انتقل إلى المحتوى

مقاومة كهربائية: الفرق بين النسختين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][مراجعة غير مفحوصة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
ط بوت: إزالة مؤقتة للقالب
أنشأ الصفحة ب' == المقاومة الكهربائية == تُسمى أيضًا المقاومة الكهربائية المحددة أو المقاومة الحجمية. هي خاصية أساسية للمادة تحدد مدى قدرتها على مقاومة التيار الكهربائي المؤثر فيها. على عكس الموصلية الكهربائية، التي تحدد...'
وسوم: تمت إضافة وسم nowiki تحرير مرئي إضافة أرقام هندية
سطر 1: سطر 1:
'''المقاومة والموصلية الكهربائية''' هي خاصية [[فيزياء|فيزيائية]] تتميز بها [[موصل كهربائي|الموصلات المعدنية]] في [[دائرة كهربائية|الدوائر الكهربائية]].<ref>{{استشهاد بكتاب | عنوان = Engineering System Dynamics | مؤلف = Forbes T. Brown | ناشر = CRC Press | سنة = 2006 | isbn = 978-0-8493-9648-9 | صفحة = 43 | مسار = https://books.google.com/books?id=UzqX4j9VZWcC&pg=PA43 | مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190413024054/https://books.google.com/books?id=UzqX4j9VZWcC&pg=PA43 | تاريخ أرشيف = 13 أبريل 2019 }}</ref><ref>[https://hypertextbook.com/facts/2004/BridgetRitter.shtml ]. {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20180203124106/https://hypertextbook.com/facts/2004/BridgetRitter.shtml |date=03 فبراير 2018}}</ref><ref>{{استشهاد بكتاب|مؤلف=John D. McDonald|عنوان=Electric Power Substations Engineering, Second Edition|مسار=https://books.google.com/books?id=e__hltcUQIQC&pg=PT363|تاريخ=2016|ناشر=CRC Press|isbn=978-1-4200-0731-2|صفحات=363–| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190413024055/https://books.google.com/books?id=e__hltcUQIQC&pg=PT363 | تاريخ أرشيف = 13 أبريل 2019 }}</ref> تعرف على أنها قابلية المواد لمقاومة مرور [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] فيها.


== المقاومة الكهربائية ==
وهي إعاقة المادة لمرور [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] ([[إلكترون|الإلكترونات]]) خلالها. وتحدث الإعاقة في المادة سواء أكانت من الموصلات ([[فلز|كالفلزات]]) أو غير الموصلات ولكن بدرجات مختلفة. يلزم للألكترونات التغلب على هذه المقاومة للوصول إلى تعادل في الشحنة . وحدة المقاومة هي [[أوم|الأوم]].
تُسمى أيضًا المقاومة الكهربائية المحددة أو المقاومة الحجمية. هي خاصية أساسية للمادة تحدد مدى قدرتها على [[مقاومة (توضيح)|مقاومة]] [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] المؤثر فيها. على عكس [[موصلية كهربائية|الموصلية الكهربائية]]، التي تحدد قدرة المادة لتوصيل التيار الكهربائي.


تشير المقاومة الكهربائية المنخفضة الى [[موصل كهربائي|مادة جيدة التوصيل للتيار الكهربائي]].
[[ملف:3 Resistors.jpg|left| thumb|225px|ثلاثة مقاومات مختلفة، يعين لون الحلقات المرسومة عليها مقدار المقاومة [[أوم|بالأوم]].]]


== أسباب الموصلية الكهربائية ==
يرمز لها بالحرف [[اللغة اللاتينية|اللاتيني]] R، تعطى قيمتها ب[[أوم|الأوم]] (Ω). ترتبط هذه الخاصية بمفهومي [[مقاومية|المقاومية]] و[[مقاومية|التوصيل]] الكهربائيين.
* تبين الصورة ثلاثة مقاومات مختلفة : ويعين لون الحلقات المرسومة على المقاومة مقدار المقاومة [[أوم|بالأوم]] ، حيث يعطي كل لون قيمة معينة للمقاومة .


=== نظرية الحزمة المبسطة ===
عند مرور [[تيار كهربائي]] في [[موصل كهربائي|موصل]] ذو مقطع متجانس، وفي [[درجة حرارة]] معينة، يمكن لنا قياس مقاومته الكهربائية بدلالة نوع المادة التي صنع منها وبمعرفة أبعاده :
وفقًا ل<nowiki/>[[ميكانيكا الكم]] الأولية، فإن [[إلكترون|للإلكترون]] الذي يدور حول [[نواة الذرة]] أو البلورة طاقة محددة، وتنحصر هذه الطاقات في المستويات المشغولة بالإلكترونات فقط. عندما يكون لعدد كبير من هذه المستويات المملوءة بالإلكترونات كميات متقاربة من الطاقة -أي لها طاقات تختلف اختلافًا دقيقًا جدًا- تُسمى [[مستوى طاقة|مستويات الطاقة]] المتقاربة مجتمعةً «حزم الطاقة». ربما يوجد العديد من حزم الطاقة في مادة ما، اعتمادًا على [[عدد ذري|العدد الذري]] للذرات المكونة وتوزيعها داخل البلورة أو الذرة.


تسعى إلكترونات المادة إلى تقليل إجمالي الطاقة في المادة بواسطة الاستقرار في مستويات الطاقة المنخفضة، ومع ذلك، فإن [[مبدأ استبعاد باولي|مبدأ الاستبعاد لباولي]] ينص على أنه لا يمكن لاثنين من الإلكترونات أن يمتلكا نفس القيم لأعداد الكم الأربعة في الوقت ذاته. لذا فإن الإلكترونات «تملأ» هذه الحزم بدءًا من المستويات الأقل طاقة. يُطلق على مستوى الطاقة المميز الذي تملأه الإلكترونات بمستوى فيرمي. يُعد موقع مستوى فيرمي فيما يتعلق بالحزم مهمًا جدًا للتوصيل الكهربائي، إذ إن الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة بالقرب من مستوى فيرمي أو فوقه فقط هي التي تمتلك حرية التنقل ضمن بنية المادة، إذ تستطيع الإلكترونات القفز بسهولة بين المدارين المشغولين جزئيًا بالإلكترونات في تلك المنطقة. بالمقابل، فإن طاقة المدارات المملوءة بالإلكترونات قليلة جدًا، وللمدارات البعيدة عن [[نواة الذرة|النواة]]، الخالية من الإلكترونات طاقة قليلة جدًا.
:<math>R=\rho \frac l s=\frac{l}{\gamma.s} \,</math>


ينشأ التيار الكهربائي من حركة الإلكترونات. يوجد في [[معدن|المعادن]] العديد من مستويات الطاقة القريبة من [[مستوى فيرمي]]، وهذا يعني وجود الكثير من الإلكترونات القادرة على التنقل بحرية، المسؤولة عن التوصيل الكهربائي للمعادن.
* <math>\rho \,</math> هي [[مقاومية|المقاومية]] أو (المقاومة النوعية) وتعطى بال[[أوم.متر]] (Ω.m).
* <math>l \,</math> طول الناقل (السلك) ويعطى ب[[متر|المتر]].
* <math>s \,</math> مساحة المقطع العرضي وتعطى [[متر مربع|بالمتر المربع]].
* <math>\gamma \,</math> [[موصلية كهربائية|الموصلية الكهربائية]] التي هي مقلوب المقاومية، وتعطى بمقلوب الأوم.متر Ω.m)<sup>−1</sup> ).


جزء مهم من نظرية حرم الطاقة ينص على وجود حزم طاقة محظورة، التي يمكن تعريفها بأنها مدارات لا تحتوي على مستويات طاقة تحتوي على إلكترونات حرة الحركة. في [[عازل كهربائي|العوازل]] و<nowiki/>[[شبه موصل|أشباه الموصلات]]، يكون عدد الإلكترونات في المدارات القريبة من النواة -التي تسمى بحزم التكافؤ- مساويًا لعددالإلكترونات التي تملأ المدارات البعيدة عن النواة، وتُسمى هذه المدارات بحزم التوصيل، في هذه الحالة، يقع مستوى فيرمي داخل فجوة الحزمة. نظرًا إلى عدم وجود إلكترونات قابلة للحركة بالقرب من مستوى فيرمي، فإن التوصيل الإلكتروني يكون منخفضًا جدًا أو معدومًا.
ينتج عن مرور التيار الكهربائي في [[موصل كهربائي|موصل]] معدني (أو مقاومة) [[انبعاث (توضيح)|انبعاث]] الحرارة، وتسمى هذه الظاهرة [[تأثير جول]]. يتم في بعض الأحيان التحكم في مقدار هذا التدفق (أجهزة التدفئة) ، إلا أن في حالات أخرى تتبدد هذه الطاقة وتنتج عنها تأثيرات غير مرغوبة فنضطر لتبريد الجهاز.


=== الموصلية الفائقة (المثالية) ===
تعطى الطاقة الحرارية التي تنتج بفعل تأثير جول بالمعادلة التالية:
تتناسب المقاومة الكهربائية للموصل المعدني [[تناسب (رياضيات)|تناسبًا طرديًا]] مع درجة الحرارة. في [[موصل كهربائي|الموصلات]]، مثل النحاس أو الفضة، يكون هذا التناسب محدودًا بوجود [[شوائب|الشوائب]]. بالقرب من [[صفر مطلق|الصفر المطلق]]، تُظهِر عينة من موصل عادي بعض المقاومة. في [[موصل فائق|الموصل الفائق]]، تنخفض المقاومة فجأة إلى الصفر عندما تُبرد المادة إلى ما دون درجة حرارتها الحرجة. قد يستمر التيار الكهربائي المتدفق في حلقة من الأسلاك فائقة التوصيل بالسريان دون توقف من دون مصدر طاقة.<ref name="Gallop">{{cite book
| author = John C. Gallop
| year = 1990
| title = SQUIDS, the Josephson Effects and Superconducting Electronics
| url = https://books.google.com/books?id=ad8_JsfCdKQC
| publisher = [[CRC Press]]
| pages = 3, 20
| isbn = 978-0-7503-0051-3
}}</ref>


سنة ١٩٨٦ اكتشف الباحثون أن بعض المواد مثل «سيراميك نحاسي بيروفسكايت» تمتلك أعلى درجات حرارة حرجة، إذ صُنعت بدرجة حرارة حرجة تتجاوز ٩٠ كلفن (-١٨٣ درجة سيليزية).<ref>{{cite web
:<math>P = {R \cdot I^{2}}</math>.
| url = http://www.superconductors.org/history.htm

| title = The History of Superconductors
* P: الطاقة الناتجة عن تأثير جول.
| archive-url = https://web.archive.org/web/20160303170753/http://www.superconductors.org/History.htm
* I: [[تيار كهربائي|شدة التيار]] المار في الموصل وتعطى بالأمبير.
| archive-date = 3 March 2016
* R: '''مقاومة ''' الموصل وتعطى بالأوم.
| access-date = 23 February 2016

| url-status = dead
راجع [[شفرة لونية للمقاومات|مقاومة كهربائية (ثنائي أقطاب)]].
}}</ref> نظريًا قد كان تحقيق انتقال كبير كهذا في درجات الحرارة مستحيلًا للموصل الفائق التقليدي، لذا أُطلِق على هذه الموصلات اسم الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية. يغلي [[نيتروجين سائل|النيتروجين السائل]] عند ٧٧ كلفن، وهو بارد بدرجة كافية لتنشيط الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية، لكنه ليس باردًا بدرجة كافية للموصلات الفائقة التقليدية. في الموصلات الفائقة التقليدية، تكون الإلكترونات مرتبة في أزواج بواسطة جذب [[فوتون|الفوتونات]] الشبكية. أفضل نموذج متاح للموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية لا يزال بدائيًا إلى حد ما. توجد فرضية مفادها أن اقتران الإلكترون في الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية يتم بواسطة موجات الدوران قصيرة المدى المعروفة باسم الباراماجنون.<ref>{{Cite book

| author = D. Pines
يمكن الحصول على وحدة المقاومة باستخدام مسار معين للتيار، حيث تنتج مقاومة قدرها أوم واحد إذا سرى تيار كهربائي خلال عمود من الزئبق بمساحة مقطع مستقطع تساوي 1 ملم<sup>2</sup> وطوله 1,063 متر.
| contribution = The Spin Fluctuation Model for High Temperature Superconductivity: Progress and Prospects

| year = 2002
== المقاومة وشدة التيار ==
| title = The Gap Symmetry and Fluctuations in High-Tc Superconductors

| pages = 111–142
تسمى المقاومة مقاومة أوميّة (من كلمة أوم) عندما تكون مثالية بمعنى أن لا تتغير قيمتها بتغير [[جهد كهربائي|الجهد الكهربائي]] ولا بتغير [[تيار كهربائي|شدة التيار]] أو بتغير [[تردد]] التيار (في حالة التيار المتردد). وينطبق [[قانون أوم]] على مثل هذه المقاومة المثالية في جميع قيم الجهد أو شدة التيار .
| place = New York

| publisher = Kluwer Academic
فإذا رسمنا [[جهد كهربائي|الجهد]] ''U'' مع تغير شدة التيار ''I'' في رسم بياني لتوضيح العلاقة بينهما وجدنا أن شدة التيار تتناسب طرديا مع زيادة الجهد، وعندما يكون الجهد مساويا للصفر يصبح التيار أيضا مساويا للصفر . يربط [[قانون أوم]] العلاقة بين شدة التيار والمقاومة والجهد الكهربائي:
| isbn = 978-0-306-45934-4

| doi = 10.1007/0-306-47081-0_7
:<math>R = \frac U I = \text{const.}\ ; \quad U =R\cdot I\ ;\quad I=\frac U R</math>
| series = NATO Science Series: B

| volume = 371
وعندما يمر تيار كهربائي في مقاومة ينخفض الجهد بقدر ما يمر بالمقاومة، وتنتج قدرة كهربائية طبقا للمعادلة :
}}</ref>

:<math>P=U\cdot I=\frac{U^2}{R}=I^2\cdot R</math>

وهي تتحول إلى قدرة حرارية، فتسخن المقاومة .

== حساب مقاومة موصل كهربائي ==

يمكن حساب المقاومة الأومية لجسم منتظم بمعرفة مقاييسه (طول، عرض، ارتفاع) و''' مقاومته النوعية''' ''ρ'' . تعتمد المقاومة النوعية ''ρ'' على نوع المادة (نحاس، حديد، تنجستن، فضة ...إلخ).

:[[ملف:Widerstandsformel.svg]]

وفي حالة مرور التيار (طوليا) في موصل طوله ''l'' ومساحة مقطعه ''A'' تنطبق المعادلة :

:<math>R = \rho \cdot \frac{l}{A}</math>

وإذا كان مقطع ''A'' الموصل دائريا فيمكن حسابه من [[قطر (هندسة)|القطر]] ''d'' طبقا للمعادلة :

:<math>A = d^2\cdot\frac{\pi}{4} = r^2\cdot\pi</math>

تختلف المقاومة النوعية بنوع المادة، وهي تعتمد عادة على [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] ، ووجود شوائب في المادة .

== المقاومة النوعية لبعض المواد ==

{| class="wikitable float-right" style="text-align:right"
|+ أمثلة للمقاومة النوعية والمعامل الحراري عند 20&nbsp;°C
|- class="hintergrundfarbe6"
! المادة
! ρ<sub>20</sub> بوحدة Ω·mm²)/m )
! α<sub>20</sub> بوحدة 1/[[كلفن]]
|-
| style="text-align:left" | [[فضة|الفضة]] || 16,5 × 10<sup>−3</sup>
| 3,8 × 10<sup>−3</sup>
|-
| style="text-align:left" | [[نحاس|النحاس]] || 17,8 × 10<sup>−3</sup>
| 3,9 × 10<sup>−3</sup>
|-
| style="text-align:left" | [[سيليكون (توضيح)|السيليكون]] || 2,3 × 10<sup>9</sup> || −75 × 10<sup>−3</sup>
|}

* في هذه القائمة α<sub>20</sub> هو المعامل الحراري عند درجة 20 مئوية .

== تأثير درجة الحرارة ==

تتغير المقاومة النوعية لمادة بتغير درجة الحرارة، لهذا تعطي القائمة أعلاه قيمة المقاومة الكهربائية للمواد عند [[درجة حرارة]] 20 [[درجة حرارة مئوية|درجة مئوية]] ، كما تعطي "المعامل الحراري" الذي يمكن بواسطة حساب المقاومة عند درجة حرارة أخرى. فإذا بدأنا من المعادلة:

:<math>R_{20}=\rho_{20} \cdot \frac lA\ ,</math>

وأردنا حساب المقاومة (''R''(''t'' عند درجة حرارة ''t'' وكان "المعامل الحراري " '' α'' معروفا، فيمكننا استخدام المعادلة :

:<math>R(t) = R(t_0)(1 + \alpha_{t_0} \cdot (t-t_0))</math>

حيث:

:<math>t_0 = 20\,^{\circ}\mathrm{C}\ .</math>

تكفي تلك العلاقة الخطية لحساب تغير المقاومة بتغير درجة الحرارة في حدود صغيرة لتغير درجة الحرارة، وإلا لزم إكمال تلك المعادلة ببعض الأعضاء الأخرى .

وبحسب مادة المقاومة قد تتزايد المقاومة بارتفاع درجة الحرارة فتسمى تلك المقاومة "موصل بارد " PTC وهو النوع الغالب، كما توجد مواد تقل مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة وتسمى هذه "موصل ساخن" NTC ويكون المعامل الحراري لها سالب الإشارة .

تستغل خاصية اعتماد المقاومة على درجة الحرارة في تقنية القياس وفي تقنية الضبط، مثل في [[مقياس الحرارة|الترمومتر]] وفي [[منظم حرارة|ثرموستات]] وفي مفاتيح تحديد التيار .

وقد ابتكرت [[سبيكة|سبائك]] تحافظ على ثبات مقاومتها رغم تغير درجة الحرارة في حدود واسعة مثلما في حالة مقاومة قياس .

== توصيل المقاومات ==

نوصل مقاومتين أو أكثر ببعضهم بطريقتين: توصيل على التوالي، وتوصيل على التوازي:

=== توصيل على التوالي (على التسلسل) ===

عندما نوصل عدد <math>n</math> من المقاومات تكون المقاومة الكلية مساوية لمجموع المقاومات :
بعبارة اخرى يمكن القول ان قيمة المقاومة المكافئة لمجموع مقاومات على التسلسل هو حاصل مجموع تلك المقاومات

<ref>[https://www.i-electrician.com/2016/12/blog-post_13.html المقاومات الكهربائية Resistor - I-Electrician<!-- عنوان مولد بالبوت -->] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20181030035517/https://www.i-electrician.com/2016/12/blog-post_13.html |date=30 أكتوبر 2018}}</ref>
:<math>
R_{\rm ges} = \sum_{k=1}^{n} R_k = R_1 + R_2 + \cdots + R_n </math
>

[[ملف:Widerstand R1 plus R2.svg|center]]

=== توصيل على التوازي ===

في التوصيل على التوازي يكون مقلوب المقاومة الكلية مساويا لمجموع مقلوبات المقاومات :

:<math>
{1\over R_{\rm ges}} = \sum_{k=1}^{n} {1\over R_k} = {1\over R_1} + {1\over R_2} + \cdots + {1\over R_n}
</math>

وفي حالة مقاومتان موصولتان على التوازي :

:<math>
R_{\rm ges}=\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1+R_2}
</math>

والمعادلة التي تعطي [[موصلية كهربائية|المواصلة]] الكلية :
:<math>
G_{\rm ges} = G_1 + G_2 + \cdots + G_n
</math>

حيث المواصلة :
:<math>G = \frac{1}{R} </math>

ووحدة المواصلة هي مقلوب الأوم أو [[سيمنز (وحدة)]].

ويمكن التوضيح بتوصيل مقاومتين مختلفتين المقطعين <math>A</math> توصيلا على التوازي :

[[ملف:Widerstand_R1_R2_parallel.svg|center]]

في حالة مقاومتين <math>A_1+A_2</math>, تصبح المعادلة:

:<math>
R = \rho \cdot { l \over {A_1 + A_2}}
</math>

أو :
:<math>
{ 1 \over R } = {{A_1 + A_2} \over {\rho \cdot l }} = {{A_1} \over {\rho \cdot l }} + {{A_2} \over {\rho \cdot l }}= {1 \over R_1} + {1 \over R_2}
</math>

== مقاومة التيار المتردد ==
{{مفصلة|حساب التيار المتردد}}
=== مقدمة ===

في حالة مقاومة أومية خطية (من كلمة أوم) ''R'' يكون الجهد والتيار الكهربائي في نفس [[طور (توضيح)|الطور]]. أما إذا حدث انزياحا للطور وتغير للمقاومة بسبب الاعتماد على التردد، فيظهر جزء للمقاومة ''X'' يعمل على معاوقة تغيرات الجهد وتغيرات التيار . أي يضيف إلى المقاومة جزءا يسمى [[فعالية|فاعلية]] ''X''.

:<math> \underline Z =R+ \mathrm jX</math>

و تتكون المقاومة الكلية من جزء حقيقي وهو R وجزء تخيلي jX ، حيث :( j <sup>2</sup> = -1).

وفي حسابات التيار المتردد التي تستخدم حساب [[عدد مركب|الأعداد المركبة]] تستعين بالمعادلة :

:<math> \underline Z = Z \cdot \mathrm e^{\mathrm j\varphi_z}</math>

لتعريف المقاومة المركبة أو [[معاوقة]] <math>\scriptstyle{\underline Z}</math> ، وتسمى
<math>\scriptstyle{\varphi_z}</math> زاوية انزياح الطور .

=== حسابات المقاومة المركبة ===
{{مفصلة|معاوقة}}

المقاومة المركبة من خواص الدوائر الكهربائية التي تتكون من [[دائرة مقاومة ومكثف|مكثف ومقاومة]] أو ملف ومقاومة أو [[رنان محث ومكثف|رنان ملف ومكثف]] وغيرها، حيث تعمل تلك الدوائر ب [[تيار متردد]] .

إذا كانت تغير كلا من [[جهد كهربائي|الجهد]]<math>\scriptstyle{u(t)}</math> و التيار <math>\scriptstyle{i(t)}</math> تغيرا في هيئة [[منحنى الجيب|موجة جيبية]] ذات تردد <math>\scriptstyle f</math> وبالتالي ذو [[تردد زاوي]] <math>\scriptstyle{\omega = 2\pi f}</math> ، فيمكننا أن نرمز لهما في الحالة المركبة بالرمزين : <math>\scriptstyle{\underline u(\omega t)}</math> و <math>\scriptstyle{\underline{i\,}(\omega t)}</math> ونحصل على :

:<math> \underline Z = \frac{\underline u}{\underline i}= \frac{\hat u \cdot \mathrm e^{\mathrm j(\omega t + \varphi_u)}}{\hat \imath \cdot \mathrm e^{\mathrm j(\omega t + \varphi_i)}} = Z \cdot \mathrm e^{\mathrm j(\varphi_u - \varphi_i)} = Z \cdot (\cos \varphi_z + \mathrm j \sin \varphi_z )</math>
حيث:

:<math>\varphi_u - \varphi_i \!\,= \varphi_z\ .</math>

هو الفرق بين [[طور موجة|طور الجهد]] وطور التيار الكهربائي.
[[ملف:Widerstand_Zeiger.svg|thumb| المعاوقة كمتجه لعدد مركب .]]

ويمكننا كتابة جزء المقاومة الحقيقي وجزء المقاومة التخليلية كالآتي:

:<math>\operatorname {Re} (\underline Z) = Z \cdot \cos (\varphi_z) = R</math> (مقاومة حقيقية Real)

:<math>\operatorname {Im} (\underline Z) = Z \cdot \sin (\varphi_z) = X</math> (مقاومة تخيلية Imaginary)

وتنشأ المقاومة الظاهرية:
:<math>Z = |\underline {Z}| =\frac {|\underline u|}{|\underline i|} = \frac {\hat u}{\hat \imath}= \frac {u_{\text{eff}}}{i_{\text{eff}}} </math>

[[ملف:Widerstand_Ersatzsch.svg|thumb |left |270px| أربعة أنواع من المعاوقات <br /> يسار: توصيل على التوازي <br /> يمين :التوصيل على التوالي]]

أو

:<math>Z = \sqrt{R^2 + X^2}</math>

وبالنسبة إلى زاوية انزياح الطورين بين <math>\underline u</math> و <math>\underline {i\,}</math>:

:<math>\varphi_z = \arctan \left(\frac XR\right)\ .</math>

و تسمى :

:<math>X = X_C \ </math> = فعالية مكثفية

أو

:<math>X = X_L \ </math> = فعالية محاثة .

كما ينطبق:

:<math> X_L \geq 0</math> و <math> X_C \leq 0\ .</math>..

== مقاومة تفاضلية ==

المقاومة التفاضلية نوعان إما مقاومة تتزايد مقاومتها بارتفاع [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] حيث يكون لها معامل حراري موجب، أو تتناقص مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة حيث لها معامل حراري سالب، وقد توجد الصفتين في مقاومة واحدة حيث يكون معامالها الحراري موجبا في نطاق من درجة الحرارة ويصبح سالبا في نطاق آخر من درجة الحرارة، وهذا النوع نجده في [[صمام ثنائي|الديود]].

يتميز مخطط المواصفات للديود مثلا بتغيرات طفيفة للتيار مرافقة لكل تغير طفيف [[جهد كهربائي|للجهد]] ومقسومهما يسمى "مقاومة تفاضلية " :

:<math>
r = \frac{\mathrm{d}\,u}{\mathrm{d}i}
</math>

وفي مخطط مواصفات المقاومة الذي يبين منحنى تغير التيار بتغير الجهد الواقع على المقاومة يعطينا ميل المماس للمنحنى عند أي نقطة عليه مقدار المقاومة عند تلك النقطة .

=== مقاومة تفاضلية سالبة ===

[[ملف:I-U CharacteristicTunneleDiode.png|thumb|مخطط مواصفات الديود.]]{الدُيٍـودٍ}

قد تكون المقاومة التفاضلية سالبة الإشارة في حيز معين من [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] بحيث ينخفض التيار بارتفاع الجهد أو بالعكس حيث يتزايد التيار بانخفاض الجهد. في الرسم البياني المرافق تحدث تلك الظاهرة في النطاق
''V''<sub>P</sub>&nbsp;<&nbsp;''V''&nbsp;<&nbsp;''V''<sub>V</sub>.

ويمكن استغلال المقاومة التفاضلية السالبة لتهدئة اهتزاز [[رنان|دائرة رنين]] أو لإنتاج [[قلاب (إلكترونيات)]] مثلما في [[أوسيلاتور]]. وتظهر المقاومة التفاضلية السالبة في التفريغ الغازي أو في [[صمام ثنائي|الديود]] أو في بعض الدارات الكهربية الخاصة بتوزيع الشبكة الكهربائية .

=== مقاومة تفاضلية موجبة ===

يتزايد [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] بتزايد [[جهد كهربائي|الجهد]] في المقاومة التفاضلية الموجبة positive differential Resisistance . توجد في جميع المقاومات العملية نطاق واسع للجهد تكون يتناسب فيه التيار مع الجهد تناسبا طرديا. ومعظم المقاومات المستخدمة عمليا هي من نوع المقاومة التفاضلية الموجبة .

ومن امثلتها : المقاومات العملية، و [[صمام ثنائي|الديود]] و [[ديود زينر]] ، وجميع السيراميكيات من [[شبه موصل|أشباه الموصلات]].

== توصيل فائق ==
{{مفصلة|موصلية فائقة}}

اكتشف في أوائل القرن العشرين خاصية غريبة لبعض المواد، وتتميز تلك المواد باختفاء مقاومتها الكهربائية تحت [[درجة حرارة]] معينة وكانت تلك الدرجة أقل من 4 [[كلفن]] . سميت تلك الظاهرة [[موصلية فائقة|بالتوصيل الفائق]] وسميت المواد "موصلات فائقة " . ومعنى اختفاء المقاومة الكهربائية فيها أن التيار الكهربائي يدور فيها من دون أي فقد وبدون توقف، وتستخدم تلك المواد الفائقة التوصيل - ويلزم تبريدها المستمر تحت درجة التوصيل الفائق المميزة لها - في إنتاج [[حقل مغناطيسي|مجالات مغناطيسية]] شديدة لأغراض طبية .

تعد المغناطيسات فائقة التوصيل من أقوى المغنطيسات الكهربية المعروفة، وهى تستخدم في أجهزة [[تصوير بالرنين المغناطيسي|التصوير بالرنين المغناطيسي]] الطبية، وفي القياس بواسطة [[مطيافية الكتلة|مطياف الكتلة]] ، ومغناطيسات توجيه حزم الجسيمات المشحونة [[مسرع جسيمات|معجلات الجسيمات]] ، فتخفض كثيرا من تكلفة الطاقة الكهربائية اللازمة لعملها .

كما يمكن استخدامها أيضا في الفصل المغناطيسى، حيث يتم استخلاص الجزيئات ضعيفة المغنطة من مخلوط جزيئات أقل مغنطة أو عديمة المغنطة كما في صناعة الدهانات، وكذلك في تستخدم الموصلات الفائقة أيضاً في صنع الدوائر الرقمية المعقدة للخفض من استهلاكها من الطاقة الكهربية.

== اقرأ أيضا ==

* [[دائرة رنان توافقي|دارة RLC]]
* [[معاوقة]]
* [[مقاومية]]
* [[دائرة مقاومة وحث|دائرة مقاومة وملف]]
* [[رنان محث ومكثف|رنان ملف ومكثف]]
* [[موصلية فائقة]]
* [[موصلية منقولة]]
* [[تحويلة ستار دلتا]]

== مراجع ==

{{مراجع}}
{{شريط بوابات|إلكترونيات|كهرباء}}
{{ضبط استنادي}}

[[تصنيف:أعداد مركبة]]
[[تصنيف:المقاومة والتوصيلية الكهربية]]
[[تصنيف:كميات فيزيائية]]
[[تصنيف:كهرباء]]
[[تصنيف:كهرومغناطيسية]]

نسخة 10:43، 2 يوليو 2021

المقاومة الكهربائية

تُسمى أيضًا المقاومة الكهربائية المحددة أو المقاومة الحجمية. هي خاصية أساسية للمادة تحدد مدى قدرتها على مقاومة التيار الكهربائي المؤثر فيها. على عكس الموصلية الكهربائية، التي تحدد قدرة المادة لتوصيل التيار الكهربائي.

تشير المقاومة الكهربائية المنخفضة الى مادة جيدة التوصيل للتيار الكهربائي.

أسباب الموصلية الكهربائية

نظرية الحزمة المبسطة

وفقًا لميكانيكا الكم الأولية، فإن للإلكترون الذي يدور حول نواة الذرة أو البلورة طاقة محددة، وتنحصر هذه الطاقات في المستويات المشغولة بالإلكترونات فقط. عندما يكون لعدد كبير من هذه المستويات المملوءة بالإلكترونات كميات متقاربة من الطاقة -أي لها طاقات تختلف اختلافًا دقيقًا جدًا- تُسمى مستويات الطاقة المتقاربة مجتمعةً «حزم الطاقة». ربما يوجد العديد من حزم الطاقة في مادة ما، اعتمادًا على العدد الذري للذرات المكونة وتوزيعها داخل البلورة أو الذرة.

تسعى إلكترونات المادة إلى تقليل إجمالي الطاقة في المادة بواسطة الاستقرار في مستويات الطاقة المنخفضة، ومع ذلك، فإن مبدأ الاستبعاد لباولي ينص على أنه لا يمكن لاثنين من الإلكترونات أن يمتلكا نفس القيم لأعداد الكم الأربعة في الوقت ذاته. لذا فإن الإلكترونات «تملأ» هذه الحزم بدءًا من المستويات الأقل طاقة. يُطلق على مستوى الطاقة المميز الذي تملأه الإلكترونات بمستوى فيرمي. يُعد موقع مستوى فيرمي فيما يتعلق بالحزم مهمًا جدًا للتوصيل الكهربائي، إذ إن الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة بالقرب من مستوى فيرمي أو فوقه فقط هي التي تمتلك حرية التنقل ضمن بنية المادة، إذ تستطيع الإلكترونات القفز بسهولة بين المدارين المشغولين جزئيًا بالإلكترونات في تلك المنطقة. بالمقابل، فإن طاقة المدارات المملوءة بالإلكترونات قليلة جدًا، وللمدارات البعيدة عن النواة، الخالية من الإلكترونات طاقة قليلة جدًا.

ينشأ التيار الكهربائي من حركة الإلكترونات. يوجد في المعادن العديد من مستويات الطاقة القريبة من مستوى فيرمي، وهذا يعني وجود الكثير من الإلكترونات القادرة على التنقل بحرية، المسؤولة عن التوصيل الكهربائي للمعادن.

جزء مهم من نظرية حرم الطاقة ينص على وجود حزم طاقة محظورة، التي يمكن تعريفها بأنها مدارات لا تحتوي على مستويات طاقة تحتوي على إلكترونات حرة الحركة. في العوازل وأشباه الموصلات، يكون عدد الإلكترونات في المدارات القريبة من النواة -التي تسمى بحزم التكافؤ- مساويًا لعددالإلكترونات التي تملأ المدارات البعيدة عن النواة، وتُسمى هذه المدارات بحزم التوصيل، في هذه الحالة، يقع مستوى فيرمي داخل فجوة الحزمة. نظرًا إلى عدم وجود إلكترونات قابلة للحركة بالقرب من مستوى فيرمي، فإن التوصيل الإلكتروني يكون منخفضًا جدًا أو معدومًا.

الموصلية الفائقة (المثالية)

تتناسب المقاومة الكهربائية للموصل المعدني تناسبًا طرديًا مع درجة الحرارة. في الموصلات، مثل النحاس أو الفضة، يكون هذا التناسب محدودًا بوجود الشوائب. بالقرب من الصفر المطلق، تُظهِر عينة من موصل عادي بعض المقاومة. في الموصل الفائق، تنخفض المقاومة فجأة إلى الصفر عندما تُبرد المادة إلى ما دون درجة حرارتها الحرجة. قد يستمر التيار الكهربائي المتدفق في حلقة من الأسلاك فائقة التوصيل بالسريان دون توقف من دون مصدر طاقة.[1]

سنة ١٩٨٦ اكتشف الباحثون أن بعض المواد مثل «سيراميك نحاسي بيروفسكايت» تمتلك أعلى درجات حرارة حرجة، إذ صُنعت بدرجة حرارة حرجة تتجاوز ٩٠ كلفن (-١٨٣ درجة سيليزية).[2] نظريًا قد كان تحقيق انتقال كبير كهذا في درجات الحرارة مستحيلًا للموصل الفائق التقليدي، لذا أُطلِق على هذه الموصلات اسم الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية. يغلي النيتروجين السائل عند ٧٧ كلفن، وهو بارد بدرجة كافية لتنشيط الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية، لكنه ليس باردًا بدرجة كافية للموصلات الفائقة التقليدية. في الموصلات الفائقة التقليدية، تكون الإلكترونات مرتبة في أزواج بواسطة جذب الفوتونات الشبكية. أفضل نموذج متاح للموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية لا يزال بدائيًا إلى حد ما. توجد فرضية مفادها أن اقتران الإلكترون في الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية يتم بواسطة موجات الدوران قصيرة المدى المعروفة باسم الباراماجنون.[3]

  1. ^ John C. Gallop (1990). SQUIDS, the Josephson Effects and Superconducting Electronics. CRC Press. ص. 3, 20. ISBN:978-0-7503-0051-3.
  2. ^ "The History of Superconductors". مؤرشف من الأصل في 2016-03-03. اطلع عليه بتاريخ 2016-02-23.
  3. ^ D. Pines (2002). "The Spin Fluctuation Model for High Temperature Superconductivity: Progress and Prospects". The Gap Symmetry and Fluctuations in High-Tc Superconductors. NATO Science Series: B. New York: Kluwer Academic. ج. 371. ص. 111–142. DOI:10.1007/0-306-47081-0_7. ISBN:978-0-306-45934-4.
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=مقاومة_كهربائية&oldid=54346293»