ما الخاصية التي تزداد في السلك إذا كان أطول

كتابة: نيرة محمد آخر تحديث: 29 نوفمبر 2022 , 03:09

ما الخاصية التي تزداد في السلك إذا كان أطول

هي المقاومة الكهربائية Electrical Resistance .

المقاومة الكهربائية هي عبارة عن إعاقة سير وتدفق التيار الكهربائي في موصل كهربائي أو وحدة إنارة، حينها يتعرض المصدر الكهربائي لما يعرف بالمقاومة الكهربائية وتكون الإشارة إلى هذا المصطلح بالرمز R، الجدير ذكره أن كل مادة لها مقاومة كهربائية، هذه المقاومة هي السبب وراء إصدار الموصلات للحرارة عندما تتعرض للتيار الكهربائي، المقاومة هي عبارة عن رحلة إلكترون في مسار متعرج وليس مستوي خلال الأسلاك، والتي هي بذات نفسها تعتبر عائق أمام تدفق الشحنات الكهربائية، يقابل الإلكترون الأيونات ويصطدم بها خلال الموصل أو اللمبة أو مصدر الكهرباء المستخدم، وبالتالي يجد صعوبة في الحركة وتدفق التيار، من هنا تنشأ أو تحدث المقاومة الكهربائية، لذلك عند زيادة طول السلك يصبح أطول وأقل سمكاً، حينها ستواجه الشحنات الكهربائية إعاقة في التحرك خلاله، وبالتالي ترتفع المقاومة، وقياساً على ذلك المقاومة الكهربائية هي الخاصية التي تزداد في السلك كلما زاد طوله، نوضح خلال السطور التالية معادلة بسيطة تمكننا من الفهم الجيد للمقاومة الكهربائية:

معادلة المقاومة الكهربائية

R: هذا الحرف هو رمز إلى مصطلح المقاومة الكهربائية

P: يشير إلى مقاومة المادة

L: إشارة إلى طول السلك

A: تشير إلى منطقة المقطع العرضي في الموصل أو المصدر الكهربائي

نستعرض تالياً مثال بناء على المعادلة السابقة، من أجل توضيح نسبة المقاومة الأصلية في طول العادي السلك ونسبتها بعد زيادة طول السلك، عند مضاعفة طول السلك المشار إليه بحرف L، يتحول إلى 2L، وبالتالي مع زيادة الطول، تقل مساحة المقطع العرضي في الموصل لنصف قيمتها، التي كانت موجودة قبل زيادة طول السلك، لذلك سيتحول رمز الـ A، المعبر عنه في المعادلة إلى A’ أو 2A، وبالتالي تتحول المعادلة إلى:

تكملة معادلة المقاومة الكهربائية

حينها تصبح المقاومة هنا 4R، أي أن المقاومة تضاعفت مع زيادة طول السلك الذي أدي إلى زيادة المقاومة وانخفاض المقطع العرضي في الموصل. نستنتج من السابق أن المقاومة الكهربائية Electrical Resistance، تتناسب طردياً مع طول السلك المشار إليه بحرف الـ L، وعكسياً مع المقطع العرضي المعبر عنه في المعادلة برمز A.  [1] [2]

المقاومة الكهربائية قانون أوم

نوضح خلال السطور التالية تعريف المقاومة وفقاً لقانون أوم الذي وضعه العالم الألماني جورج أوم، لقياس معدل المقاومة والذي يزداد كلما زاد طول السلك الكهربائي، جاءت معادلة القانون بالشكل التالي:

V ∝ I V = IR

V: هو الجهد المقاس بوحدة الفولت في الموصل

I: التيار الكهربائي في الموصل والمقاس بوحدة الأمبير

R: رمز للتعبير عن المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية التي سيتم حسابها خلال هذه معادلة قانون أوم، هي النسبة بين جهد الموصل المقاس بالفولت V والتي يتم تطبيقها على التيار الكهربائي المتدفق عن طريقها، وبالتالي سيتم ترتيب المعادلة مرة اخرى بالشكل التالي، من أجل التعبير عن المقاومة الكهربائية وفقاً لقانون ohm الشهير:

قانون أوم للمقاومة الكهربائية

المواد والمقاومة الكهربائية

بما أن المقاومة هي قياس لمدى قدرة المادة المستخدمة في الموصل على مقاومة التدفق الكهربائي، لذلك نوضح تالياً بعض المواد وقدرتها على المقاومة الكهربائية، والمواد ذات النسب المنخفضة هي موصلة جيدة للكهرباء وبالتالي هي أقل مقاومة:

  • فضة: 1.00× 10-8
  • نحاس: 1.68× 10-8
  • ألومنيوم: 2.82× 10-8
  • خشب: 1.00× 1014
  • هواء: 2.30× 1016
  • تفلون: 1.00×

نستنتج من السابق أن معدل المقاومة الكهربائية للسلك الألومنيوم أعلى من سلك الفضة والنحاس، لأن التيار الكهربائي في السلك الفضي على سبيل المثال أعلى من الألومنيوم وبالتالي تنخفض معدل المقاومة. [3]

مميزات وعيوب المقاومة الكهربائية

مميزات المقاومة الكهربائية: المقاومة هي السبب وراء استخدامنا للكهرباء، الضوء والحرارة في الأجهزة المختلفة سواء في العمل أو المنازل.

عيوب المقاومة الكهربائية:

  • المقاومة لا تفضل خلال الموصلات الكهربائية، لإنها قد تحول بعض من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية، وبالتالي ينتج عن ذلك ضياع أو فقد لبعض من الطاقة الكهربائية.
  • المقاومة الكهربائية تزداد بشكل كبير في الأسلاك الأصغر من حيث الحجم والأكبر من حيث الطول، لكن في حالة ارتفاع الجهد الكهربائي، سيرتفع التيار المتدفق من خلال الأسلاك الصغيرة، وتزداد درجة حرارتها، وقد يتفاقم الأمر لاندلاع حوادث الحروق والانفجارات.
  • عيوب المقاومة أيضاً هو الضوضاء داخل الدوائر الكهربائية.

المقاومة الكهربائية مثل  أي شيء أخر لها فوائد، بجانب بعض السلبيات، فهي من الممكن أن تكون جيدة أو سيئة عند تدفق التيار الكهربائي. [4]

العوامل التي تتوقف عليها المقاومة الكهربائية

  • طول السلك Wire Length.
  • المقطع العرضي cross-sectional-area.
  • المادة المصنوع منها السلك Wire Material.
  • درجة حرارة السلك Wire Temperature.

طول السلك Wire Length: المقاومة الكهربائية هي الخاصية التي تزداد مع طول السلك المستخدم، حيث أن المقاومة تتناسب طردياً مع الطول، من الممكن تجربة الأمر مع أسلاك مختلفة الأطوال، حيث طول السلك يقلل من الفولت في كل سم من السلك، مع انخفاض قدرة حركة الالكترون على السير في السلك، ترتفع قدرة المقاومة الكهربائية التي نتحدث عنها خلال هذا التقرير، حيث انخفاض حركة الإلكترون تعني انخفاض التيار وبالتالي ارتفاع معدل المقاومة.

المقطع العرضي  cross-sectional-area:  كما أوضحنا خلا السطور السابقة، المقاومة تتناسب طردياً مع طول السلك، لكنها تتناسب عكسياً مع مساحة المقطع العرضي في الموصل، فكلما زادت مساحة المقطع العرضي، لكما تحركت الإلكترونات بشكل أكبر دون عائق، وبالتالي ترتفع قوة الطاقة الكهربائية وتنخفض نسبة المقاومة، لأن كل سم من السلك يحصل على مقدر الفولت الخاص به دون انخفاض، خلافاً مع الأمر الذي يحدث مع الأسلاك الطويلة، والتي تخفض قدرة الجهد والتيار الكهربائي وبناءً على ذلك ترتفع المقاومة الكهربائية.

المادة المصنوع منها السلك Wire Material: من العوامل التي تتوقف عليها المقاومة الكهربائية أيضاً، هي المادة المصنوع منها السلك، لأن المادة هي التي تحدد مدى تمسك الذرة بالإلكترونات الخارجية، حيث زيادة تعلق الذرة بالإلكترونات الخارجية، تؤدي إلى قلة تدفق التيار الكهربائي، لأن الذرة يجب أن تسمح للإلكترون بالتحرك والتجول في الأسلاك، حتى تتحول المادة المصنوع منها السلك إلى موصل، لكن في حالة منع الذرة الإلكترونات من التحرك، تحولت المادة المصنوع منها السلك إلى عازل، الجدير ذكره أن الفضة بالرغم من إنها تعتبر أفضل مادة للموصل، إلا إنها لا تدخل في تصنيع الأسلاك بسبب ارتفاع التكلفة، وبالتالي يأتي النحاس والألومنيوم كبدائل لها، لتمتعهم بقدرة جيدة على التوصيل، بجانب انخفاض التكلفة.

 درجة حرارة السلك Wire Temperature: ترتفع نسبة المقاومة الكهربائية كلما ارتفعت درجة حرارة السلك، اي أن السلك الأكثر ارتفاعاً في درجة الحرارة، يحدث فيه اهتزاز كبير للشبكة الذرية والتي ترتفع معها درجة المقاومة الكهربائية، لأن الاهتزاز في الشبكة الذرية، يعيق الإلكترونات الكهربائية من الحركة دون تفاعل مع الذرة المحيطة بها، وبالتالي مع إعاقة حركة الإلكترونات، تزداد قدرة المقاومة. [5] [3]

إشترك
نبّهني عن
guest
0 تعليقات
رد خطي
الإطلاع على كل التعليقات
زر الذهاب إلى الأعلى