومة أيضاً بفولت لكل أمبير.

تُصنع المقاومات وتُحدَّد على نطاق واسع من القيم. عادةً ما يتم استخدام الوحدة أوم للقيم المعتدلة للمقاومة، ولكن يمكن التعبير عن القيم الكبيرة والصغيرة للمقاومة بالميلي أوم وكيلو أوم وميجا أوم وغيرها.

وبالتالي، يتم إنشاء الوحدات المشتقة للمقاومات وفقًا لقيمها، كما هو موضح في الجدول أدناه.

Unit Name	Abbreviation	Values in Ohm $(\Omega)$
Milli Ohm	$m\,\,\Omega$	$10^-^3\,\,\Omega$
Micro Ohm	$\micro\,\,\Omega$	$10^-^6\,\,\Omega$
Nano Ohm	$n\,\,\Omega$	$10^-^9\,\,\Omega$
Kilo Ohm	$K\,\,\Omega$	$10^3\,\,\Omega$
Mega Ohm	$M\,\,\Omega$	$10^6\,\,\Omega$
Giga Ohm	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

وحدة مشتقة للمقاومات

رمز المقاومة الكهربائية

هناك رمزان أساسيان لدائرة الكهرباء تستخدمان للمقاومة الكهربائية.

الرمز الأكثر شيوعًا للمقاومة هو خط مائل يستخدم على نطاق واسع في أمريكا الشمالية. الرمز الآخر للمقاومة هو مستطيل صغير يستخدم على نطاق واسع في أوروبا وآسيا، ويسمى رمز المقاومة الدولي.

يظهر رمز دائرة المقاومة في الصورة أدناه.

企业微信截图_17099630627029.png 企业微信截图_17099630544755.png

صيغة المقاومة الكهربائية

الصيغة الأساسية للمقاومة هي:

العلاقة بين المقاومة والجهد والتيار (قانون أوم)
العلاقة بين المقاومة والقوة والجهد
العلاقة بين المقاومة والقوة والتيار

تلخص هذه العلاقات في الصورة أدناه.

صيغة المقاومة 1 (قانون أوم)

وفقًا لقانون أوم

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

وبالتالي، فإن المقاومة هي نسبة الجهد الم alimentado والتيار.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\,\Omega \end{align*}$

صيغة المقاومة 2 (الطاقة والجهد)

الطاقة المنقولة هي حاصل ضرب الجهد الكهربائي والتيار الكهربائي.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

الآن، ضع $I = \frac{V}{R}$ في المعادلة أعلاه نحصل على

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \end{align*}$

وبالتالي، نحصل على أن المقاومة هي نسبة مربعة من الجهد الكهربائي والقدرة. رياضيًا،

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\,\Omega \end{align*}$

صيغة المقاومة 3 (القدرة والتيار)

نعلم أن، $P = V * I$

ضع $V = I *R$ في المعادلة أعلاه نحصل على،

$\begin{align*} P = I^2 * R \end{align*}$

وبالتالي، نحصل على أن المقاومة هي نسبة القوة إلى مربع التيار. رياضياً،

$\begin{align*} R = \frac{P}{I^2} \,\, \Omega \end{align*}$

الفرق بين مقاومة التيار المتردد والتيار المستمر

هناك فرق بين مقاومة التيار المتردد ومقاومة التيار المستمر. دعونا نناقش هذا بشكل موجز.

مقاومة التيار المتردد

المقاومة الكلية (بما في ذلك المقاومة، المعاوقة الاستدلالية، والمعاوقة السعوية) في الدوائر الكهربائية ذات التيار المتردد تسمى المقاومة الكلية. وبالتالي، تسمى مقاومة التيار المتردد أيضاً بالممانعة الكلية.

المقاومة = الممانعة الكلية أي،

$\begin{align*} R = Z \end{align*}$

يقدم الصيغة التالية قيمة المقاومة أو المعاوقة في الدوائر الكهربائية ذات التيار المتردد،

$\begin{align*} R_A_C = \sqrt{R^2 + (X_L-X_C)^2} \,\, \Omega \end{align*}$

المقاومة المباشرة

قيمة التيار المستمر ثابتة، أي لا يوجد تردد في دوائر التيار المستمر؛ لذا فإن المعاوقة السعوية والمعاوقة الحثية في دوائر التيار المستمر تساوي صفر.

لذلك، عندما يتم تطبيق التيار المستمر، تكون قيمة مقاومة الموصل أو السلك هي الوحيدة التي تدخل في الحسبان.

وبناءً على قانون أوم، يمكننا حساب قيمة المقاومة المباشرة.

$\begin{align*} R_D_C = \frac{V}{I} \,\, \Omega \end{align*}$

أيهما أكبر: المقاومة للموجات الكهربائية المتناوبة أم المقاومة للموجات الكهربائية المستمرة؟

لا يوجد تأثير الجلد في الدوائر الكهربائية ذات التيار المستمر لأن تردد التيار المستمر يساوي الصفر. لذلك، فإن مقاومة التيار المتردد تكون أكبر مقارنة بمقاومة التيار المستمر بسبب تأثير الجلد.

$\begin{align*} R_A_C = R_D_C \end{align*}$

عادةً، تكون قيمة مقاومة التيار المتردد 1.6 مرة قيمة مقاومة التيار المستمر.

$\begin{align*} R_A_C = 1.6 * R_D_C \end{align*}$

المقاومة الكهربائية والتسخين والحرارة

المقاومة الكهربائية والتسخين

عندما يمر التيار الكهربائي (أي تدفق الإلكترونات الحرة) عبر موصل، هناك نوع من "الاحتكاك" بين الإلكترونات المتحركة والجزيئات الموصلة. يُشار إلى هذا الاحتكاك بالمقاومة الكهربائية.

وبالتالي، يتم تحويل الطاقة الكهربائية المقدمة للموصل إلى حرارة بسبب الاحتكاك أو المقاومة الكهربائية. وهذا ما يعرف بتأثير التسخين الناتج عن المقاومة الكهربائية.

على سبيل المثال، إذا كان تدفق الأمبيرات يمر عبر موصل مقاومته R أوم لمدة t ثانية، فإن الطاقة الكهربائية المقدمة هي I2Rt جول. يتم تحويل هذه الطاقة إلى شكل الحرارة.

وبالتالي،

$\begin{align*} Heat \,\, produced \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joules \end{align*}$

$\begin{align*} = \frac{I^2 * R * t}{4.186} \,\, calories \end{align*}$

يتم استخدام هذا التأثير الحراري في صناعة العديد من الأجهزة الكهربائية الحرارية مثل المدفأة الكهربائية، محمصة كهربائية، غلاية كهربائية، مكواة كهربائية، لحام كهربائي، إلخ. المبدأ الأساسي لهذه الأجهزة هو نفسه، أي أنه عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر مقاومة عالية (تسمى عنصر تسخين)، فإنه ينتج الحرارة المطلوبة.

السبائك الأكثر شيوعًا المستخدمة هي سبيكة النيكل والكروم المعروفة باسم النيكرومي والتي تمتلك مقاومة أكثر من 50 مرة نحاس.

تأثير درجة الحرارة على المقاومة الكهربائية

تتأثر مقاومة جميع المواد بتغير درجة الحرارة. تختلف تأثيرات تغير درجة الحرارة حسب المادة.

المعادن

يزداد مقاومة الكهربائية للمعادن النقية (مثل النحاس، الألومنيوم، الفضة، إلخ) مع زيادة درجة الحرارة. هذه الزيادة في المقاومة كبيرة ضمن نطاق درجات الحرارة العادية. لذا، تمتلك المعادن معامل مقاومة حراري موجبًا.معامل مقاومة حراري موجب.

السبائك

يزداد مقاومة الكهربائية للسبائك (مثل نيكل كروم، مانجانين، إلخ) أيضًا مع زيادة درجة الحرارة. هذه الزيادة في المقاومة غير منتظمة ونسبة صغيرة نسبيًا. لذا، تمتلك السبائك قيمة منخفضة من معامل المقاومة الحراري الموجب.

المشبكات شبه الموصلة والعوازل والكهرباءيات

تقل مقاومة الكهربائية لمشبكات شبه الموصلة، والعوازل والكهرباءيات مع زيادة درجة الحرارة. حيث أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى خلق العديد من الإلكترونات الحرة. لذا، هناك انخفاض في قيمة المقاومة الكهربائية. وهكذا، فإن هذه المواد لها معامل مقاومة حراري سالب.

أسئلة شائعة حول المقاومة

مقاومة الجسم البشري الكهربائية

مقاومة جلد الإنسان عالية، ولكن مقاومة الجسم الداخلية منخفضة. عندما يكون الجسم جافًا، تكون مقاومته الفعالة عالية، وفي حالة الرطوبة، تنخفض المقاومة بشكل كبير.

تحت ظروف الجفاف، تكون المقاومة الفعالة التي يقدمها الجسم البشري 100,000 أوم، وفي حالة الرطوبة أو جروح الجلد، تنخفض المقاومة إلى 1000 أوم.

إذا دخلت طاقة كهربائية ذات فولتية عالية إلى جلد الإنسان، فإنها تكسر الجلد بسرعة، وتقل المقاومة التي يقدمها الجسم إلى 500 أوم.

مقاومة الهواء الكهربائية

نعلم أن المقاومة الكهربائية لأي مادة تعتمد على مقاومة النوع أو المقاومة الخاصة بتلك المادة. مقاومة النوع أو المقاومة الخاصة للهواء تبلغ حوالي $10^6$ إلى $10^1^5$ $\Omega-m$ عند درجة حرارة 200 سيلسيوس.

تمثل المقاومة الكهربائية للهواء قدرة الهواء على مقاومة التيار الكهربائي. تنتج مقاومة الهواء نتيجة الاصطدامات بين السطح الأمامي للمادة والجزيئات الهوائية. العاملان الرئيسيان المؤثران في كمية مقاومة الهواء هما سرعة الجسم ومساحة المقطع العرضي للجسم.

تبلغ قوة الانهيار الكهربائي للهواء 21.1 كيلوفولت/سم (RMS) أو 30 كيلوفولت/سم (قمة)، مما يعني أن الهواء يوفر مقاومة كهربائية تصل إلى 21.1 كيلوفولت/سم (RMS) أو 30 كيلوفولت/سم (قمة). إذا تجاوز الضغط الكهروستاتيكي في الهواء 21.1 كيلوفولت/سم (RMS)، يحدث انهيار للهواء؛ وبالتالي يمكن القول إن مقاومة الهواء تصبح صفرية.

المقاومة الكهربائية للماء

تمثل مقاومة النوع أو المقاومة الخاصة للماء قدرة الماء على مقاومة التيار الكهربائي، والتي تعتمد على تركيز الأملاح الذائبة في الماء.

يتميز الماء النقي بقيمة أعلى لمقاومة النوع أو المقاومة الخاصة لأنه لا يحتوي على أي أيونات. عندما تذوب الأملاح في الماء النقي، يتم إنتاج أيونات حرة. يمكن لهذه الأيونات أن توصل التيار الكهربائي؛ لذا تنخفض المقاومة.

سيكون للماء ذي التركيز العالي من الأملاح الذائبة قيمة منخفضة لمقاومة النوع أو المقاومة الخاصة والعكس صحيح. الجدول أدناه يظهر قيمة المقاومة الخاصة لأنواع مختلفة من الماء.

أنواع الماء	المقاومة الكهربائية بالأوم-متر $(\Omega-m)$
الماء النقي	20,000,000
ماء البحر	20-25
الماء المقطر	500,000
مياه الأمطار	20,000
مياه النهر	200
الماء الصالح للشرب	2 إلى 200
الماء الخالي من الأيونات	180,000

مقاومة النحاس الكهربائية

النحاس هو موصل جيد، وبالتالي فإن له قيمة مقاومة منخفضة. المقاومة الطبيعية التي يقدمها النحاس تُعرف باسم المقاومة النوعية أو مقاومة النحاس.

قيمة المقاومة النوعية أو مقاومة النحاس هي $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

ماذا تسمى الظاهرة عندما تكون المقاومة الكهربائية صفرًا؟

عندما تكون المقاومة الكهربائية صفرًا، تُسمى هذه الظاهرة التوصيل الفائق.

وفقاً لقانون أوم،

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \end{align*}$

إذا كانت المقاومة الكهربائية أي R = 0، فإن،

$\begin{align*} I = \frac{V}{0} = \infty \end{align*}$

وبالتالي، يتدفق تيار لا نهائي عبر الموصل إذا كانت مقاومة ذلك الموصل صفرًا؛ وتُعرف هذه الظاهرة بالتوصيل الفائق.

يمكننا أيضًا القول أنه إذا كان المقاومة الكهربائية صفرية، فإنها تمتلك قابلية توصيل لا نهائية.

$\begin{align*} G = \frac{1}{R} = \frac{1}{0} = \infty \end{align*}$

كيف يؤثر مقاومة التوصيل على المقاومة؟

كما نعلم، يمكن التعبير عن مقاومة مادة الموصل كالتالي،

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

حيث R = مقاومة الموصل

$l$ = طول الموصل

a = مساحة المقطع العرضي للموصل

$\rho$ = ثابت التناسب للمادة المعروف باسم مقاومة المادة الخاصة أو مقاومتها النوعية

الآن، إذا كانت $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ فإن

$\begin{align*} R = \rho \end{align*}$

وبالتالي، فإن مقاومة المادة الخاصة أو مقاومتها النوعية هي المقاومة التي تقدمها وحدة الطول ووحدة مساحة المقطع العرضي للمادة.

نعلم أن كل مادة موصلة لها قيمة مختلفة لمقاومة المادة الخاصة أو مقاومتها النوعية؛ وبالتالي، فإن قيمة المقاومة تعتمد على طول ومساحة المادة الموصلة المستخدمة.

المصدر: Electrical4u

بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة للمشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال لحذف.