التوصيل الكهربائي والمقاومة
تختلف المواد في الطبيعة عن بعضها البعض في خصائص كثيرة، ومن أهم هذه الخصائص هي قدرة المادة على توصيل التيار الكهربائي، حيث وجد العلماء من خلال العديد من التجارب على المواد المختلفة أن هنالك مواد موصلة بشكل جيد جدا لتيار الكهربائي مثل الفضة والنحاس، وسميت هذه المواد بالفلزات أو كما تعرف بالمواد الموصلة، ووجدوا أن هنالك مواد رديئة جدا في توصيل التيار الكهربائي مثل الزجاج والخشب وبعض العناصر، وسميت هذه المواد باللافلزات أو كما تعرف بالمواد غير الموصلة، وهنالك نوع آخر من المواد وهو الذي يكون رديئا في توصيل التيار الكهربائي على درجات حرارة معينة وجيد في توصيل التيار الكهربائي على درجات حرارة أخرى وسميت هذه المواد بالمواد شبه فلزية أو شبه الموصلة، ومن أشهر هذه المواد الخلايا الشمسية والضوئية المصنوعة من عنصري السيلكون والجرمانيوم وغيرها من المواد شبه الموصلة، من خلال هذا المقال سوف نتعرف على أهم خاصية للمواد ألا وهي المقاومة ونتعرف على العوامل التي تعتمد عليها ونتعرف على تجربة أوم وقانونه.
عوامل المقاومة
من خلال العديد من التجارب على مواد مختلفة وجد أن هنالك خاصية فيزيائية تميز هذه المواد عن بعضها البعض ألا وهي المقاومة، حيث عرف العلماء المقاومة على أنها مقدار ممانعة المادة لمرور التيار الكهربائي عند توصيل طرفيها لمصدر فرق جهد، ووجد العلماء أن مقدار هذه المقاومة يعتمد على عدد من العوامل، ومن هذه العوامل:
- نوع المادة: تختلف مقدار مقاومة المواد، فهنالك مواد يكون توصيلها للتيار الكهربائي عال جدا مثل النحاس والفضة ومواد أخرى ردئية في التوصيل مثل الزجاج والخشب.
- طول الموصل: وجد العلماء أنه كلما زاد طول الموصل زادت مقاومته وذلك عند ثبوت العوامل الأخرى.
- مساحة مقطع الموصل: نلاحظ أن شركة الكهرباء عند تمديدها للأسلاك الكهربائية تستخدم أسلاكا ذات أطوال كبيرة بالمقارنة مع الأسلاك الأخرى حيث وجد العلماء أنه كلما كانت مساحة مقطع الموصل كبيرة تقل المقاومة وبالتالي تكون نسبة ضياع الطاقة في هذه الأسلاك قليلة.
- درجة الحرارة: في المواد الموصلة كلما ارتفعت درجة حرارة الموصل ارتفعت مقاومته، وذلك بسبب اهتزاز ذرات الموصل بشكل كبير مما يعيق مرور التيار الكهربائي، وبالتالي تصبح مقاومته أعلى وهذا على عكس مع المواد شبه الموصلة والتي كلما ارتفعت درجة حرارتها تقل مقاومتها وتزداد موصليتها.
قانون وتجربة أوم
قام العالم أوم بدراسة عدد كبير من المواد لمعرفة العوامل التي تعتمد عليها المقاومة، بالإضافة لإيجاد علاقة بين التيار المار في المقاومة وفرق الجهد بين طرفيها، فقام العالم أوم بعمل دارة بسيطة تحتوي على فولتميتر (يستخدم لقياس فرق الجهد بين طرفي المقاومة) وأميتر (لقياس شدة التيار المار بالمقاومة) بالإضافة لمقاومة متغيرة لتغيير مقدار التيار المار في المقاومة وفرق الجهد بين طرفيها، فمن خلال هذه التجربة وجد العالم أوم أنه كلما ارتفع فرق الجهد بين طرفي المقاومة ازداد التيار المار فيها، ومن هنا تم استنتاج أوم أي أن فرق الجهد بين طرفي المقاومة يتناسب طرديا مع التيار، حيث وجد أن فرق الجهد بين طرفي المقاومة يساوي مقدار المقاومة مضروبة في شدة التيار المار فيها (جـ = م × ت )، وأصبحت هذه العلاقة معروفة بقانون أوم وتكريما لهذا العالم تمت تسمية مقدارالمقاومة بوحدة الأوم.
