الحديد يشكل مقاومة كبيرة لتدفق الشحنة من خلاله. البطارية تمد الشحنات الكهرباي ية الحرة التي تحتويها الا سلاك بالطاقة وتجعلها تسري في الداي رة على ا ن هذه الطاقة التي ا عطيت للشحنات من جانب البطارية يمتص جزءا منها في المقاومة (سلك الحديد) لتبدد على شكل حرارة ا ي ا ا تعمل على التحكم بمرور التيار الكهرباي ي للشحنات المتحركة. وكلما كانت مقاومة الموصل عالية ق ل تدفق الشحنات الكهرباي ية المارة من خلالها. ا ما الشكل (-4b) فهو تخطيط للداي رة الموضحة في الجزء a من الشكل ذاته. نحاس حديد نحاس + - + - V - a - - b - الشكل (4-): الداي رة الكهرباي ية المغلقة. لاحظ الرمز المستعمل للدلالة على سلك المقاومة ونسمي هذا الرمز مقاوما وكما ذكرنا فان الا سلاك الا خرى في الداي رة تكون مقاومتها مهملة. ا ما البطارية فهي ببساطة رمزها - + حيث القطب الموجب يمثل الجهد المرتفع للبطارية ويمثل القطب السالب الجهد المنخفض ويكون اتجاه التيار خلال المقاومة من الطرف ذي الجهد المرتفع ا لى الطرف ذي الجهد المنخفض. وتشير الا سهم في جزي ي الشكل (4-) ا لى اتجاه التيار المصطلح عليه حيث يتجه من القطب الموجب نحو القطب السالب خارج البطارية. وقبل ا ن نغادر هذا الموضوع لابد ا ن نشير ا لى حقيقة وهي انه لو كانت كمية الحرارة المتولدة في المقاومة كبيرة بما يكفي فان السلك يصبح ساخنا لدرجة الابيضاض ويعد توهج بصيلة مصباح كهرباي ي تطبيقا لهذه الحقيقة. (4-) المقاومة والمقاومة النوعية esistance and esistivity لنعود ا لى البند السابق ونتفحص الداي رة الكهرباي ية (a) من الشكل (4-). طالما ا سلاك النحاس ذات توصيلية عالية جدا فان طاقة الشحنات الكهرباي ية عندما تنتقل 98
خلالها سوف لن تتغير بعبارة ا خرى ا ن جميع نقاط سلك النحاس المتصل بالطرف الموجب للبطارية متساوية الجهد. وبالمثل جميع نقاط سلك النحاس المتصل بالطرف السالب للبطارية متساوية الجهد. ا ن ذلك يقودنا ا لى حقيقة وهي ا ن فرق الجهد عبر سلك الحديد (المقاوم) هو نفس فرق الجهد عبر البطارية V. يتم تمييز المقاوم عادة بمقاومته. وا ذا تسبب فرق جهد مقداره V عبر المقاوم في مرور تيار I خلاله فان المقاومة تعرف بالعلاقة: V =....(-7) I وهي خاصية كهرباي ية وتمثل فيزياي يا مقدار الصعوبة التي تلاقيها الشحنات (الالكترونات) المارة خلال الموصل عند تسليط فرق جهد بين طرفيه. ا ن وحدة المقاومة في نظام SI هي فولت لكل ا مبير وتسمى اوم ) Ω ). وعر فت هذه الوحدة على ا ا مقاومة الموصل الذي يمر خلاله تيار شدته واحد ا مبير ا ذا كان فرق الجهد بين طرفيه واحد فولت ا ي ا ن : 1Volt 1 Ohm = 1 mpere وهناك مضاعفات لتلك الوحدة تستخدم لقياس المقاومات العالية مثل الكيلواوم ) Ω K) ويساوي ا لف اوم والميكااوم ) Ω M) الذي يساوي مليون اوم. وجد بالتجارب العملية ا ن للا سلاك ذات الحجم والشكل الواحد المصنوعة من مواد مختلفة مقاومات مختلفة. فسلك النحاس مثلا مقاومته اقل من مقاومة سلك حديدي له نفس الحجم. وتعليل ذلك ا ن انسياب الشحنات بين ذرات وجزيي ات المادة يلاقي مقاومة ناتجة عن تصادمها بذرات والكترونات المادة ومن ذلك يتضح ا ن ا عاقة انسياب الشحنات في المادة يرتبط بطبيعة المادة وتركيبها الذري والبلوري فكلما ازدادت الا عاقة لمرور الشحنات خلال المادة كلما ازدادت مقاومتها للتيار الكهرباي ي المار فيها. كما وجد بالتجارب العملية انه كلما زاد طول السلك كلما ازدادت قيمة مقاومته يا ا ن ا ذا كانت قيمة المقاومة مقدرة بالكيلواوم فان التيار سيكون ذو قيمة من في ة ملي ا مبير وا ذا كانت المقاومة مقدرة بالميكا ا وم فالتيار الناتج يكون ذو قيمة من في ة ميكروامبير. 99
مقاومة السلك تتناسب طرديا مع طوله وهذا مرتبط بزيادة مسافة الا عاقة لمرور الشحنات خلال السلك. ووجد بالتجارب العملية ا يضا ا ن مقاومة السلك تزداد كلما قلت مساحة مقطعه العرضي ا ي ا ن مقاومة السلك تتناسب عكسيا مع مساحة مقطعه ولذلك فا ننا بحاجة ا لى وسيلة من شا ا تمييز خصاي ص المقاومة الذاتية. لنعتبر سلكا طوله ذكرنا فقد ا وضحت التجارب بالفعل ا ن : ومساحة مقطعه العرضي (شكل 3-) وكما ومنها ρ = (8-) ρ حيث وعندما تكون اوم.متر مقدار ثابت يسمى المقاومية وهو خاصية مميزة للمادة المصنوع منها السلك. بوحدة المتر و بالمتر المربع و بالا وم فان وحدات ρ تكون.m).( Ω والجدول (1-) الموصلات والعوازل في درجة حرارة الغرفة. الموصلات يبين اختلاف قيمة المقاومة النوعية لبعض جدول (1-) : المقاومة النوعية عند درجة حرارة الغرفة ρ( Ω. m) المادة ρ( Ω. (m المادة 5 8 1 14 11 15 الدهون الخشب الزجاج الميكا 1.69 1.74 1.47.86 الفضة النحاس الذهب الا لمنيوم 15 15 19 الكبريت البولي ستايرين 5.6 التنجستن الحديد 75 16 الكوارتز 44 منغانين العوازل 3.5 1.5 العوازل الجرافيت الدم قد نحتاج في بعض الا حيان التعامل مع كميات فيزياي ية ا خرى مثل التوصيلية G conductance وهي مقلوب المقاومة يا : 300
G = 1.(9-) وكذلك الموصلية الكهرباي ية ا و ماتعرف بقابلية التوصيل الكهرباي ي σ وهي مقلوب المقاومة النوعية ρ ا ي: 301 (conductivity) σ = 1 (-) ρ 1 1 1 ويلاحظ من المعادلتين ا ن وحدة التوصيلية Ω ووحدة الموصلية الكهرباي ية. Ω m مصدر الكترونات في داي رة تلفزيون يطل ق حزمة الكترونية شدة تيارها - ما عدد الالكترونات التي ترتطم بشاشة التلفزيون كل ثانية ما q = ne I = ne t n It e = = 19 q = It = = 6 4-1. هي كمية الشحنة التي ترتطم بالشاشة كل دقيقة. q I = t 1- ومنها نجد عدد الالكترونات التي ترتطم بالشاشة كل ثانية( ( n وهي: 1 = 6.5 1.6 C 60 3 - كمية الشحنة التي ترتطم بالشاشة كل دقيقة هي: احسب فرق الجهد بين طرفي سلك مقاومته 5Ω ا ذا كانت الشحنة التي تمر q I = = 70 = 1 t 60 V = I = 5 1= 60V خلاله كل دقيقة هي 70C. مثال (-) مثال (3-)
مثال (4-) مقطع الموصل. ا ذا كانت مقاومة موصل نحاسي معزول طوله 1km هي بتطبيق المعادلة: احسب 11.9Ω. = ρ وبالتعويض عن المعطيات واستعمال قيمة المقاومة النوعية لمادة النحاس في الجدول نجد: (1-) = ρ = 0.1448 = 1.448 11.9 3 8 1.74 = m mm تضخ مضخة مياه كهرباي ية الماء ا لى مترل يبعد عنها مسافة 11m. فا ذا كانت قيمة مقاومة الداي رة الكهرباي ية التي ت و من عمل المضخة الموصل النحاسي المغذي علما ا ن الداي رة تتا لف من سلكين. مثال (5-) بتطبيق المعادلة:. 0.56Ω ج د مساحة مقطع = ρ وبالتعويض عن المعطيات واستعمال قيمة المقاومة النوعية لمادة السلك في المثال السابق مع مراعاة ا ن الداي رة تتا لف من سلكين نجد: 8 11 = ρ = 1.74 0.56 7 = 6.77 m = 0.677mm 30