المقاومة الكهربائية للأسلاك
مفهوم المقاومة الكهربائية والتوصيل
أي جسم يتدفق من خلاله تيار كهربائي لديه مقاومة معينة له. تسمى خاصية المادة الموصلة لمنع مرور تيار كهربائي خلالها بالمقاومة الكهربائية.
تشرح النظرية الإلكترونية طبيعة المقاومة الكهربائية للموصلات المعدنية بهذه الطريقة. عندما تتحرك الإلكترونات الحرة على طول سلك ، فإنها تصادف ذرات وإلكترونات أخرى في طريقها مرات لا حصر لها ، وبالتفاعل معها ، تفقد حتما بعض طاقتها. تواجه الإلكترونات مقاومة لحركتها على أي حال. تتميز الموصلات المعدنية المختلفة ذات الهياكل الذرية المختلفة بمقاومة مختلفة للتيار الكهربائي.
بالضبط نفس الشيء يفسر مقاومة الموصلات السائلة والغازات لمرور التيار الكهربائي. ومع ذلك ، يجب ألا ننسى أنه في هذه المواد ، لا تواجه الإلكترونات ، ولكن الجسيمات المشحونة للجزيئات مقاومة أثناء حركتها.
يُشار إلى المقاومة بالأحرف اللاتينية R أو r.
يتم أخذ الأوم كوحدة للمقاومة الكهربائية.
أوم هي مقاومة عمود من الزئبق بارتفاع 106.3 سم مع مقطع عرضي يبلغ 1 مم 2 عند درجة حرارة 0 درجة مئوية.
على سبيل المثال ، إذا كانت المقاومة الكهربائية للسلك 4 أوم ، فسيتم كتابتها على النحو التالي: R = 4 أوم أو ص = 4.
لقياس المقاومات ذات القيمة الكبيرة ، يتم اعتماد وحدة تسمى ميغا أوم.
ميجا أوم واحد يساوي مليون أوم.
فكلما زادت مقاومة السلك ، كان أداء التيار الكهربائي أسوأ ، وعلى العكس ، كلما انخفضت مقاومة السلك ، كان من الأسهل مرور التيار الكهربائي عبر هذا السلك.
لذلك ، بالنسبة لخصائص الموصل (من وجهة نظر مرور تيار كهربائي من خلاله) ، يمكن للمرء أن يأخذ في الاعتبار ليس فقط مقاومته ، ولكن أيضًا قيمة معكوس المقاومة وتسمى الموصلية.
تسمى الموصلية الكهربائية قدرة المادة على تمرير تيار كهربائي من خلال نفسها.
نظرًا لأن التوصيل هو المعاملة بالمثل للمقاومة ، يتم التعبير عنه على أنه 1 / R ، يُشار إلى التوصيل بالحرف اللاتيني g.
تأثير مادة الموصل وأبعادها ودرجة الحرارة المحيطة على قيمة المقاومة الكهربائية
تعتمد مقاومة الأسلاك المختلفة على المادة المصنوعة منها. لتوصيف المقاومة الكهربائية للمواد المختلفة ، فإن مفهوم ما يسمى مقاومة.
تسمى المقاومة مقاومة السلك بطول 1 م ومساحة المقطع العرضي 1 مم 2. يُشار إلى المقاومة بالحرف اليوناني r ، وكل مادة يصنع منها موصل لها مقاومتها الخاصة.
على سبيل المثال ، مقاومة النحاس هي 0.017 ، أي أن السلك النحاسي بطول 1 م والمقطع العرضي 1 مم 2 له مقاومة 0.017 أوم. مقاومة الألمنيوم 0.03 ، مقاومة الحديد 0.12 ، مقاومة كونستانتان 0.48 ، مقاومة النيكروم 1-1.1.
قراءة المزيد عنها هنا: ما هي المقاومة الكهربائية؟
تتناسب مقاومة السلك طرديًا مع طوله ، أي كلما زاد طول السلك ، زادت مقاومته الكهربائية.
تتناسب مقاومة السلك عكسًا مع مساحة المقطع العرضي ، أي أنه كلما كان السلك أكثر سمكًا ، قلت مقاومته ، وعلى العكس ، كلما كان السلك أرق ، زادت مقاومته.
لفهم هذه العلاقة بشكل أفضل ، تخيل زوجين من الأوعية المتصلة ، أحدهما به أنبوب توصيل رفيع والآخر سميك. من الواضح أنه عندما تمتلئ إحدى الأوعية (كل زوج) بالماء ، فسيتم نقلها إلى وعاء آخر عبر أنبوب سميك بشكل أسرع بكثير من خلال وعاء رفيع ، أي. سيكون للأنبوب السميك مقاومة أقل لتدفق الماء. وبالمثل ، يكون مرور التيار الكهربائي عبر سلك سميك أسهل من مروره عبر سلك رفيع ، أي أن الأول لديه مقاومة أقل من الأخير.
المقاومة الكهربائية للموصل تساوي المقاومة المحددة للمادة التي يصنع منها هذا الموصل ، مضروبة في طول الموصل ومقسمة على مساحة المقطع العرضي للموصل. موصل:
R = p l / S ،
حيث - R - مقاومة السلك ، أوم ، ل - الطول في السلك بالمتر ، ج - مساحة المقطع العرضي للسلك ، مم 2.
مساحة المقطع العرضي لسلك دائري محسوبة بالصيغة:
S = Pi xd2 / 4
حيث Pi قيمة ثابتة تساوي 3.14 ؛ د - قطر السلك.
وهذه هي طريقة تحديد طول السلك:
l = S R / p ،
تتيح هذه الصيغة تحديد طول السلك وقسمه العرضي ومقاومته ، إذا كانت الكميات الأخرى المدرجة في الصيغة معروفة.
إذا كان من الضروري تحديد مساحة المقطع العرضي للسلك ، فإن الصيغة تؤدي إلى الشكل التالي:
S = p l / R
بتحويل نفس الصيغة وحل المساواة من حيث p ، نجد مقاومة السلك:
R = R S / l
يجب استخدام الصيغة الأخيرة في الحالات التي تكون فيها مقاومة الموصل وأبعاده معروفة ، ولكن مادته غير معروفة ، وعلاوة على ذلك يصعب تحديدها من مظهرها. للقيام بذلك ، من الضروري تحديد مقاومة السلك ، واستخدام الجدول ، والعثور على مادة بهذه المقاومة.
عامل آخر يؤثر على مقاومة الأسلاك هو درجة الحرارة.
لقد ثبت أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد مقاومة الأسلاك المعدنية ، وتتناقص مع انخفاضها. هذه الزيادة أو النقص في مقاومة الموصلات المعدنية النقية هي نفسها تقريبًا بمتوسط 0.4٪ لكل 1 درجة مئوية ... تقل مقاومة الموصلات السائلة والفحم مع زيادة درجة الحرارة.
تقدم النظرية الإلكترونية لبنية المادة التفسير التالي للزيادة في مقاومة الموصلات المعدنية مع زيادة درجة الحرارة.عند تسخينه ، يتلقى الموصل طاقة حرارية تنتقل حتمًا إلى جميع ذرات المادة ، مما يؤدي إلى زيادة شدة حركتها. تخلق الحركة المتزايدة للذرات مقاومة أكبر للحركة الموجهة للإلكترونات الحرة ، وهذا هو سبب زيادة مقاومة الموصل. مع انخفاض درجة الحرارة ، يتم إنشاء ظروف أفضل للحركة الاتجاهية للإلكترونات وتقل مقاومة الموصل. هذا ما يفسر ظاهرة مثيرة للاهتمام - الموصلية الفائقة للمعادن.
الموصلية الفائقة الحد من مقاومة المعادن للصفر يحدث عند درجة حرارة سالبة ضخمة -273 درجة مئوية ما يسمى الصفر المطلق. عند درجة حرارة الصفر المطلق ، يبدو أن ذرات المعدن تتجمد في مكانها ، دون أن تتأثر تمامًا بحركة الإلكترونات.