المقاومة الكهربائية ؟ وما هي ووظيفتها في الدائرة

تعتبر المقاومة الكهربائية من العناصر الرئيسية المكونة للدائرة الكهربائية، حيث تعتمد عليها قيمة بقية العناصر الأخرى مثل التيار، وكذلك القدرة الكهربائية Electric Power المستهلكة في الدائرة الكهربائية. والمقاومة تمثل النسبة بين الجهد الكهربائي والتيار، هذا التناسب أثبته العالم أوم Ohm.

عندما يمر التيار الكهربائي خلال مسار معين تفقد الالكترونيات الطاقة الدافعة ( الجهد ) التي تحول معظمها إلى حرارة ويمكن تفسير ذلك بما يحدثه الموصل ( مسار التيار ) من مقاومة في طريق الإلكترونيات.

وتعرف المقاومة بأنها المقاومة التي يبديها الموصل عند مرور التيار فيه، وتقاس بالأوم Ohm ويرمز بالرمز أوميجا ( Ω )، حيث انه كلما زادت قيمة المقاومة تقل كمية التيار المار فيها والعكس صحيح فمثلاً بعض المواد مثل البلاستيك والمطاط والخشب لها مقاومة كبيرة جداً وبالتالي تمنع مرور التيار خلالها، بعكس النحاس والذهب والفضة التي لها مقاومة صغيرة جداً وبالتالي تسمح بمرور التيار فيها. إذا المقاومة الكهربائية تعمل على إعاقة التيار الكهربائي في الدائرة الالكترونية والكهربائية ولذلك فإن العلاقة بين المقاومة والتيار علاقة عكسية، ويمكن توضيح ذلك في الرسم التالي:

مقاومة السلك الموصل Resistance of a wire

تعتمد مقاومة الموصلات Wires على التالي:

1. طول المصول length، ويرمز له بالرمز L.
2. مساحة المقطع Cross-section Area ، ويرمز لها بالرمز  A.
3. نوع المادة ( المقاومة النوعية ) Material، ويرمز لها بالرمز ρ ،وتعطى عند درجة حرارة ثابتة.
4. درحة الحرارة Temperature، ويرمز لها بالرمز T.

من هذه العوامل يمكن تحديد قيمة مقاومة الموصل كما يلي:

حيث:

R: هي المقاومة الكهربائية Resistance  وتقاس بالأوم Ω .

ρ: المقاومة النوعية وتقاس بالأوم متر Ω.m . 

L: هي الطول Length ، وتقاس بالمتر m

A: هي مساحة المقطع Cross-section Area ، وتقاس بالمتر المربع m2 .

مثال:
موصل من النحاس مقطع دائري له قطر طوله 5mm ،وطوله الموصل 5m. احسب مقاومته عند درجة حرارة قيمتها 20 درجة C ،إذا كانت مقاومته النوعية:

الحل:

تحسب قيمة مقاومة الموصل R من المعادلة :

وبتطبيق القيم داخل المعادلة:

أنواع المقاومات Types of Resistors

للمقاومات أنواع عديدة منها ما يلي:

1. المقاومات الضوئية Opto-photo-Resistors:

في هذا النوع من المقاومات نجد أن قيمتها تقل عن تسليط الضوء على سطحها ، وتزيد مقاومتها عند حجب الضوء عنها، وتصل قيمتها إلى قيمة كبيرة جداً عندما يحجب الضوء عنها كلياً.
 

2. المقاومات الحرارية Thermal-Resistors:

تعتمد قيمة هذه المقاومات على الحرارة، حيث إن قيمتها تقل عن زيادة درجة الحرارة. أما إذا قلت درجة الحرارة فإن قيمة المقاومة الحرارية تزداد. ويمثل الشكل التالي عمل هذه المقاومة.

كما أن هناك نوعا المقاومات الحرارية تبقى قيمتها ثابتة عن قيمة معينة من درجة الحرارة وتزداد زيادة مفاجئة عن زيادة  درجة الحرارة عن هذه القيمة.

3. المقاومات التي تعتمد قيمتها على الجهد Voltage Dependent Resistors:

يرمز لهذه المقاومات بالرمز VDR، وهذه المقاومات تقبل قيمتها بزيادة الجهد المطبق عليها.

4. المقاومات الخطية Linear Resistors:

وينقسم هذا النوع إلى مقاومات السلك الملفوف حيث يوجد منها قيم مختلفة.

المقاومات المتغيرة

حيث يمكن من خلال هذه المقاومات الحصول على قيم مختلفة من المقاومات على حسب وضع الطرف المنزلق لهذه المقاومات. ويوجد نوعان من التحكم في قيمة المقاومة الكهربائية المتغيرة:

مقاومة مجزئ الجهد Potentiometer

ولها عدة خواص مثل أنها تستخدم كمقسم للجهد Voltage Divider ، كما أن لها ثلاثة أطراف. ومدى التحكم في قيمة هذه المقاومات يصل إلى عدة ميجا أوم Mega Ohm.

ريوستات Rheostat

حيث إن لها عدة خواص مثل ان مدى التحكم في قيمة هذه المقاومات يكون اقل مما هو عليه في مقاومات مجزئ الجهد حيث يصل إلى عدة كيلو اوم Kilo Ohm ، ايضاً فإن السلك الملفوف يستخدم في صناعتها، ولها القدرة على امتصاص كمية طاقة كبيرة واخيراً تستخدم هذه المقاومات كأداة تحكم دقيقة في نظم التحكم الصناعية وكذلك تستخدم للتحكم في قيمة التيار في التطبيقات الصغيرة.

المقاومة الكربونية

حيث يعتبر هذا النوع من المقاومات الأكثر انتشارا واستخداما من مقاومات السلك الملفوف، ويرجع ذلك للمادة المستخدمة في تصنيعها وهي الكربون. ويمكن معرفة قيم المقاومات الكربونية عن طريق شفرة الألوان او قياسها بواسطة جهاز الأوميتر.

تصنع بمزيج من الكربون المسحوق ومادة غير موصلة مثل مسحوق السيراميك (الفخار) تصب المادة بالشكل المطلوب والذي عادة يكون اسطوانياً ثم تجمد بالحرارة ويرش طرفا المقاومة بمعدن حتى يمكن عمل التوصيلات بالأسلاك الخارجية. وتبلغ القدرة التقليدية لمثل هذه المقاومات ما يعادل ( 1/4 ,1/2 , 1, 2 وات ).

الموصلية Conductance بمناسبة الحديث عن المقاومة و ممانعتها لمرور التيار الكهربائي فيها، يجب التعرف على الموصلية ويرمز لها بالرمز G وتقاس بالسيمنز Siemens والذي يكافئ امبير لكل فولت Ampere per Volt، وهي مقلوب المقاومة أي ان:

وتقاس بالسيمنز Siemens. أي ان:

وتقاس بالأوم Ohm.ولذلك نجد أنه مع زيادة قيمة الموصلية أو G فإن قيمة المقاومة الكهربائية تقل و العكس صحيح.

إيجاد قيمة المقاومة

إيجاد قيمة المقاومة عن طريق شفرة الألوان:نظراً لصعوبة كتابة قيمة المقاومة الكهربائية وذلك لصغر حجمها فقد تم استخدام الألوان بحيث تطبع على جسم المقاومة الكهربائية لتدل على قيمتها وهناك طريقتان للترميز اللوني:

رباعية النطاق اللوني: بحيث يدل اللون الاول والثاني عل رقم اللون ، واللون الثالث على القيمة المضروبة. ويبعد اللون الرابع عن بقية الألوان ليعبر عن نسبة التفاوت في القيمة

خماسية النطاق: وفيه يدل اللون الاول والثاني والثالث على رقم اللون، والرقم الرابع على القيمة المضروبة ويبعد اللون الخامس عن بقية الألوان ليعبر عن نسبة التفاوت في القيمة.

تحسب قيمة المقاومة رباعية النطاق كالتالي: اللون الأول بني ويأخذ الرقم 1 اللون الثاني اسود ويأخذ الرقم 0 واللون الثالث القيمة المضروبة للون الأحمر 100 واللون الرابع نسبة الخطأ للون الذهب وهي 5% لتكون قيمة المقاومة +/-5%  R = 10 x 100 = 1kΩ .اما المقاومة الكهربائية ذات الخمسة ألوان فتحسب قيمتها كالتالي: اللون الاول بني 1 اللون الثاني اسود 0 اللون الثالث اصفر 4 اللون الرابع قيمة المضروب ويكون اللون الأزرق 1M واللون الخامس الذي يبتعد قليلاً عن بقية الألوان وهو اللون الذهبي 5 % وعليه تكون قيمة المقاومة الكهربائية   R = 104 x 1000,000 = 104 M +/-5% .

كيفية قياس المقاومة بالاوميتر: هو جهاز لقياس قيمة المقاومة الكهربائية ويتم قياس قيمة المقاومة بالنحو التالي:

• اولاً: وضع جهاز الافوميتر على وضع قياس المقاومة (وضع الاوميتر) .
• ثانياً: توصيل أحد طرفي الجهاز بطرف من أطراف المقاومة، وتوصل الطرف الاخر من الجهاز بالطرف الاخر للمقاومة بحيث يتم توصيلها مع الجهاز بالتوازي.

توصيل المقاومات الكهربائية توصيل المقاومات على التوالي Series Connection عندما يكون هناك عدد من المقاومات متصلة بحيث تكون مساراً واحداً بمرور التيار، وان التيار ثابت القيمة في جميع المقاومات ، في هذه الحالة تكون المقاومات متصلة على التوالي، والشكل التالي يوضح حالات مختلفة من التوصيل. تذكر بأنه اذا كانت هناك قيمة واحدة للتيار بين اي نقطتين، تصبح جميع المقاومات بين النقطتين موصلة على التوالي.

المقاومة الكلية (Total Resistance (Rt المقاومة الكلية لعدد من المقاومات متصله علي التوالي هي عبارة عن مجموع المقاومات اي أن:

Rt = R1 +R2 +R3+ ….+Rn

مثال:أوجد قيمة المقاومة الكلية في دائرة مكونة من خمس مقاومات على التوالي كما في الرسم التالي:الحل:
من الدائرة نجد ان خمس مقاومات فيها متصلة على التوالي ولإيجاد المقاومة الكلية لهذه المقاومات

Rt = 65Ω + 100Ω + 27Ω + 10Ω + 5.6Ω = 198.6Ω

Rt = 198.6Ω

توصيل المقاومات على التوازي Parallel Connection أي عدد من المقاومات الكهربائية تكون متصلة بين نفس النقطتين، واذا كان هناك أكثر من فرع مقاومة بين نقطتين وكذلك ان الجهد بين النقطتين يكون مطبق على جميع الفروع (المقاومات) في هذه الحالة يكون جميع الفروع ( المقاومات ) متصلة على التوازي، او بمعنى اخر تكون بدايات جميع المقاومات متصلة مع بعضها في نقطة واحدة، وجميع نهايات هذه المقاومات تتصل في نقطة أخرى.

,ولحساب مقاومتين متصلة على التوازي يتم حسابهم طبقاً للمعادلة الاتية:
واذا كانت اكثر من مقاومتين على التوازي يتم حسابهم طبقاً للمعادلة: