مقاومت الکتریکی: چه مفهومی است

Electrical4u

ميدان: Electrical Basics

China

چه می‌باشد مقاومت الکتریکی؟

مقاومت (همچنین به عنوان مقاومت اهمی یا مقاومت الکتریکی شناخته می‌شود) معیاری برای اندازه‌گیری مخالفت با جریان در مدار الکتریکی است. مقاومت به واحدهای اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود.

هرچه مقاومت بیشتر باشد، مانع بزرگتری برای جریان الکتریکی خواهد بود.

وقتی تفاوت پتانسیل به رسانا اعمال می‌شود، جریان شروع به جریان دادن می‌کند یا الکترون‌های آزاد شروع به حرکت می‌کنند. در حین حرکت، الکترون‌های آزاد با اتم‌ها و مولکول‌های رسانا برخورد می‌کنند.

به دلیل برخورد یا مانع، نرخ جریان الکترون‌ها یا جریان الکتریکی محدود می‌شود. بنابراین می‌توان گفت که مخالفتی وجود دارد که علیه جریان الکترون‌ها یا جریان الکتریکی عمل می‌کند. این مخالفت که توسط ماده‌ای علیه جریان الکتریکی ارائه می‌شود، مقاومت نامیده می‌شود.

مقاومت ماده رسانا یافت می‌شود—

متناسب مستقیم با طول ماده
متناسب معکوس با مساحت مقطع ماده
وابسته به نوع ماده
وابسته به دما

به صورت ریاضی، مقاومت ماده رسانا می‌تواند به صورت زیر بیان شود،

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

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

که در آن R = مقاومت هادی

$l$ = طول هادی

a = مساحت مقطع هادی

$\rho$ = ثابت تناسب مواد که به عنوان مقاومت ویژه یا مقاومت خاص ماده شناخته می‌شود

تعریف ۱ اهم مقاومت

اگر پتانسیل ۱ ولت بین دو سر یک هادی اعمال شود و جریان ۱ آمپر از آن عبور کند، مقاومت آن هادی یک اهم است.

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

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

چه واحدی برای اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود؟

مقاومت الکتریکی با واحد اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود که در سیستم یکاهای SI برای یک مقاومت استفاده می‌شود. نام اهم (Ω) به افتخار فیزیکدان و ریاضیدان آلمانی بزرگ گئورگ سیمون اهم انتخاب شده است.

در سیستم یکاهای SI، یک اهم برابر با یک ولت بر آمپر است. بنابراین،

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

بنابراین، مقاومت همچنین با واحد ولت بر آمپر اندازه‌گیری می‌شود.

مقاومت‌ها در محدوده وسیعی از مقادیر تولید و مشخص می‌شوند. واحد اهم برای مقاومت‌های متوسط استفاده می‌شود، اما مقاومت‌های بسیار کوچک یا بسیار بزرگ می‌توانند به میلی‌اهم، کیلو‌اهم، مگا‌اهم و غیره بیان شوند.

بنابراین، واحدهای مشتق شده مقاومت‌ها بر اساس مقادیر آنها ساخته می‌شوند، همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است.

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	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

واحد مشتق مقاومت‌ها

نماد مقاومت الکتریکی

دو نماد اصلی برای مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود.

نماد رایج‌تر برای مقاومت، خط مارپیچ است که در آمریکای شمالی به طور گسترده استفاده می‌شود. نماد دیگر مقاومت، مستطیل کوچکی است که در اروپا و آسیا به طور گسترده استفاده می‌شود و به عنوان نماد بین‌المللی مقاومت شناخته می‌شود.

نماد مداری مقاومت‌ها در تصویر زیر نشان داده شده است.

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

فرمول مقاومت الکتریکی

فرمول پایه‌ای برای مقاومت عبارت است از:

رابطه بین مقاومت، ولتاژ و جریان (قانون اهم)
رابطه بین مقاومت، توان و ولتاژ
رابطه بین مقاومت، توان و جریان

این روابط در تصویر زیر خلاصه شده‌اند.

فرمول مقاومت ۱ (قانون اهم)

بر اساس قانون اهم

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

بنابراین، مقاومت نسبت ولتاژ تغذیه و جریان است.

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

فرمول مقاومت ۲ (توان و ولتاژ)

توان منتقل شده حاصل ضرب ولتاژ تغذیه و جریان الکتریکی است.

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

حالا، $I = \frac{V}{R}$ را در معادله بالا قرار دهید که به دست می‌آوریم

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

بنابراین، مقاومت نسبت مربع ولتاژ تغذیه به توان است. ریاضیاً،

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

فرمول مقاومت ۳ (توان و جریان)

می‌دانیم که، $P = V * I$

عبارت $V = I *R$ را در معادله بالا قرار دهید:

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

بنابراین، مقاومت نسبت قدرت به مجذور جریان است. ریاضیاً،

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

تفاوت بین مقاومت AC و DC

تفاوتی بین مقاومت AC و DC وجود دارد. این موضوع را مختصر بیان می‌کنیم.

مقاومت AC

مقاومت کل (شامل مقاومت، واگرایی القایی و واگرایی ظرفیتی) در مدارهای AC مقاومت الکتریکی نامیده می‌شود. بنابراین، مقاومت AC همچنین مقاومت الکتریکی نامیده می‌شود.

مقاومت = مقاومت الکتریکی یعنی،

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

فرمول زیر مقدار مقاومت متناوب یا امپدانس مدارهای متناوب را مشخص می‌کند،

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

مقاومت مستقیم

اندازه جریان مستقیم ثابت است، یعنی در مدارهای مستقیم فرکانس وجود ندارد؛ بنابراین واکنش خازنی و واکنش القایی در مدارهای مستقیم صفر است.

بنابراین، تنها مقادیر مقاومت رسانه یا سیم زمانی که به تغذیه مستقیم می‌شود مورد نظر قرار می‌گیرد.

بنابراین، با توجه به قانون اهم، می‌توانیم مقدار مقاومت مستقیم را محاسبه کنیم.

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

چه کدام بیشتر است: مقاومت متناوب یا مقاومت مستقیم؟

در مدارهای DC اثر پوستی وجود ندارد زیرا فرکانس در تامین DC صفر است. بنابراین، مقاومت AC به دلیل اثر پوستی بیشتر از مقاومت DC است.

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

معمولاً، مقدار مقاومت AC ۱.۶ برابر مقدار مقاومت DC است.

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

مقاومت الکتریکی، گرمایش و دما

مقاومت الکتریکی و گرمایش

وقتی جریان الکتریکی (یعنی جریان الکترون‌های آزاد) از طریق رسانا عبور می‌کند، برخوردی بین الکترون‌های متحرک و مولکول‌های رسانا وجود دارد. این برخورد به عنوان مقاومت الکتریکی شناخته می‌شود.

بنابراین، انرژی الکتریکی تحویل داده شده به رسانا به دلیل برخورد یا مقاومت الکتریکی به گرما تبدیل می‌شود. این امر به عنوان اثر گرمایشی جریان الکتریکی تولید شده توسط مقاومت الکتریکی شناخته می‌شود.

برای مثال، اگر جریان I آمپر در طول یک رسانا با مقاومت R اهم برای t ثانیه جریان داشته باشد، انرژی الکتریکی تامین شده برابر است با I2Rt ژول. این انرژی به صورت گرما تبدیل می‌شود.

بنابراین،

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

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

این اثر گرمایی برای ساخت بسیاری از وسایل گرمایی الکتریکی مانند بخاری الکتریکی، توستر الکتریکی، قوری الکتریکی، آهن جوشه، آهن لحیم، و غیره استفاده می‌شود. اصل کار این وسایل یکسان است، یعنی وقتی جریان الکتریکی از طریق یک مقاومت بالا (به عنوان عنصر گرمایی) می‌گذرد، گرما مورد نیاز تولید می‌شود.

یکی از آلیاژهای رایج نیکل و کروم به نام نیکروم مقاومت بیش از ۵۰ برابر مس دارد.

تأثیر دما بر مقاومت الکتریکی

مقاومت تمام مواد تحت تأثیر تغییر دما قرار می‌گیرد. تأثیر تغییر دما بر حسب نوع ماده متفاوت است.

فلزات

مقاومت الکتریکی فلزات خالص (مانند مس، آلومینیوم، نقره و غیره) با افزایش دما افزایش می‌یابد. این افزایش مقاومت در محدوده طبیعی دماها بسیار زیاد است. بنابراین، فلزات ضریب دمایی مثبت مقاومت دارند.ضریب دمایی مقاومت.

آلیاژها

مقاومت الکتریکی آلیاژها (مانند نیکرومل، منگانین و غیره) نیز با افزایش دما افزایش می‌یابد. این افزایش مقاومت نامنظم و نسبتاً کم است. بنابراین، آلیاژها ضریب دمایی مثبت مقاومت کم دارند.

halbgeleiter، عایق‌ها و الکترولیت‌ها

مقاومت الکتریکی halbgeleiter، عایق‌ها و الکترولیت‌ها با افزایش دما کاهش می‌یابد. با افزایش دما، تعداد الکترون‌های آزاد افزایش می‌یابد. بنابراین، مقاومت الکتریکی کاهش می‌یابد. بنابراین، این مواد ضریب دمایی منفی مقاومت دارند.

سوالات رایج درباره مقاومت

مقاومت الکتریکی بدن انسان

مقاومت پوست بدن انسان بالاست، اما مقاومت داخلی بدن کم است. وقتی بدن انسان خشک است، مقاومت مؤثر متوسط آن بالا است و وقتی مرطوب است، مقاومت به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

در شرایط خشک، مقاومت مؤثر ارائه شده توسط بدن انسان ۱۰۰۰۰۰ اهم است و در شرایط مرطوب یا پوست خرد شده، مقاومت به ۱۰۰۰ اهم کاهش می‌یابد.

اگر انرژی الکتریکی با ولتاژ بالا به پوست انسان برخورد کند، پوست انسان به سرعت تخریب می‌شود و مقاومت ارائه شده توسط بدن به ۵۰۰ اهم کاهش می‌یابد.

مقاومت الکتریکی هوا

می‌دانیم که مقاومت الکتریکی هر ماده به رسانایی یا مقاومت خاص آن ماده بستگی دارد. رسانایی یا مقاومت خاص هوا حدوداً $10^6$ تا $10^1^5$ $\Omega-m$ در دما ۲۰ درجه سانتیگراد است.

مقاومت الکتریکی هوا اندازه‌گیری قابلیت هوا برای مقاومت در برابر جریان الکتریکی است. مقاومت هوا نتیجه برخورد سطح پیشرو شی با مولکول‌های هوا است. دو عامل اصلی که مقدار مقاومت هوا را تحت تأثیر قرار می‌دهند، سرعت شی و مساحت مقطع شی است.

شکست یا مقاومت دی الکتریک هوا ۲۱.۱ کیلوولت بر سانتیمتر (RMS) یا ۳۰ کیلوولت بر سانتیمتر (پیک) است، که به این معناست که هوا تا ۲۱.۱ کیلوولت بر سانتیمتر (RMS) یا ۳۰ کیلوولت بر سانتیمتر (پیک) مقاومت الکتریکی فراهم می‌کند. اگر تنش الکترواستاتیکی در هوا از ۲۱.۱ کیلوولت بر سانتیمتر (RMS) فراتر رود، شکست هوا رخ می‌دهد؛ بنابراین می‌توانیم بگوییم که مقاومت هوا صفر می‌شود.

مقاومت الکتریکی آب

رسانایی یا مقاومت خاص آب اندازه‌گیری قابلیت آب برای مقاومت در برابر جریان الکتریکی است که به غلظت نمک‌های حل شده در آب بستگی دارد.

آب خالص دارای مقدار بالاتری از رسانایی یا مقاومت خاص است زیرا شامل یون‌های آزاد نیست. وقتی نمک‌ها در آب خالص حل می‌شوند، یون‌های آزاد تولید می‌شوند. این یون‌ها می‌توانند جریان الکتریکی را رسانند؛ بنابراین مقاومت کاهش می‌یابد.

آب با غلظت بالای نمک‌های حل شده دارای مقاومت خاص یا رسانایی پایین‌تری خواهد بود و برعکس. جدول زیر مقدار رسانایی برای انواع مختلف آب را نشان می‌دهد.

نوع آب	مقاومت در اهم-متر $(\Omega-m)$
آب خالص	۲۰۰۰۰۰۰۰
آب دریا	۲۰-۲۵
آب تقطیر شده	۵۰۰۰۰۰
آب باران	۲۰۰۰۰
آب رودخانه	۲۰۰
آب آشامیدنی	۲ تا ۲۰۰
آب دئیونیزه شده	۱۸۰۰۰۰