شارح الدرس: المقاومة الكهربية العلوم • الصف الثالث الإعدادي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم ما هي المقاومة الكهربية، وكيف تؤثِّر على تدفُّق الشحنة في الدائرة.

المقاومة الكهربية، التي نُطلِق عليها عادةً «المقاومة»، هي ما يعوق تدفُّق الشحنات. تَصِف المقاومة الكهربية مدى صعوبة تدفُّق الإلكترونات خلال أيٍّ من مكوِّنات الدائرة الكهربية أو أي جسم.

لتوضيح ما هي المقاومة الكهربية، هيا نتخيَّل أن لدينا قضيبين معدنيين متطابقين؛ أحدهما مصنوع من النحاس والآخر مصنوع من الحديد. القضيبان متصلان ببطاريتين متطابقتين، كما هو موضَّح في الشكل الآتي، وتُنتج كل بطارية منهما فرق جهد يساوي فولت واحدًا عبر كل قضيب.

في هذه الحالة، نجد أن التيار الكهربي المار خلال القضيب الحديدي أقل كثيرًا، على الرغم من أن فرق الجهد المطبَّق متساوٍ على القضيبين. ويبدو أن انتقال الإلكترونات عبر القضيب الحديدي أصعب بكثير من انتقالها عبر القضيب النحاسي. يمكننا وصف هذا السلوك بقول إن القضيب الحديدي له مقاومة كهربية أكبر من القضيب النحاسي.

فعندما تتدفَّق شحنة عبر جسم له مقاومة، تُفقَد الطاقة الكهربية في صورة طاقة حرارية. ولهذا السبب، قد تتسبَّب التيارات الكبيرة للغاية في تسخين الأسلاك ومكوِّنات الدوائر الكهربية.

تُقاس المقاومة الكهربية بوحدة قياس تُسمَّى الأوم. ونرمز لها بالرمز أوم. وعندما نكتب المعادلات في الفيزياء، فإننا نرمز للمقاومة بالرمز . إذن، على سبيل المثال، إذا كانت لجسمٍ ما مقاومة مقدارها ٥ أوم، يمكننا أن نكتب: وهو ما يعني أن «المقاومة تساوي ٥ أوم».

تعتمد مقاومة قطعة من المادة (كقالب من المعدن أو سلك) جزئيًّا على شكلها، وتعتمد جزئيًّا على خواص المادة المصنوعة منها.

هيا نتناول القضيب النحاسي الذي ذكرناه في المثال السابق. إذا قارنَّا هذا القضيب النحاسي بقضيب نحاسي آخر له قطر أكبر، كما هو موضَّح في الشكل الآتي، فسنجد أن القضيب الذي له القطر الأكبر تكون مقاومته أصغر. إذن، في هاتين الدائرتين الكهربيتين، نجد أن القضيب ذا القطر الأكبر يمر به تيار أكبر من القضيب ذي القطر الأصغر.

وإذا قارنَّا بين القضيب النحاسي الأصلي وقضيب نحاسي له القطر نفسه، لكن طوله أكبر، كما هو موضَّح في الشكل الآتي، فسنجد أن القضيب الأطول تكون مقاومته أكبر. إذن، في هاتين الدائرتين، نجد أن القضيب الأطول يمر به تيار أقل من القضيب الأقصر.

تلعب المقاومة الكهربية دورًا مهمًّا في الدوائر الكهربية. عندما نصمِّم الدوائر الكهربية، فإننا نستخدم المقاومات للتحكُّم في تدفُّق الشحنات. ونفعل ذلك باستخدام مكوِّنات تُسمَّى المقاومات. المقاومات هي مكوِّنات لها مقاومة كهربية، وهي لا تؤدي أي وظيفة أخرى.

عندما نرسم مخططًا لدائرة، نمثِّل المقاومات باستخدام خط متعرِّج كهذا:

يوضِّح مخطط الدائرة الآتي مقاومة متصلة مع بطارية في دائرة.

لجميع الأشياء، ومنها المكوِّنات الكهربية، مقاومة. وهذا يعني أن العديد من المكوِّنات يؤدي فعليًّا نفس وظيفة المقاومات الموصلة في دائرة كهربية. فعلى سبيل المثال، مصباح له مقاومة ٥ أوم، يؤثِّر تمامًا تأثير مقاومة مقدارها ٥ أوم. الفارق الوحيد هو أن المصباح ينبعث منه ضوء أيضًا!

يمكننا قياس مقاومة أيٍّ من مكوِّنات الدائرة الكهربية باستخدام جهاز يُسمَّى الأوميتر. يوضِّح الشكل الآتي كيفية توصيل الأوميتر بمقاومة لقياس مقاومتها.

ثمة نوع خاص من المقاومات يُعرَف باسم المقاومة المتغيِّرة. يمكن تغيير قيمة المقاومة المتغيِّرة، وغالبًا ما نفعل ذلك عبر إدارة مقبض أو تحريك مؤشِّر منزلق. رمز المقاومة المتغيِّرة في الدوائر الكهربية هو نفس رمز المقاومة، ولكن مع رسم سهم قطري عبره، كما هو موضَّح في الآتي.

مثال ٢: تحديد المقاومات المتغيِّرة في مخطط دائرة كهربية

يوضِّح الشكل الآتي دائرة كهربية. ما عدد المقاومات المتغيِّرة في الدائرة؟

الحل

في هذا السؤال، لدينا مخطط لدائرة كهربية، وعلينا تحديد عدد المقاومات المتغيِّرة فيه. كما نرى، هذا الشكل معقَّد إلى حدٍّ ما، ويحتوي على العديد من المكوِّنات المختلفة، التي ربما لم نرَها من قبلُ!

ولكن، للإجابة عن هذا السؤال، علينا فقط معرفة أن رمز المقاومة المتغيِّرة يبدو هكذا:

بالنظر إلى مخطط الدائرة، يمكننا ملاحظة أن هذا الرمز يظهر في ثلاثة مواضع.

ومن ثَمَّ، نستنتج أن مخطط الدائرة الكهربية يحتوي على ثلاث مقاومات متغيِّرة.

على الرغم من أن جميع الأجسام لها مقاومة، فإن بعض مكوِّنات الدوائر الكهربية لها مقاومات صغيرة لدرجة أنه يمكننا اعتبار أن مقاوماتها تساوي صفرًا. هناك مثالان شائعان على ذلك هما الأسلاك والبطاريات. على الرغم من أننا نعرف أن هذين المكوِّنين لهما مقاومة، فإننا عند تحليل الدوائر الكهربية نفترض دائما أن مقاومتهما تساوي صفرًا. وهذا يسهِّل من حل الأسئلة!

من الناحية العملية، تتحدَّد شدة التيار المار في أيٍّ من مكوِّنات الدائرة الكهربية بأمرين: فرق الجهد عبر المكوِّن، ومقاومة المكوِّن.

نلاحظ أيضًا أن تأثير زيادة فرق الجهد على شدة التيار عكس تأثير زيادة المقاومة. ستؤدي زيادة فرق الجهد عبر المكوِّن إلى زيادة شدة التيار. لكن زيادة مقاومة المكوِّن ستؤدي إلى مقاومة تدفُّق الشحنات؛ ومن ثَمَّ تقليل شدة التيار.

شدة التيار، وفرق الجهد، والمقاومة، ثلاثة مفاهيم مهمة للغاية عند دراسة الكهرباء. ووحدات القياس التي نستخدمها لكلٍّ من هذه الكميات (أمبير، فولت، أوم) متوازنة؛ بحيث يُنتِج فرق جهد فولت واحد عبر مكوِّن مقاومته أوم واحد تيارًا شدته أمبير واحد تمامًا.

مثال ٣: إيجاد مقاومة أحد مكوِّنات دائرة كهربية بمعلومية شدة التيار وفرق الجهد

يوضِّح الشكل الآتي دائرة كهربية مُكوَّنة من بطارية ومصباح. إذا كان فرق الجهد عبر المصباح فولت واحدًا، وكانت شدة التيار عبر المصباح أمبير واحدًا، فما مقاومة المصباح؟

الحل

في مخطط الدائرة الكهربية، نرى مصباحًا موصلًا ببطارية. في الدائرة الكهربية، تزوِّد البطارية فرق جهد عبر المصباح، الأمر الذي يؤدي إلى تدفُّق شحنة عبره. ويؤدي تدفُّق الشحنة بدوره إلى إضاءة المصباح.

يتحدَّد معدل تدفُّق الشحنة عبر المصباح؛ أي شدة التيار، بأمرين: فرق الجهد عبر المصباح، ومقاومة المصباح. يَصِف فرق الجهد عبر المصباح مدى صعوبة «دفع» الإلكترونات عبر المصباح، أما مقاومة المصباح فتَصِف مقدار معاوقة المصباح لحركة الإلكترونات.

إن الوحدات التي نستخدمها لقياس التيار، وفرق الجهد، والمقاومة، «متوازنة»، ومن ثَمَّ، فإن فرق جهد قيمته فولت واحد عبر مكوِّن مقاومته أوم واحد يُنتج تيارًا شدته أمبير واحد تمامًا. وبما أننا نعلم من السؤال أن فرق الجهد عبر المصباح يساوي فولت واحدًا، وشدة التيار تساوي أمبير واحدًا، إذن هذا يعني أن مقاومته لا بد أن تكون أوم واحدًا تمامًا.