المقاومة الكهربائية: أنواعها وطرق توصيلها وقانون أوم

دائما ما تجذب نظرنا بفضل حلقاتها الملونة، المقاومة هي ذلك العنصر الكهربائي الذي نلمحه مباشرة على جميع الألواح الإلكترونية، على الرغم من طبيعة عملها البسيطة والسهلة إلا أن المقاومات تبقى أكثر العناصر إستخداما في الدوائر الإلكترونية.

ما هي المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية هي عنصر إلكتروني موجود في جميع الدوائر الكهربائية تقريبا، وكما يدل على ذلك اسمها فإن وظيفتها الرئيسية في الدائرة هي مقاومة تدفق التيار الكهربائي.

تأتي المقاومة الكهربائية في عدة أشكال ولها عدة أنواع، تختلف فيما بينها من حيث الحجم والخصائص، حيث يسمح لنا هذا التنوع باختيار المقاومة المناسبة التي تُناسب الدائرة الكهربائية التي نحن بصدد تركيبها وكذلك تُلائم التطبيق أو النظام الذي نحن بصدد بنائه.

الشفرة اللونية للمقاومات الكهربائية

الشفرة اللونية عبارة عن حلقات ملونة تُطلى بها المقاومات الكهربائية وهذا بهدف تحديد قيمتها بالأوم، وكما يظهر في الصورة أعلاه فإن لكل مقاومة كهربائية أربع حلقات تُحدد كل واحدة منها قيمة معينة وهذا حسب ما تُظهر الصورة التالية:

الحلقتان الأولى والثانية تُمثلان الرقم الأول والثاني على التوالي للمقاومة الكهربائية بينما الحلقة الثالثة تُمثل المعامل العشري (عدد الأصفار) في حين أن الحلقة الرابعة تُمثل النسبة المئوية للدقة (tolerance).

فعلى سبيل المثال الحلقة الأولى للمقاومة التي تظهر في في الصورة السابقة بنية اللون واللون البني يُمثل الرقم 1 والحلقة الثانية سوداء اللون (الرقم 0) بينما الحلقة الثالثة برتقالية اللون مما يعني أن عدد الأصفار التي سنضيفها على اليمين هو 3 في حين أن الحلقة الرابعة ذهبية اللون مما يعني أن قيمة هذه المقاومة 10000 أوم (10 كيلو أوم) ودقتها 5%.

هناك أيضا بعض المقاومات التي بها خمس حلقات وفي هذه الحالة تُمثل الحلقات الأولى، والثانية والثالثة الرقم الأول، والثاني والثالث على التوالي للمقاومة الكهربائية بينما الحلقة الرابعة تُمثل المعامل العشري (عدد الأصفار) في حين أن الحلقة الخامسة تُمثل النسبة المئوية للدقة (tolerance).

قانون أوم

يتناسب الجهد U طردا مع تغير شدة التيار I، فإذا زاد الجهد زادت معه شدة التيار وإذا ما نقص التيار تناقصت معه شدة التيار، أما في حالة ما إذا كان الجهد معدوما (مساويا للصفر) فإن شدة التيار تكون أيضا معدومة (مساوية للصفر).

يربط قانون أوم العلاقة بين شدة التيار والجهد:

U = R.I

U: قيمة الجهد (وحدتها الفولت)

R: قيمة المقاومة (وحدتها الأوم)

I: شدة التيار (وحدتها الأمبير)

المقاومة النوعية أو المقاومية

تتغير قيمة المقاومة حسب أبعاد الجسم الموصل (الناقل) و حسب طبيعته، فعلى سبيل المثال مقاومة سلك تتناسب طردا مع طوله l وعكسا مع مساحة المقطع s وفق العلاقة التالية:

R = ρ .(l/s)

ρ هو المقاومية النوعية (يُعرف كذلك باسم المقاومية) للمادة الناقلة وتتغير قيمته من مادة إلى أخرى، وحدة قياسه هي الأوم في المتر (Ω.m)

تأثير جول

تأثير جول من الظواهر التي لا يمكن أن نغفل عنها في المقاومات الإلكترونية، حيث ينتج عن مرور التيار الكهربائي في المقاومة انبعاث حرارة. تعطى الطاقة الحرارية التي تنتج بفعل تأثير جول بإحدى المعادلات الثلاث التالية:

P = U.I = R.I² = U²/R

وحدة قياس القدرة P هي الوات.

رمز المقاومة الكهربائية

هناك رمزان رئيسيان للمقاومة الكهربائية يُستعملان في رسم الدوائر الكهربائية، الأقدم بينهما عبارة عن خط متموج (أنظر الرمز الموجود يمين الصورة بالأسفل) وهو واسع الإستعمال في قارة أمريكا الشمالية، بينما الرمز الآخر عبارة عن مستطيل صغير (الرمز الموجود على يسار الصورة) وهو الرمز المُستعمل في باقي أنحاء العالم.

توصيل المقاومات الكهربائية

التوصيل على التسلسل: عند توصيل عدد من المقاومات على التسلسل تكون المقاومة الكلية مساوية لمجموع هذه المقاومات وفق العلاقة التالية:

R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

تكون قيمة شدة التيار المار عبر كل مقاومة ثابتة بينما يكون الجهد الكلي المار عبر هذه المقاومات يساوي مجموع الجهود المطبقة بين طرفي كل مقاومة.

التوصيل على التوازي: يكون مقلوب المقاومة الكلية مساويا لمقلوب مجموع المقاومات:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn

تكون قيمة الجهد المار عبر كل مقاومة ثابتة بينما تكون شدة التيار الكلي المار عبر هذه المقاومات تساوي مجموع شدة التيار بين طرفي كل مقاومة.

أقسام المقاومات الكهربائية

يمكن تقسيم المقاومات بصفة عامة إلى مجموعتين رئيسيتين هما المقاومات الكهربائية الثابتة والمقاومات الكهربائية المتغيرة حيث أن لكل منهما تطبيقات مختلفة.

• المقاومات الثابتة: يُعتبر هذا النوع أو بالأحرى القسم من المقاومات هو الأكثر استعمالا، حيث أن قيمته تُحدد أثناء مرحلة تصميم الدائرة الكهربائية ولا حاجة لنا بتغيير قيمتها لاحقا من أجل ضبط أو تعديل الدائرة، قد تُستعمل هذه المقاومات من أجل حماية العناصر الكهربائية من مرور تيار مرتفع أو ضبط المدة الزمنية لدائرة مؤقت.
• المقاومات المتغيرة: بخِلاف المقاومة الثابتة يكون للمقاومة المتغيرة ثلاثة أطراف وأحيانا طرفين وهي واسعة الاستعمال في تطبيقات التحكم كتعديل مستوى الصوت في جهاز الراديو.

أنواع المقاومات الكهربائية الثابتة

• المقاومة الكربونية: كانت يوما ما هي النوع الأكثر استعمالا من المقاومات أما الآن فلقد عفا عليها الزمن لأن أنواع المقاومات الأحدث توفر لنا خصائص أفضل.
• المقاومة السلكية الملتفة: يتميز هذا النوع من المقاومات باستطاعته الكبيرة وقيمه الأومية الصغيرة.
• المقاومات السطحية: وهو النوع الأحدث، تتميز المقاومات السطحية بحجمها الصغير جدا وقدرتها على توفير أداء عالي.

أنواع المقاومات الكهربائية المتغيرة

• المقاومة الضوئية: تتغير قيمة مقاومتها بتغير شدة الإضاءة، وهي تستعمل في عدد من تطبيقات الحساسات كأن نقوم باستعمالها من أجل إضاءة المصباح بمجرد حلول الظلام وغيرها الكثير.
• المقاومة الحرارية: كما يدل عللى ذلك اسمها فهي تستعمل من اجل قياس درجة الحرارة، وهي تتميز بدقتها العالية وحساسيتها المفرطة لتغيرات درجة الحرارة.
• المقاومة المتغيرة مع الجهد: وتعرف كذلك باسم الفاريستور، تتغير قيمة هذه المقاومة بتغير قيمة الجهد المطبق على طرفيها، حيث توجد علاقة عكسية بين الجهد وقيمة المقاومة فكلما ازداد الجهد بين الطرفين نقصت قيمة المقاومة والعكس صحيح.

وبهذا نصل إلى نهاية هذه المقالة ولكن قبل أن نودعكم دعونا نلخص ما تطرقنا إليه، المقاومة الكهربائية عبارة عن عنصر يحد من مرور التيار الكهربائي في الدائرة وبمجرد مرور هذا التيار عبر المقاومة تنبعث مقاومة وفق تأثير جول، وتعلمنا بأن قيمة الفولطية والتيار والمقاومة قيم مرتبطة ببعضها وهذا وفق قانون أوم وأخيرا تعرفنا على بعض أنواع المقاومات.