تعريف المقاومة الكهربائية وقانون أوم .. وتمارين عليها مع حلولها

تعريف قانون أوم

يمكن استخدام قانون أوم للتحقق من القيم الصحيحة والثابتة للدائرة الكهربائية، بما في ذلك معدلات التيار الكهربائي وطرق إمداد الجهد وخفض الجهد. إذا كان تيار العالي أكبر من العادي، فقد يشير هذا إلى انخفاض المقاومة أو زيادة الجهد، مما يؤدي إلى تحديد حالة الجهد العالي والكشف عن مشكلة في الدائرة أو العرض.

في الدائرة الكهربائية بتيار مستمر، قد يدل قياس التيار الأضعف من المعتاد على انخفاض الجهد، أو زيادة المقاومة في الدائرة. ويمكن أن تكون الأسباب الممكنة لارتفاع المقاومة هي الموصلات الضعيفة أو غير المحكمة أو الفاسدة أو التالفة.

توضع الأحمال في الدائرة على التيار الكهربائي، يمكن أن تصبح الأحمال خلال أي نوع من المكونات مثل: الأجهزة الكهربائية الصغيرة أو أجهزة الحاسب الآلي أو الأجهزة منزلية، تشتمل أغلب هذه الأحمال داخل لوحة يتوفر عليها ملصق مرفق، تمنح لوحات الأسماء هذه شهادة السلامة والأعداد المرجعية الكثيرة.

يقول الخبراء عن الأسماء المكتوبة على الأجهزة لتوضيح قيم الجهد والتيار المعيارية، خلال الاختبار إذا كانت القيم القياسية غير واضحة على الأجهزة الرقمية المختلفة أو عدادات المشبك المرفقة بها، فيمكن استخدام قانون أوم لمعرفة أي جزء من الدائرة يواجه مشكلة وبالتالي تحديد المكان الذي قد تكمن فيه المشكلة.

عوامل تتوقف عليها المقاومة الكهربائية

تُعدُّ المقاومة مقاومة تدفق التيار الكهربائي خلال الموصِّل، ويمكن قياسها رقميًا في الدوائر الكهربائية، حيثُ يتناسب الموصل والمقاومة عكسيًا، إذ كلَّما ارتفعت القدرة على التوصيل، قلَّت المقاومة.

المقاومة = فرق محتمل / تيار.

العوامل التي يعتمد عليها الموصل، فهي تعتمد على العوامل الأتية:

• درجة حرارة للموصل.
• نقطة المقطع العرضي للموصل.
• مكونات ومادة الموصل.
  تتناسب المقاومة الكهربائية طرديا مع الطول وهو (L) للموصل وتتماشى بالعكس مع منطقة المقطع العرضي وهي (A).
  المعادلة تكون: العلاقة R = ρl / A، ويعتبر الـρ مقاومة المادة ويتم قياسها بالميكرومتر والأوم يتم قياسه بالمتر.

تُعَدُّ المقاومة قياسًا لنوعية القدرة التي تتمتَّع بها المادة لمقاومة تدفُّق التيار الكهربائي، ومن الواضح أن العوازل ستتمتَّع بقيمة مقاومة أعلى من الموصِّلات.

تمارين وتطبيقات قانون أوم

• التمرين الأول:

يتم حساب التيار I عن طريق المقاومة R = 2 أوم بإستخدام الجهد الذي يمر في المقاومة والذي يساوي 6 فولت.

الحل:
استبدل R بـ 2 و V بـ 6 في قانون أوم V=IR/V.
6 = 2 I
الحل  للحصول على I

I = 6 / 2 = 3 A

• التمرين الثاني:

في الدائرة الموضحة أدناه، تتواجد المقاومات R1 و R2 متتالية ولهما مقاومة 5 Ω و 10 Ω على التوالي. وبما أن الجهد عبر المقاوم R1 يساوي 4 فولت، فما هو التيار الذي يمر عبر المقاوم R2 وما هو الجهد عبر هذا المقاوم؟.
الدائرة الكهربائية التي يجب حلها في التمرين الثاني.

الحل:
نستخدم قانون أوم V=IR/V لإيجاد التيار I1 الذي يمر عبر R1.
4 = 5 I1
حل من أجل I1
I1 = 4 / 5 = 0.8 A
عندما تكون المقاومتان على التوالي، فإن التيار يمر بذات التيار عن طريقهما، وبالتالي، يساوي تيار I2 الذي يمر عبر المقاومة R2 0.8 أمبير.
يتم استخدام قانون أوم الآن لحساب الجهد V2 عبر المقاوم R2.

V2 = R2 I2 = 10 (0.8) = 8 V

• التمرين الثالث:

في الصورة المرفقة، المقاومتان R1 و R2 متماثلتان ولهما مقاومات تبلغ 8 و 4 أوم على التوالي، والتيار المار خلالالمقاومة R1 يبلغ 0.2 أمبير. يجب البحث عن الجهد الناتج عن المقاومة R2 والتيار الذي يمر بهذه المقاومة.
الدائرة الكهربائية التي يتم حلها في المثال 3.

الحل:
استخدم قانون أوم V=IR/V  لمعرفة الجهد V1 خلال المقاوم R1.
V1 = 8 (0.2) = 1.6 V
الجهد عبر المقاوم R1 والجهد عبر المقاوم R2 متساويان لأن R1 و R2 متوازيان.
يتم استخدام قانون أوم لحساب التيار I2 الذي يمر عبر المقاومة R2.
1.6 = 4 I2
حل من أجل I2

I2 = 1.6 / 4 = 0.4 A

مدى أهمية قانون أوم

• إن الدوائر الكهربائية الموجودة في كل مكان في الحياة اليومية، بدءا من الدوائر المتكاملة المعقدة التي تسيطر على الأجهزة وتحتوي على الأسلاك التي تمكن تشغيل المصابيح الكهربائية في المنزل، فإن الحياة ستكون مختلفة تماما إذا لم تكن هذه الدوائر الكهربائية متوفرة في كل مكان نذهب إليه.
• يُعتبر قانون أوم من المعادلات المرتبطة بفهم الدوائر الكهربائية، ولكن لفهمه بشكل صحيح، يحتاج الأمر إلى فهم صحيح للقواعد الرئيسية للجهد والتيار والمقاومة. قانون أوم هو ببساطة المعادلة التي توضح العلاقة بين الثلاثة عندما تمر تيارات كهربائية في الموصلات.
• يعتبر الجهد الكهربي المصطلح الأكثر استخداما لتحديد فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين، ويوضح الدفع الذي يعطى للشحنة الكهربائية للحركة في حلقة متصلة. ويصف الفيزيائي الألماني جورج أوم العلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة في صورة معادلة تسمى بأسمه، وهي صيغة قانون أوم V=IR/V
• قانون أوم له أهمية كبيرة في توضيح الدوائر الكهربائية بسبب ربط الجهد والتيار، حيث يتعلق قيمة المقاومة بتعديل العلاقة بينهما، ولذلك يمكن استخدام قانون أوم للتحكم في تيار الدائرة الكهربائية وإضافة مقاومات للتحكم في تدفق التيار وتجنب زيادته، كما يمكن استخدامه لوصف الطاقة الكهربائية كمعدل تدفق الطاقة في الثانية، حيث تكون الطاقة بمعادلة P = IV، وبالتالي يمكن استخدامه للتأكد من توفر كمية كافية من الطاقة في الدائرة، على سبيل المثال لجهاز بقوة 60 واط.
• أبرز شيء في قانون أوم هو أنه يعطي الشخص تحليل مخططات الدوائر، بالأخص عند مزجها مع قوانين كيرشوف، التي تتبعها، يمكن استخدام قانون أوم لإيجاد الكمية الغير معروفة من الثلاثة، بشرط أن تحدد الكميتين الأخريين للدائرة الكهربائية المحددة، يوضح لك العمل عن طريق بعض الأمثلة الرئيسية عن كيفية القيام بهذا.
• ينص قانون كيرشوف للجهد على أن قلة الجهد في أي دائرة مغلقة تكون دائما مساوية للصفر، ويوضح القانون الحالي أن كمية التيار التي تنبعث من تقاطع أو عقدة في الدائرة تكون مساوية لكمية التيار التي تنبعث منها، ويمكن استخدام قانون أوم مع قانون الجهد بشكل خاص لحساب انخفاض الجهد عبر أي عنصر في الدائرة، وهذه مشكلة معروفة في مجال الإلكترونيات.