المقاومية

مقال عن المقاومة الكهربائية

فيما يتعلق بالتيار الكهربائي، فقد نوقشت كثافة التيار الكهربائي، كما تم شرح المجال الكهربائي في موضوع المجال الكهربائي. يتواجد كل من المجال الكهربائي والتيار الكهربائي في موصل إذا كان هناك فرق جهد فيه، بينما إذا لم يكن هناك فرق جهد، فلا يوجد مجال كهربائي ولا تيار كهربائي.

في معظم الموصلات المعدنية، يتناسب المجال الكهربائي طرديًا مع كثافة التيار الكهربائي، حيث تكون نسبة المجال الكهربائي إلى كثافة التيار الكهربائي ثابتة. تُسمى قيمة هذه النسبة بالمقاومة النوعية. رياضيًا، تُعبّر المعادلة التالية عن العلاقة بين المجال الكهربائي وكثافة التيار والمقاومة النوعية:

ρ = E / J

ρ = المقاومة النوعية، E = المجال الكهربائي ، J = كثافة التيار

إحدى معادلات المجال الكهربائي هي E = V/d، حيث V = فرق الجهد الكهربائي، وd = المسافة، ووحدة قياس المجال الكهربائي هي فولت/متر (V/m). أما معادلة كثافة التيار فهي J = I/A، حيث I = التيار الكهربائي، وA = مساحة المقطع العرضي للموصل، ووحدة قياس كثافة التيار هي أمبير/متر مربع (A/m² ⁾ . معادلة المقاومة النوعية هي ρ = E/J، ووحدة قياس المقاومة النوعية هي فولت/متر (V/m): A/m² ⁼ V/mxm² ^/ A = V/A (m) = Ω m (أوم متر). Ω = فولت / أمبير هي وحدة قياس المقاومة الكهربائية.

تتميز العوازل الكهربائية بأعلى قيمة للمقاومة النوعية، بينما تتميز الموصلات الكهربائية الجيدة بأقل قيمة. وكلما كان الموصل أكثر كفاءة في توصيل التيار الكهربائي، انخفضت مقاومته. ويكون ترتيب الموصلات المعدنية من الأعلى إلى الأدنى من حيث المقاومة النوعية كالتالي: القصدير، الفولاذ، الألومنيوم، الذهب، النحاس، الفضة. لذا، يمكن الاستنتاج أن قيمة المقاومة النوعية لجسم ما تُشير إلى قدرته على منع مرور التيار الكهربائي.

الموصل الجيد الذي يخضع لقانون أوم، عند درجة حرارة معينة، لا تعتمد قيمة مقاومته النوعية على المجال الكهربائي، أي أنه إذا تغير المجال الكهربائي، فإن قيمة المقاومة النوعية لا تتغير. في المقابل، بالنسبة للموصلات التي لا تخضع لقانون أوم، تعتمد قيمة المقاومة النوعية على المجال الكهربائي، أي أنه إذا تغيرت شدة المجال الكهربائي، فإن قيمة المقاومة النوعية تتغير تبعًا لذلك.

تعتمد مقاومة الموصل المعدني على درجة الحرارة. فكلما ارتفعت درجة حرارة المعدن، زادت مقاومته، والعكس صحيح. عند ارتفاع درجة الحرارة، تتحرك الذرات بسرعة أكبر وتترتب بشكل غير منتظم، مما يعيق حركة الإلكترونات ويبطئ تدفقها. أما عند انخفاض درجة الحرارة، فتتحرك الذرات ببطء وتترتب بشكل أكثر انتظامًا، مما يجعل تدفق الإلكترونات أكثر سلاسة.

عكس المقاومة هو التوصيلية. رياضياً، تُعبّر المعادلة التالية عن العلاقة بين المقاومة والتوصيلية:

σ = 1/ ρ

σ = موصلية الموصل، ρ = المقاومة النوعية.

وحدة المقاومة النوعية هي أوم متر (Ωm)، وبالتالي فإن وحدة التوصيلية هي 1 / أوم متر = (أوم متر) ^{- 1}

تتميز الموصلات الكهربائية بأعلى قيمة توصيل، بينما تتميز العوازل الكهربائية أو الموصلات الرديئة للكهرباء بأقل قيمة توصيل. وكلما كان الموصل أفضل في نقل التيار الكهربائي، زادت موصليته. وترتيب الموصلات المعدنية من الأعلى إلى الأدنى هو: الفضة، النحاس، الذهب، الألومنيوم، الفولاذ، القصدير. لذا، يمكن الاستنتاج أن قيمة توصيل الجسم تعبر عن قدرته على نقل التيار الكهربائي. تتميز الفضة بموصلية عالية، لكنها باهظة الثمن، مما يجعل النحاس أكثر استخدامًا كموصل كهربائي.