المقاومة الكهربائية والتوصيل

المقاومة الكهربائية لجسم ما هي مقياس لمعارضته لتدفق التيار الكهربائي . ومقلوبها هوالموصلية الكهربائية هي مقياس لسهولة مرور التيار الكهربائي. تتشابه المقاومة الكهربائية في بعض المفاهيم معالاحتكاك.وحدة قياس المقاومة الكهربائيةفي النظام الدولي للوحدات الأوم(Ω)، بينما تُقاس الموصلية الكهربائيةبالسيمنز(S).^{[ أ ]}

تعتمد مقاومة الجسم بشكل كبير على المادة المصنوع منها. فالأجسام المصنوعة من مواد عازلة للكهرباء ، كالمطاط ، تميل إلى امتلاك مقاومة عالية جدًا وموصلية منخفضة، بينما تميل الأجسام المصنوعة من مواد موصلة للكهرباء، كالمعادن، إلى امتلاك مقاومة منخفضة جدًا وموصلية عالية. تُقاس هذه العلاقة بالمقاومة النوعية أو الموصلية . مع ذلك، لا تُعد طبيعة المادة العامل الوحيد المؤثر في المقاومة والموصلية؛ إذ يعتمد الأمر أيضًا على حجم الجسم وشكله، لأن هذه الخصائص عامة وليست مكثفة . على سبيل المثال، تكون مقاومة السلك أعلى إذا كان طويلًا ورفيعًا، وأقل إذا كان قصيرًا وسميكًا. تقاوم جميع الأجسام التيار الكهربائي، باستثناء الموصلات الفائقة ، التي تكون مقاومتها صفرًا.

تُعرَّف المقاومة $R$ لجسم ما بأنها نسبة الجهد $V$ عبره إلى التيار $I$ المار فيه، بينما الموصلية $G$ هي مقلوب هذه النسبة: $R={\frac {V}{I}},\qquad G={\frac {I}{V}}={\frac {1}{R}}.$

بالنسبة لمجموعة واسعة من المواد والظروف، $يتناسب$ $الجهد$ والتيار تناسبًا طرديًا، وبالتالي فإن $المقاومة$ $والموصلية$ ثابتتان ( مع أنهما تعتمدان على حجم وشكل الجسم، والمادة المصنوع منها، وعوامل أخرى كدرجة الحرارة أو الإجهاد ). تُعرف هذه العلاقة التناسبية بقانون أوم ، وتُسمى المواد التي تُحقق هذا القانون بالمواد الأومية .

في حالات أخرى، مثل المحولات الكهربائية ، والثنائيات ، والمصابيح المتوهجة ، والبطاريات ، لا تتناسب شدة التيار $(I) والجهد (V) تناسبًا طرديًا. تظل النسبة V$ $/$ I $مفيدة$ $أحيانًا$ ، $وتُعرف باسم المقاومة$ الوترية أو المقاومة الساكنة ، ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} لأنها تُمثل مقلوب ميل الوتر الواصل بين نقطة الأصل ومنحنى التيار- الجهد $(I$ - $V)$ . في حالات أخرى، يكون المشتق ${\textstyle {\frac {\mathrm {d} V}{\mathrm {d} I}}}$ قد يكون هذا هو الأكثر فائدة؛ وهذا ما يسمى المقاومة التفاضلية .

مقدمة

تشبيه المقاومة — يقارن التشبيه الهيدروليكي التيار الكهربائي المتدفق عبر الدوائر الكهربائية بتدفق الماء عبر الأنابيب. فعندما يمتلئ أنبوب (يسار) بالشعر (يمين)، يتطلب الأمر ضغطًا أكبر لتحقيق نفس تدفق الماء. إن دفع التيار الكهربائي عبر مقاومة كبيرة يشبه دفع الماء عبر أنبوب مسدود بالشعر: إذ يتطلب قوة دافعة كهربائية أكبر لتحقيق نفس التدفق ( التيار الكهربائي ).

في التشبيه الهيدروليكي ، يُشبه التيار المتدفق عبر سلك (أو مقاوم ) تدفق الماء عبر أنبوب، ويُشبه انخفاض الجهد عبر السلك انخفاض الضغط الذي يدفع الماء عبر الأنبوب. تتناسب الموصلية طرديًا مع كمية التدفق الحاصلة عند ضغط معين، وتتناسب المقاومة طرديًا مع مقدار الضغط اللازم لتحقيق تدفق معين.

يُشكّل انخفاض الجهد ( أي الفرق بين الجهدين على طرفي المقاومة)، وليس الجهد نفسه، القوة الدافعة التي تُمرّر التيار عبر المقاومة. في علم الهيدروليكا، الأمر مشابه: ففرق الضغط بين طرفي الأنبوب، وليس الضغط نفسه، هو ما يُحدّد التدفق عبره. على سبيل المثال، قد يكون هناك ضغط ماء كبير فوق الأنبوب، يدفع الماء إلى أسفله. ولكن قد يكون هناك ضغط ماء كبير مماثل أسفل الأنبوب، يدفع الماء إلى أعلى. إذا تساوى هذان الضغطان، فلن يتدفق الماء. (في التشبيه الهيدروليكي، يكون ضغط الماء أسفل الأنبوب صفرًا).

تتحدد مقاومة وموصلية السلك أو المقاوم أو أي عنصر آخر في الغالب من خلال خاصيتين:

الهندسة (الشكل)، و
مادة

تُعدّ الهندسة مهمة لأنّ دفع الماء عبر أنبوب طويل وضيّق أصعب من دفعه عبر أنبوب عريض وقصير. وبالمثل، فإنّ سلكًا نحاسيًا طويلًا ورفيعًا يتمتّع بمقاومة أعلى (موصلية أقل) من سلك نحاسي قصير وسميك.

تُعدّ المواد مهمة أيضاً. فالأنبوب المملوء بالشعر يُعيق تدفق الماء أكثر من الأنبوب النظيف ذي الشكل والحجم نفسيهما. وبالمثل، يمكن للإلكترونات أن تتدفق بحرية وسهولة عبر سلك نحاسي ، لكنها لا تستطيع التدفق بسهولة عبر سلك فولاذي ذي الشكل والحجم نفسيهما، ولا يمكنها التدفق إطلاقاً عبر مادة عازلة كالمطاط ، بغض النظر عن شكلها. ويرتبط الاختلاف بين النحاس والفولاذ والمطاط ببنيتها المجهرية وتوزيع الإلكترونات فيها ، ويُقاس هذا الاختلاف بخاصية تُسمى المقاومة النوعية .

بالإضافة إلى الهندسة والمادة، هناك عوامل أخرى مختلفة تؤثر على المقاومة والتوصيل، مثل درجة الحرارة؛ انظر أدناه .

الموصلات والمقاومات

مقاومة 75 أوم ، كما هو موضح برمزها اللوني الإلكتروني (بنفسجي-أخضر-أسود-ذهبي-أحمر). يمكن استخدام مقياس الأوم للتحقق من هذه القيمة .

تُسمى المواد التي يمر بها التيار الكهربائي بالموصلات . وتُسمى قطعة من مادة موصلة ذات مقاومة محددة، مُخصصة للاستخدام في دائرة كهربائية، بالمقاوم . تُصنع الموصلات من مواد عالية التوصيل ، مثل المعادن، وخاصة النحاس والألومنيوم. أما المقاومات، فتُصنع من مجموعة واسعة من المواد، وذلك تبعًا لعوامل مثل المقاومة المطلوبة، وكمية الطاقة التي تحتاج إلى تبديدها، والدقة، والتكلفة.

قانون أوم

بالنسبة للعديد من المواد، يتناسب التيار $I$ المار عبر المادة طرديًا مع الجهد $V$ المطبق عليها: $I\propto V$ على نطاق واسع من الفولتية والتيارات. لذلك، تكون مقاومة وموصلية الأجسام أو المكونات الإلكترونية المصنوعة من هذه المواد ثابتة. تُعرف هذه العلاقة بقانون أوم ، وتُسمى المواد التي تخضع له بالمواد الأومية . من أمثلة المكونات الأومية الأسلاك والمقاومات . يتكون منحنى التيار-الفولتية لجهاز أومي من خط مستقيم يمر بنقطة الأصل وله ميل موجب .

لا تخضع بعض المكونات والمواد المستخدمة في الإلكترونيات لقانون أوم؛ فالتيار لا يتناسب طرديًا مع الجهد، وبالتالي تتغير المقاومة بتغير الجهد والتيار المار فيها. تُسمى هذه المكونات بالمكونات غير الخطية أو غير الأومية . ومن أمثلتها الثنائيات والمصابيح الفلورية .

العلاقة بالمقاومة والتوصيلية

تعتمد مقاومة أي جسم بشكل أساسي على عاملين: المادة المصنوع منها وشكله. بالنسبة لمادة معينة، تتناسب المقاومة عكسيًا مع مساحة المقطع العرضي؛ على سبيل المثال، سلك نحاسي سميك مقاومته أقل من سلك نحاسي رفيع مماثل له في جميع الخصائص الأخرى. كذلك، بالنسبة لمادة معينة، تتناسب المقاومة طرديًا مع الطول؛ على سبيل المثال، سلك نحاسي طويل مقاومته أعلى من سلك نحاسي قصير مماثل له في جميع الخصائص الأخرى. وبالتالي، يمكن حساب المقاومة $R$ والموصلية $G$ لموصل ذي مقطع عرضي منتظم كما يلي:

${\begin{aligned}R&=\rho {\frac {\ell }{A}},\\[5pt]G&=\sigma {\frac {A}{\ell }}\,.\end{aligned}}$

أين $\ell$ يمثل طول الموصل، مقاسًا بالمتر (م)، $وA$ مساحة مقطعه العرضي، مقاسة بالمتر المربع (م² ⁾ ، و $σ$ ( سيجما ) الموصلية الكهربائية ، مقاسة بالسيمنز لكل متر (سيمنز/م ⁾ ، و $ρ$ ( رو ) المقاومة الكهربائية (وتسمى أيضًا المقاومة الكهربائية النوعية ) للمادة، مقاسة بالأوم-متر (أوم.م). المقاومة والموصلية ثابتان تناسبيان، وبالتالي يعتمدان فقط على مادة السلك، وليس على شكله الهندسي. المقاومة والموصلية مقلوبتان . $\rho =1/\sigma$ المقاومة هي مقياس لقدرة المادة على مقاومة التيار الكهربائي.

هذه الصيغة ليست دقيقة تمامًا، إذ تفترض أن كثافة التيار منتظمة تمامًا في الموصل، وهو ما لا يتحقق دائمًا في التطبيقات العملية. مع ذلك، تُقدّم هذه الصيغة تقريبًا جيدًا للموصلات الطويلة والرفيعة كالأسلاك.

هناك حالة أخرى لا تكون فيها هذه الصيغة دقيقة تمامًا، وهي حالة التيار المتردد ، لأن تأثير السطح يمنع تدفق التيار بالقرب من مركز الموصل. ولهذا السبب، يختلف المقطع العرضي الهندسي عن المقطع العرضي الفعلي الذي يتدفق فيه التيار، وبالتالي تكون المقاومة أعلى من المتوقع. وبالمثل، إذا كان موصلان متجاوران يحملان تيارًا مترددًا، فإن مقاومتهما تزداد بسبب تأثير التقارب . عند ترددات الطاقة التجارية ، تكون هذه التأثيرات كبيرة بالنسبة للموصلات الكبيرة التي تحمل تيارات عالية، مثل قضبان التوزيع في محطة فرعية كهربائية ، ^{[ 3 ]} أو كابلات الطاقة الكبيرة التي تحمل أكثر من بضع مئات من الأمبيرات.

تختلف المقاومة الكهربائية للمواد المختلفة اختلافًا كبيرًا: فعلى سبيل المثال، تقل موصلية التفلون بنحو 10 إلى ³⁰ مرة عن موصلية النحاس. ويعود ذلك، بشكل عام، إلى احتواء المعادن على أعداد كبيرة من الإلكترونات "غير المتمركزة" التي لا ترتبط بمكان محدد، ما يسمح لها بالتحرك بحرية عبر مسافات شاسعة. أما في المواد العازلة، كالتفلون، فيرتبط كل إلكترون بجزيء واحد ارتباطًا وثيقًا، لذا يتطلب الأمر قوة كبيرة لفصله. وتقع أشباه الموصلات بين هذين النقيضين. لمزيد من التفاصيل، يُرجى مراجعة مقال: المقاومة الكهربائية والموصلية . أما بالنسبة لمحاليل الإلكتروليت ، فيُرجى مراجعة مقال: الموصلية (الإلكتروليتية) .

تتغير المقاومة النوعية بتغير درجة الحرارة. وفي أشباه الموصلات، تتغير المقاومة النوعية أيضاً عند تعرضها للضوء. انظر أدناه .

قياس

يُطلق على الجهاز المستخدم لقياس المقاومة اسم مقياس الأوم . لا تستطيع مقاييس الأوم البسيطة قياس المقاومات المنخفضة بدقة لأن مقاومة أسلاك القياس فيها تُسبب انخفاضًا في الجهد الكهربائي يُؤثر على القياس، لذا تستخدم الأجهزة الأكثر دقة تقنية الاستشعار رباعية الأطراف .

القيم النموذجية

قيم المقاومة النموذجية لأجسام مختارة
عنصر	مقاومة
سلك نحاسي بطول متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) وقطر 1 مم (0.039 بوصة)	0.02 أوم ^{[ 4 ]}
خط كهرباء علوي بطول 1 كم (0.62 ميل) ( نموذجي )	0.03 أوم ^{[ 5 ]}
بطارية AA ( مقاومة داخلية نموذجية )	0.1 أوم ^{[ 6 ]}
فتيل المصباح المتوهج ( نموذجي )	200–1000 أوم ^{[ ب ]}
جسم الإنسان	1000–100000 أوم ^{[ ج ]}

المقاومة الساكنة والتفاضلية

المقاومة التفاضلية مقابل المقاومة الوترية

منحنى التيار -الجهد لجهاز غير أومي (باللون البنفسجي). المقاومة الساكنة عند النقطة A هي مقلوب ميل الخط B المار بنقطة الأصل. المقاومة التفاضلية عند النقطة A هي مقلوب ميل المماس C.

منحنى التيار -الجهد لمكون ذي مقاومة تفاضلية سالبة ، وهي ظاهرة غير عادية حيث يكون منحنى التيار-الجهد غير رتيب .

لا تخضع العديد من العناصر الكهربائية، مثل الثنائيات والبطاريات ، لقانون أوم . وتُسمى هذه العناصر بالعناصر غير الأومية أو غير الخطية ، ولا تكون منحنيات التيار-الجهد الخاصة بها خطوطًا مستقيمة تمر بنقطة الأصل.

لا يزال من الممكن تعريف المقاومة والموصلية للعناصر غير الأومية. مع ذلك، وعلى عكس المقاومة الأومية، فإن المقاومة غير الخطية ليست ثابتة، بل تتغير بتغير الجهد أو التيار المار عبر الجهاز؛ أي بتغير نقطة تشغيله . يوجد نوعان من المقاومة: ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

المقاومة الساكنة: يتوافق هذا مع التعريف المعتاد للمقاومة؛ الجهد مقسومًا على التيار $R_{\mathrm {static} }={V \over I}.$
هي ميل الخط ( الوتر ) الواصل بين نقطة الأصل والنقطة على المنحنى. تحدد المقاومة الساكنة مقدار الطاقة المستهلكة في المكون الكهربائي. النقاط على منحنى التيار-الجهد الواقعة في الربعين الثاني أو الرابع، والتي يكون فيها ميل الخط الوتر سالبًا، لها مقاومة ساكنة سالبة . لا يمكن للأجهزة السلبية ، التي لا تحتوي على مصدر طاقة، أن تمتلك مقاومة ساكنة سالبة. مع ذلك، يمكن للأجهزة النشطة، مثل الترانزستورات أو مكبرات العمليات، توليد مقاومة ساكنة سالبة باستخدام التغذية الراجعة، ويُستخدم ذلك في بعض الدوائر مثل دوائر الدوران .
المقاومة التفاضلية: هو مشتق الجهد بالنسبة للتيار؛ ميل منحنى التيار-الجهد عند نقطة ما $R_{\mathrm {diff} }={{\mathrm {d} V} \over {\mathrm {d} I}}.$
إذا كان منحنى التيار-الجهد غير رتيب (يحتوي على قمم وقيعان)، فإن المنحنى يكون له ميل سالب في بعض المناطق، وبالتالي فإن الجهاز في هذه المناطق يتمتع بمقاومة تفاضلية سالبة . يمكن للأجهزة ذات المقاومة التفاضلية السالبة تضخيم الإشارة المطبقة عليها، وتُستخدم في صناعة المضخمات والمذبذبات. تشمل هذه الأجهزة ثنائيات النفق ، وثنائيات غان ، وثنائيات إمبات ، وأنابيب المغنطرون ، وترانزستورات الوصلة الأحادية .

دوائر التيار المتردد

المعاوقة والقبول

عندما يمر تيار متردد في دائرة كهربائية، فإن العلاقة بين التيار والجهد عبر عنصر الدائرة لا تُحدد فقط بنسبة مقداريهما، بل أيضًا باختلاف طوريهما . على سبيل المثال، في المقاومة المثالية ، عندما يصل الجهد إلى أقصى قيمة له، يصل التيار أيضًا إلى أقصى قيمة له (يتذبذب التيار والجهد في نفس الطور). أما في المكثف أو المحث ، فيحدث أقصى تدفق للتيار عندما يمر الجهد بالصفر، والعكس صحيح (يتذبذب التيار والجهد بفارق طور 90 درجة، انظر الصورة أدناه). تُستخدم الأعداد المركبة لتتبع كل من طور ومقدار التيار والجهد.

${\begin{array}{cl}u(t)&=\operatorname {\mathcal {R_{e}}} \left(U_{0}\cdot e^{j\omega t}\right)\\i(t)&=\operatorname {\mathcal {R_{e}}} \left(I_{0}\cdot e^{j(\omega t+\varphi )}\right)\\Z&={\frac {U}{\ I\ }}\\Y&={\frac {\ 1\ }{Z}}={\frac {\ I\ }{U}}\end{array}}$

أين:

$لقد$ حان الوقت؛
$يمثل u (t)$ و $i (t)$ الجهد والتيار كدالة للزمن، على التوالي؛
$يشير U 0$ و $I 0$ إلى سعة الجهد والتيار، على التوالي؛
$\omega$ هي التردد الزاوي للتيار المتردد؛
$\varphi$ هي زاوية الإزاحة؛
$يمثل U$ و $I$ الجهد والتيار ذو القيم المركبة، على التوالي؛
$Z$ و $Y هما$ المعاوقة المركبة والموصلية المركبة على التوالي؛
${\mathcal {R_{e}}}$ يشير إلى الجزء الحقيقي من العدد المركب ؛ و
$j\equiv {\sqrt {-1\ }}$ هي الوحدة التخيلية .

يمكن التعبير عن المعاوقة والموصلية كأعداد مركبة يمكن تقسيمها إلى أجزاء حقيقية وتخيلية: ${\begin{aligned}Z&=R+jX\\Y&=G+jB~.\end{aligned}}$

حيث $R$ هي المقاومة، $وG$ هي الموصلية، $وX$ هي المفاعلة ، و $B$ هي القابلية . وتؤدي هذه إلى متطابقات الأعداد المركبة. ${\begin{aligned}R&={\frac {G}{\ G^{2}+B^{2}\ }}\ ,\qquad &X={\frac {-B~}{\ G^{2}+B^{2}\ }}\ ,\\G&={\frac {R}{\ R^{2}+X^{2}\ }}\ ,\qquad &B={\frac {-X~}{\ R^{2}+X^{2}\ }}\ ,\end{aligned}}$ وهي صحيحة في جميع الحالات، بينما $\ R=1/G\$ هذا صحيح فقط في الحالات الخاصة إما للتيار المستمر أو التيار الخالي من المفاعلة.

الزاوية المركبة $\ \theta =\arg(Z)=-\arg(Y)\$ يمثل فرق الطور بين الجهد والتيار المارين عبر عنصر ذي معاوقة $Z.$ بالنسبة للمكثفات والمحاثات ، تكون هذه الزاوية -90° أو +90° بالضبط، على التوالي، ويكون كل من $X$ و $B غير صفريين.$ أما المقاومات المثالية، فتكون زاوية الطور فيها 0°، لأن $X$ يساوي صفرًا (وبالتالي $B$ أيضًا)، ويختزل كل من $Z$ و $Y إلى$ $R$ و $G$ على التوالي. بشكل عام، تُصمم أنظمة التيار المتردد للحفاظ على زاوية الطور قريبة من 0° قدر الإمكان، لأن ذلك يقلل من القدرة التفاعلية التي لا تُؤدي شغلًا مفيدًا عند الحمل. في حالة بسيطة مع حمل حثي (مما يؤدي إلى زيادة الطور)، يمكن إضافة مكثف للتعويض عند تردد معين، لأن إزاحة طور المكثف سالبة، مما يُعيد طور المعاوقة الكلي إلى الاقتراب من 0° مرة أخرى.

$Y$ هو مقلوب $Z$ ( $\ Z=1/Y\$ ) لجميع الدوائر، تمامًا كما $R=1/G$ بالنسبة لدوائر التيار المستمر التي تحتوي فقط على مقاومات، أو دوائر التيار المتردد التي تكون فيها المفاعلة أو القابلية صفرًا ( $X$ أو $B = 0$ على التوالي) (إذا كان أحدهما صفرًا، فيجب أن يكون كلاهما صفرًا بالنسبة للأنظمة الواقعية).

الاعتماد على التردد

من السمات الرئيسية لدوائر التيار المتردد أن المقاومة والموصلية قد تعتمدان على التردد، وهي ظاهرة تُعرف بالاستجابة العازلة العامة . ^{[ 8 ]} أحد الأسباب، كما ذُكر سابقًا، هو تأثير الجلد (وتأثير التقارب المرتبط به ). سبب آخر هو أن المقاومة النوعية نفسها قد تعتمد على التردد (انظر نموذج درود ، مصائد المستويات العميقة ، تردد الرنين ، علاقات كرامرز-كرونيغ ، إلخ).

تبديد الطاقة والتسخين الجولي

يؤدي تمرير التيار الكهربائي عبر مادة ذات مقاومة إلى توليد حرارة، وهي ظاهرة تُعرف باسم التسخين الجولي . في هذه الصورة، يظهر سخان خرطوشة ، تم تسخينه بفعل التسخين الجولي، متوهجًا باللون الأحمر .

تُعيق المقاومات (وغيرها من العناصر المقاومة) تدفق التيار الكهربائي؛ لذا، يلزم توفير طاقة كهربائية لدفع التيار عبر المقاومة. تُبدد هذه الطاقة الكهربائية، مما يؤدي إلى تسخين المقاومة. يُعرف هذا التسخين باسم تسخين جول (نسبةً إلى جيمس بريسكوت جول )، ويُسمى أيضًا التسخين الأومي أو التسخين المقاوم .

يُعدّ تبديد الطاقة الكهربائية أمراً غير مرغوب فيه في كثير من الأحيان، لا سيما في حالة فقدان الطاقة أثناء نقلها عبر خطوط الكهرباء . ويساعد نقل الطاقة بجهد عالٍ على تقليل هذه الخسائر عن طريق خفض التيار اللازم للحصول على قدرة معينة.

من ناحية أخرى، يُعدّ التسخين الجولي مفيدًا في بعض الأحيان، كما هو الحال في المواقد الكهربائية وغيرها من أجهزة التدفئة الكهربائية (وتُسمى أيضًا أجهزة التدفئة المقاومة ). ومثال آخر على ذلك، تعتمد المصابيح المتوهجة على التسخين الجولي: حيث يُسخّن الفتيل إلى درجة حرارة عالية جدًا تجعله يتوهج باللون الأبيض الساطع بالإشعاع الحراري (ويُسمى أيضًا التوهج ).

صيغة التسخين الجولي هي: $P=I^{2}R$ حيث $P$ هي القدرة (الطاقة لكل وحدة زمنية) المحولة من الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الحرارية، و $R$ هي المقاومة، و $I$ هو التيار المار عبر المقاومة.

الاعتماد على شروط أخرى

الاعتماد على درجة الحرارة

عند درجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة، تزداد مقاومة المعادن عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما تنخفض مقاومة أشباه الموصلات عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة. وقد تزداد أو تنقص مقاومة العوازل والإلكتروليتات تبعًا للنظام. لمزيد من التفاصيل حول السلوك والتفسير، انظر قسم المقاومة الكهربائية والتوصيلية .

نتيجةً لذلك، تتغير مقاومة الأسلاك والمقاومات والمكونات الأخرى غالبًا بتغير درجة الحرارة. قد يكون هذا التأثير غير مرغوب فيه، إذ قد يتسبب في تعطل الدائرة الإلكترونية عند درجات الحرارة القصوى. مع ذلك، في بعض الحالات، يُستغل هذا التأثير بشكل مفيد. فعندما تُستخدم مقاومة أحد المكونات المتغيرة بتغير درجة الحرارة عمدًا، يُطلق على هذا المكون اسم مقياس حرارة مقاومي أو ثيرمستور . (يُصنع مقياس الحرارة المقاومي من المعدن، عادةً البلاتين، بينما يُصنع الثرمستور من السيراميك أو البوليمر).

تُستخدم مقاييس الحرارة المقاومة والمقاومات الحرارية عمومًا بطريقتين. أولًا، يمكن استخدامها كمقاييس حرارة : فمن خلال قياس المقاومة، يُمكن استنتاج درجة حرارة البيئة المحيطة. ثانيًا، يمكن استخدامها مع التسخين الجولي (أو التسخين الذاتي): فعند مرور تيار كهربائي كبير عبر المقاومة، ترتفع درجة حرارتها، وبالتالي تتغير مقاومتها. لذلك، يمكن استخدام هذه المكونات في حماية الدوائر الكهربائية، على غرار المصهرات ، أو للتغذية الراجعة في الدوائر، أو لأغراض أخرى كثيرة. بشكل عام، يُمكن أن يُحوّل التسخين الذاتي المقاومة إلى عنصر دائرة غير خطي وهستيري . لمزيد من التفاصيل، انظر: المقاوم الحراري#تأثيرات التسخين الذاتي .

إذا لم تتغير درجة الحرارة $T$ كثيراً، فعادةً ما يتم استخدام تقريب خطي : $R(T)=R_{0}[1+\alpha (T-T_{0})]$ أين $\alpha$ يُطلق عليه معامل درجة حرارة المقاومة ، $T_{0}$ هي درجة حرارة مرجعية ثابتة (عادةً درجة حرارة الغرفة)، و $R_{0}$ المقاومة عند درجة الحرارة $T_{0}$ المعلمة $\alpha$ هو مُعامل تجريبي يُستخلص من بيانات القياس. ولأن التقريب الخطي ليس إلا تقريبًا، $\alpha$ يختلف ذلك باختلاف درجات الحرارة المرجعية. ولهذا السبب، من المعتاد تحديد درجة الحرارة التي $\alpha$ تم قياسها باستخدام لاحقة، مثل $\alpha _{15}$ ولا تسري هذه العلاقة إلا في نطاق درجات حرارة حول القيمة المرجعية. ^{[ 9 ]}

معامل درجة الحرارة $\alpha$ عادة+3 × 10 ⁻³ K−1 إلى+6 × 10 ⁻³ كلفن−1 للمعادن القريبة من درجة حرارة الغرفة. وعادةً ما تكون سالبة لأشباه الموصلات والعوازل، مع تباين كبير في قيمتها. ^{[ د ]}

الاعتماد على السلالة

كما تعتمد مقاومة الموصل على درجة الحرارة، فإنها تعتمد أيضًا على الإجهاد . ^{[ 10 ]} عند تعريض موصل للشد (وهو نوع من الإجهاد يؤدي إلى تمدد الموصل)، يزداد طول الجزء المشدود منه، بينما تقل مساحة مقطعه العرضي. ويساهم هذان التأثيران في زيادة مقاومة الجزء المشدود من الموصل. أما عند الضغط (إجهاد في الاتجاه المعاكس)، فتقل مقاومة الجزء المشدود من الموصل. راجع مناقشة مقاييس الإجهاد للاطلاع على تفاصيل الأجهزة المصممة للاستفادة من هذا التأثير.

الاعتماد على الإضاءة

تُظهر بعض المقاومات، وخاصة المصنوعة من أشباه الموصلات ، خاصية التوصيل الضوئي ، أي أن مقاومتها تتغير عند تعرضها للضوء. ولذلك، تُسمى هذه المقاومات بالمقاومات الضوئية (أو المقاومات المعتمدة على الضوء ). وهي نوع شائع من كاشفات الضوء .

الموصلية الفائقة

الموصلات الفائقة هي مواد ذات مقاومة صفرية تمامًا وموصلية لا نهائية، لأنها تتميز بجهد كهربائي $يساوي صفرًا$ $وتيار$ كهربائي $لا يساوي صفرًا$ . وهذا يعني أيضًا عدم وجود تسخين جول ، أو بعبارة أخرى، عدم وجود تبديد للطاقة الكهربائية. لذلك، إذا تم تشكيل سلك فائق التوصيل على شكل حلقة مغلقة، فإن التيار يتدفق حول الحلقة إلى الأبد. تتطلب الموصلات الفائقة التبريد إلى درجات حرارة قريبة من الصفر.4 كلفن مع الهيليوم السائل لمعظم الموصلات الفائقة المعدنية مثل سبائك النيوبيوم والقصدير ، أو التبريد إلى درجات حرارة قريبة من77 كلفن باستخدام النيتروجين السائل لتصنيع الموصلات الفائقة الخزفية عالية الحرارة ، وهي مواد باهظة الثمن وهشة وحساسة . ومع ذلك، توجد العديد من التطبيقات التكنولوجية للموصلية الفائقة ، بما في ذلك المغناطيسات فائقة التوصيل .

انظر أيضاً

الموصلية الكمية
- ثابت فون كليتزينغ (مقلوبه)
القياسات الكهربائية
مقاومة التلامس
للحصول على مزيد من المعلومات حول الآليات الفيزيائية للتوصيل في المواد، انظر إلى المقاومة الكهربائية والتوصيلية .
ضوضاء جونسون-نايكويست
تأثير هول الكمي ، وهو معيار لقياسات المقاومة عالية الدقة.
المقاوم
رمز RKM
الدوائر المتصلة على التوالي والتوازي
مقاومة السطح
وحدات الكهرومغناطيسية في النظام الدولي للوحدات
المقاومة الحرارية
مقسم الجهد
انخفاض الجهد

الحواشي

↑ كان يشار إليه سابقًا باسم mhos (من ohm مكتوبة بالعكس) ويتم تمثيله بالرمز ℧.
↑ أمصباح كهربائي بقوة 60 واط (في الولايات المتحدة الأمريكية، مع التيار الكهربائي الرئيسي (120 فولت ) يسحب تيارًا فعالًا (RMS )60 واط /120 فولت =500 مللي أمبير ، لذا فإن مقاومته هي120 فولت /500 مللي أمبير=240 أوم . مقاومة أ مصباح كهربائي بقوة 60 واط في أوروبا (التيار الكهربائي الرئيسي 230 فولت هو900 أوم . تعتمد مقاومة الفتيل على درجة الحرارة؛ هذه القيم خاصة بالحالة التي يكون فيها الفتيل قد تم تسخينه بالفعل ويكون الضوء متوهجًا بالفعل.
↑100 كيلو أوم للتلامس مع الجلد الجاف،1 كيلو أوم عند ملامسة الجلد الرطب أو المتشقق. يؤدي الجهد العالي إلى تآكل الجلد، مما يقلل المقاومة.500 أوم . هناك عوامل وظروف أخرى ذات صلة أيضًا. لمزيد من التفاصيل، راجع مقالة الصدمة الكهربائية ، وNIOSH 98-131. ^{[ 7 ]}
انظر إلى جدول المقاومة الكهربائية والتوصيلية . معامل درجة حرارة المقاومة مشابه لمعامل درجة حرارة المقاومة ولكنه ليس مطابقًا له تمامًا. ويعود هذا الاختلاف الطفيف إلى التمدد الحراري الذي يُغير أبعاد المقاوم.

مراجع

1 2 براون، فوربس ت. (2006). ديناميكيات الأنظمة الهندسية: منهج موحد قائم على الرسم البياني ( الطبعة الثانية). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. ص 43. ISBN 978-0-8493-9648-9.
1 2 كايزر، كينيث ل. (2004). دليل التوافق الكهرومغناطيسي . بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات 13-52 . ISBN 978-0-8493-2087-3.
↑ فينك وبيتي (1923). "دليل معياري لمهندسي الكهرباء". مجلة نيتشر . 111 (2788) ( الطبعة الحادية عشرة): 17-19 . Bibcode : 1923Natur.111..458R . doi : 10.1038/111458a0 . hdl : 2027/mdp.39015065357108 . S2CID 26358546 .
↑ كاتنيل، جون د.؛ جونسون، كينيث و. (1992). الفيزياء ( الطبعة الثانية). نيويورك: وايلي. ص 559. ISBN 978-0-471-52919-4.
↑ ماكدونالد، جون د. (2016). هندسة محطات الطاقة الكهربائية الفرعية ( الطبعة الثانية). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4200-0731-2.
↑ المقاومة الداخلية للبطارية (ملف PDF) (تقرير). شركة إنرجايزر. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 11 يناير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2011 .
↑ "وفيات العمال بسبب الصعق الكهربائي" (ملف PDF) . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية . المنشور رقم 98-131 . تاريخ الاطلاع: 2 نوفمبر 2014 .
↑ تشاي، تشونغبو؛ غان، ييكسيانغ؛ هاناور، دوريان؛ بروست، غوينيل (2018). "النقل الكهربائي المعتمد على الإجهاد وقياسه العالمي في المواد الحبيبية". رسائل الميكانيكا المتطرفة . 22 : 83-88 . arXiv : 1712.05938 . Bibcode : 2018ExML...22...83Z . doi : 10.1016/j.eml.2018.05.005 . S2CID 51912472 .
↑ وارد، إم آر (1971). علم الهندسة الكهربائية . ماكجرو هيل. ص 36-40 .
↑ ماير، سيباستيان؛ وآخرون (2022)، "توصيف حالة تشوه المغنيسيوم بواسطة المقاومة الكهربائية"، المجلد 215 ، سكريبت ماتيرياليا، المجلد 215، ص 114712، doi : 10.1016/j.scriptamat.2022.114712 ، S2CID 247959452

روابط خارجية

"حاسبة المقاومة" . مختبر إلكترونيات المركبات. جامعة كليمسون. مؤرشف من الأصل في 11 يوليو 2010.
"نماذج توصيل الإلكترون باستخدام مسارات عشوائية ذات إنتروبيا قصوى" . wolfram.com . مشروع عروض وولفرام التوضيحية.

[1] كان يشار إليه سابقًا باسم mhos (من ohm مكتوبة بالعكس) ويتم تمثيله بالرمز ℧.

[8] أمصباح كهربائي بقوة 60 واط (في الولايات المتحدة الأمريكية، مع التيار الكهربائي الرئيسي (120 فولت ) يسحب تيارًا فعالًا (RMS )60 واط /120 فولت =500 مللي أمبير ، لذا فإن مقاومته هي120 فولت /500 مللي أمبير=240 أوم . مقاومة أ مصباح كهربائي بقوة 60 واط في أوروبا (التيار الكهربائي الرئيسي 230 فولت هو900 أوم . تعتمد مقاومة الفتيل على درجة الحرارة؛ هذه القيم خاصة بالحالة التي يكون فيها الفتيل قد تم تسخينه بالفعل ويكون الضوء متوهجًا بالفعل.

[10] 100 كيلو أوم للتلامس مع الجلد الجاف،1 كيلو أوم عند ملامسة الجلد الرطب أو المتشقق. يؤدي الجهد العالي إلى تآكل الجلد، مما يقلل المقاومة.500 أوم . هناك عوامل وظروف أخرى ذات صلة أيضًا. لمزيد من التفاصيل، راجع مقالة الصدمة الكهربائية ، وNIOSH 98-131. ^{[ 7 ]}

[13] انظر إلى جدول المقاومة الكهربائية والتوصيلية . معامل درجة حرارة المقاومة مشابه لمعامل درجة حرارة المقاومة ولكنه ليس مطابقًا له تمامًا. ويعود هذا الاختلاف الطفيف إلى التمدد الحراري الذي يُغير أبعاد المقاوم.

[brown-2] 1 2 براون، فوربس ت. (2006). ديناميكيات الأنظمة الهندسية: منهج موحد قائم على الرسم البياني ( الطبعة الثانية). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. ص 43. ISBN 978-0-8493-9648-9.

[kaiser-3] 1 2 كايزر، كينيث ل. (2004). دليل التوافق الكهرومغناطيسي . بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات 13-52 . ISBN 978-0-8493-2087-3.

[4] فينك وبيتي (1923). "دليل معياري لمهندسي الكهرباء". مجلة نيتشر . 111 (2788) ( الطبعة الحادية عشرة): 17-19 . Bibcode : 1923Natur.111..458R . doi : 10.1038/111458a0 . hdl : 2027/mdp.39015065357108 . S2CID 26358546 .

[Cutnell-5] كاتنيل، جون د.؛ جونسون، كينيث و. (1992). الفيزياء ( الطبعة الثانية). نيويورك: وايلي. ص 559. ISBN 978-0-471-52919-4.

[6] ماكدونالد، جون د. (2016). هندسة محطات الطاقة الكهربائية الفرعية ( الطبعة الثانية). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4200-0731-2.

[7] المقاومة الداخلية للبطارية (ملف PDF) (تقرير). شركة إنرجايزر. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 11 يناير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2011 .

[9] "وفيات العمال بسبب الصعق الكهربائي" (ملف PDF) . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية . المنشور رقم 98-131 . تاريخ الاطلاع: 2 نوفمبر 2014 .

[11] تشاي، تشونغبو؛ غان، ييكسيانغ؛ هاناور، دوريان؛ بروست، غوينيل (2018). "النقل الكهربائي المعتمد على الإجهاد وقياسه العالمي في المواد الحبيبية". رسائل الميكانيكا المتطرفة . 22 : 83-88 . arXiv : 1712.05938 . Bibcode : 2018ExML...22...83Z . doi : 10.1016/j.eml.2018.05.005 . S2CID 51912472 .

[12] وارد، إم آر (1971). علم الهندسة الكهربائية . ماكجرو هيل. ص 36-40 .

[14] ماير، سيباستيان؛ وآخرون (2022)، "توصيف حالة تشوه المغنيسيوم بواسطة المقاومة الكهربائية"، المجلد 215 ، سكريبت ماتيرياليا، المجلد 215، ص 114712، doi : 10.1016/j.scriptamat.2022.114712 ، S2CID 247959452

[ أ ]

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ ب ]

[ ج ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ د ]

[ 10 ]

[ 7 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗