المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية : هي خاصية المادة التي تعيق مرور التيار الكهربائي فيها عند وصلها بمصدر كهربائي ، وتقاس بوحدة الأوم .
أ- مقاومة الموصلات:
تعتمد مقاومة الموصل كما هو الشكل (1) على اربع عوامل هي :

1- طول الموصل:
تزداد مقاومة الموصل بازدياد طوله ، اي ان مقاومة الموصل تتناسب طرديا مع طوله.
2- مساحة مقطع الموصل :
تتناسب مقاومة الموصل تناسبا عكسيا مع مساحة مقطع الموصل ، اي انه كلما زادات مساحة مقطع الموصل قلت مقاومته.تماثل اسلاك الكهرباء مواسير الماء من حيث تدفق التيار، فالماسورة التي مساحة مقطعها كبير تكون مقاومتها لتدفق تيار الماء منخفضة ، اما الماسورة التي مساحة مقطعها صغير فتكون مقاومتها لتدفق تيار الماء موتفعة .
3- نوع مادة الموصل:
يمكن مقارنة مقاومة المواد المختلفة بالرجوع الي ما يعرف بالمقاومة النوعية للمادة : وهي مقاومة عينة من المادة على هيئة موصل طولة (1) متر ومساحة مقطعه (1) مم^ عند درجة حرارحة (20) سيلسيوس،ووحدة قياسها ( اوم.مم^/متر)ويرمز لها بحرف رو (P) .

المادة             |   المقاومة النوعية -أوم.مم^/متر 
الفضة                       0.0149
النحاس                      0.0178
الذهب                        0.021      
الألمنيوم                    0.0241  
الحديد                         0.14

يمكن حساب مقاومة الموصل (بالأوم) باستخدام العلاقة التالية : 

مقاومة الموصل (بالأوم) = طول الموصل / مساحة مقطع الموصل × المقاومة النوعية لمادة الموصل

R=L/A×P                             

R=      مقاومة الموصل (بالأوم)      
L=      طول الموصل (بالمتر)         
A=     مساحة مقطع الموصل(ملم^) 
p=      المقاومة النوعية لمادة الموصل (اوم.ملم^/متر)

مثال -1
احسب مقاومة سلك من النحاس طولة (100) متر، ومساحة مقطعه (1.5) مم^ ، علما بأن المقاومة النوعية للنحاس(0.0178) أوم.مم^/متر.
الحل:
  1.18=0.0178×(1.5÷100)=مقاومة الموصل Ω
4- درجة الحرارة :
تتغير قيمة مقاومة المادة بتغير درجة الحرارة ، ويعبر عن هذا التغير بالمعامل الحراري لمقاومة المادة الذي يعرف بأنه الزيادة او النقصان في قمة مقاومة عينة من تلك المادة مقاومتها (1) أوم نتيجة تغير درجة حرارتها (1) درجة سيلسيوس . ويرمز للمعامل الحراري بالحرف اليوناني(a) ، ويتم التعبير عن قيمته بوحدة أوم/درجة مئوية .
يكون المعامل الحراري للمقاومة موجبا (Positive Temperature coefficient) للمواد التي تزداد قيمة مقاومتها بازدياد درجة حرارتها ، مثل المعادن النقية التي يؤدي ازدياد درجة حرارتها الي زيادة حركة الالكترونات العشوائية مما يصعب عملية دفعها بشكل منتظم في اتجاه محدد لتشكيل التيار الكهربائي.
ويكون المعامل الحراري سالبا (Negative Temperature coefficient) للمواد التي تقل قيمة مقاومتها بازدياد درجة حرارتها ، مثل اشباه الموصلات والعوازل والمحاليل الالكترونية التي تقل مقاومتها نتيجة تولد المزيد من حاملات الشحنة الكهربائية بفعل الحرارة . وبين الجدول التالي قيمة المعامل الحراري لبعض المواد المستخدمة في مجال الكهرباء :
 

المادة             |   المعامل الحراري    
النحاس                      0.0038+
الألمنيوم                      0.004+
الفولاذ                        0.0045+     
الجرافيت                    0.0004-  
التنجستن                    0.0041+
الكرونستانتان            0.000005+
ويمكن حساب قيمة المقاومة الساخنة (RHOT) باستخدام العلاقة التالية : 

RHOT=R20{1+a(THOT-20)}0

R20 =     قيمة المقاومة عند درجة 20 مئوية . 

(a) =     المعامل الحراري للمادة. 

THOT =     درجة الحرارة النهائية للمقاومة .

ب- أنواع المقاومات :

لتحقيق عمل الدارة الكهربائية والالكترونية يلزم استخدام مقاومات كهربائية بقيم وخصائص محددة تتناسب وعمل هذه الدارات ، لذا تصنع المقاومات بأشكال مختلفة لها قيم أومية معروفة ، وتتحمل تيارات كهربائية معلومة. وتقسم المقاومات الي نوعان رئيسين هما 1- المقاومات الثابتة القيمة :هي المقاومات التي لها قيمة ثابتة لا تتغير وتكتب علة جسم المقاومة بشكل مباشر (ارقام) او بشكل غير مباشر (الوزن) وتقسم هذه المقاومات طبقا للمادة صنعها الي مقاومات أ- كربونية ب- سلكية ج- غشائية د- سطحية ه- شبكية  



أ- المقاومة الكربونية : (Carbom resistors)

تتواجد المقاومة الكربونية بأحجام مختلفة بحيث تتناسب مع قدراتها الكهربائية ، وتصنع هذه المقاومة من مزيج من الكربون المسحوق ومادة غير موصلة مثل مسحوق السيراميك (الفخار) ، وتصب المادة بشكل المطلوب (عادة يكون أسطوانيا) ثم تجمد بالحرارة ويرش طرفا المقاومة بمعدن حتة يمكن توصليها بالاسلاك الخارجية.

ب- المقاومة السلكية : (Wirewound resistors)

تصنع من عدة لفات من سلك على دليل تشكيل معزول ، وتصنع مواد السلك من سبائك النيكل والكروم التي تستخدم بكثرة بسبب مقاومتها النوعية المرتفعة ، ومعامل مقاومتها الحرارية المنخفضة ، ولوقاية مكونات المقاومة من تأثيرات الوسطة المحيط ، تعطى بطبقة واقية من الطلاء الزجاجي او بخلطة من الرمل والاسمنت ، ويغلف بمبدد حراري من الألمنيوم لتحسين قدرتها على تبديل الحرارة ، وفي هذا النوع من المقاومات تكتب قيمة المقاومة بالأوم وقدرتها بالواط مباشرة على جسم المقاومة الحرارية ، ويتبع تظام التميز المحدد في المواصفة القياسية البريطانية BS1852، سيتم مناقشة لاحقا.

ج- المقاومة الغشائية : (Film restors)

يتطلب تصميم المقاومات الغشائية نثر غشاء متجانس من مادة ذات مقاومة حول  سطح دليل تشكيل أسطو اني خزفي ، ويتم الحصول على القيمة المطلوبة للمقاومة بقطع حز لولبي في هذا الغشاء ، ولذالك يتغير طول المسار بين طرفي المقاومة ، وبااتالي قيمتها ، وتتواجد هذه المقاومة بثلاث أنواع هي الغشاء الكربوني ، وغشاء الاكسيد المعدني ( أكسيد القصدير ) والغشاء المعدني ( النيكل والكروم ) وتشبه المقاومات الغشائية من حيث الشكل الخارجى المقاومات الكربونية ، ولكنها أكثر دقة وبالتالي أعلى تكلفة منها . 

د- المقاومة السطحية  : (Surface Mount Resistors-SM Resistors)

تمتاز بصغير حجمها مما يجعلها ملائمة للواحات المطبوعة عالية الكصافة ، وتتوفر بشكلين هما المسطح والاسطواني ، القاومة المسطحة يستخدم في ترميزها نظام ترميز مكون من ثلاث خانات ، الخانتين الأولة والتانية تتمثلان قيمة المقاومة ، أما الخائنة الثالثة والأخيرة فتمثل المضاعف (عدد الأصفار) ، المقاومة الأسطوانية يستخدم في ترميزها نظام الترميز اللوني الخماسي (سنشرحه لاحقا ) بالاضافة الي حلقة لونية سادسة تمثل المعامل الحراري للمقاومة .

ه- المقاومة الشبكية  : (Network Resistors)

وهي عبارة عن مجموعة من المقاومات المتشبهة يتم تغليفها بغلاف خارجي يشبه اغلفة الدارات المتكاملة ، وتستخدم المقاومات الشبكية في الدارات الالكترونية التي تحتوي عددا كبيرا من المقاومات المتشابهة .2- المقاومات المتغيرة القيمة :

تعد مفاتيح التحكم بالصوت في أجهزة الراديو والتلفاز مثالأ للمقاومات المتغيرة ، ويمكن تغير قيمتها بسهولة بفتل سواعد مفاتيحها ، وعندما نقول : ان مقاومة متغيرة قيمتها (1000) أوم ، فهذا يعني أن بامكاننا الحصول منها على قيم تتراوح بين الصفر و (1000) أوم  .

للمقاومة المتغيرة ثلاث أطراف ، طرفان يمثلان نهايتي المقاومة تحصل بواسطتهما  علة قيمة المقاومة الكلية ، والطرف الثالث يتصل بجزء منزلق بتحرك فوق عنصر مقاوم ، تحصل بوساطته مع احدى النهايتين على قيم مختلفة من المقاومة الكلية .

يصنع العنصر المقاومة علة شكل سكة (مسار) من الكربون دائرية أو خطية أو يصنع من سلك ملفوف على قلب عازل ، الأنواع الكربونية تلائم القدرات المتدنية (اقل من 1 واط ) وهي قليلة الكلفة وتتوفر بقيم تتراوح ما بين 1 كيلو أوم و1 ميجا أوم . أما الانواع الملفوفة الأسلاك فهي تلائم القدرات المتوسطة (3 واط أكثر ) وتتوفر بقيم تتراوح ما بين 10 أوم و 100 كيلو أوم . 

تتوفر المقاومات المتغيرة بأحجام صغيرة تستخدم لعمل تعديلات عرضية مثل التدرج أو الضبط وهي متوفرة بثلاثة أشكال : النوع المفتوح والنوع المغلق والنوع الضبط الدقيقة الذي يستخدم عند الحاجة الى ضبط دقيق جدا حيث سيسنتج تدوير ساعد المقاومة تغيرا في المقاومة .

يطلق على المقاومة المتغيرة ايضا اسم مقياس الجهد (Potentiometer) مقياس الجهد مقسم حيث تتحدد قيمة جهد الخرج (VOUT) بكل من جهد الدخل (VIN) وكذلك حركة المنزلق على مسار الكربون .وتتحدد قيمة جهد الخرج في حالة اللاحمل بما يلي : 

VOUT=VIN×R2\R

تتوفر مقاييس (مجزئات) الجهد الكربونية بمسارات خطية (Lin ) أو نصف لوغارثمية (Log) وتستعمل الأخيرة كأدوات للتحكم بالجهاز في الاجهزة السمعية .

والسلام عليكم ...