فيديو الدرس: المقاومة الكهربية العلوم • الصف الثالث الإعدادي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم ما المقاومة الكهربية، وكيف تؤثر على تدفق الشحنة في الدائرة الكهربية.

لكي نتصور الدائرة الكهربية، سنفترض أن لدينا بطارية وأن نهايتي أو طرفي هذه البطارية متصلان بسلك. هذا يشكل دائرة كهربية. تتدفق الشحنة عبر هذه الدائرة. وهذا ما يسمى تيارًا كهربيًّا. ويمكننا قياس هذا التيار باستخدام جهاز يسمى الأميتر. إذا وصلنا الأميتر بالدائرة، فسنحصل على قراءة لقيمة شدة التيار الكهربائي المقيسة. وتكون هذه القيمة بوحدة الأمبير، مثل اثنين أمبير أو ثلاثة أمبير أو نحو ذلك.

والآن لنقارن هذه الدائرة الكهربية بهذه الدائرة. لدينا نوع البطارية نفسه، والسلك نفسه، وجهاز الأميتر نفسه في الدائرة الثانية. الفرق الوحيد بين الدائرتين هو هذا القضيب الحديدي. رسمناه بحجم كبير للتوضيح، لكن يمكننا تخيل أن هذا القضيب له نفس سمك سلك الدائرة. عندما تتدفق الشحنة عبر الدائرة الكهربية الثانية، نلاحظ أن القراءة الموضحة على الأميتر أقل من القراءة على الأميتر الموصل بالدائرة الأولى. بعبارة أخرى، ثمة أمر ما يتعلق بهذا القضيب الحديدي يقلل من شدة التيار في الدائرة.

كما ذكرنا، التيار هو تدفق الشحنة الكهربية. وبينما تتدفق الشحنة الكهربية عبر أحد طرفي القضيب الحديدي ثم تمر خلاله، يقاوم القضيب هذه الحركة. وهو ما يصعب على الشحنة المرور عبر القضيب. لذا، تمر شحنات أقل عبر القضيب في كل ثانية، وهذا يعني أن شدة التيار في الدائرة تقل. يحدث هذا الانخفاض في تدفق الشحنة بسبب المقاومة الكهربية للقضيب.

بوجه عام، المقاومة الكهربية هي الممانعة التي تواجهها الشحنة الكهربية أثناء تدفقها. وأي مادة أو مكون يزيد من صعوبة تدفق الشحنة له مقاومة. في الواقع، بعض المكونات في الدوائر الكهربية مصممة خصوصًا لتوفير المقاومة. تطلق على هذه المكونات المقاومات. والقضيب الحديدي هو أحد أمثلة هذه المقاومات.

يمكننا رسم مخطط لهذه الدائرة الكهربية. هذا هو رمز البطارية في الدائرة الكهربية، في حين أن هذا هو رمز الأميتر. الأميتر والبطارية متصلان بأسلاك، وهنا توضع المقاومة. يرمز إلى المقاومات في الدائرة الكهربية بهذا الشكل؛ مجموعة من الخطوط المتعرجة. وبذلك، يطابق مخطط الدائرة الذي رسمناه هنا الدائرة الفعلية الموضحة هنا.

لاحظنا أنه عند إضافة مقاومة إلى دائرة كهربية، فإنها تقلل من تدفق الشحنة. أثناء تدفق الشحنة الكهربية ببطء عبر المقاومة، يحدث شيء آخر، وهو ارتفاع درجة حرارة المقاومة. وبتوصيل بطارية كبيرة بما يكفي، قد يسخن القضيب لدرجة تجعل من الصعب لمسه. كلما زادت شدة التيار في الدائرة الكهربية، ارتفعت درجة حرارة المقاومة.

والآن، لنفترض أن لدينا قضيبًا حديديًّا آخر يشبه القضيب الأول، إلا أن طول القضيب الثاني يساوي نصف طول الأول. إذا وصلنا القضيب الأقصر بالدائرة الكهربية عوضًا عن الأول، فستقل مقاومة تدفق الشحنة. ومن ثم، ستزداد شدة التيار الكلية في الدائرة. يرجع السبب في أن مقاومة القضيب الأقصر أقل إلى أن الشحنة المتدفقة تواجه عوائق أقل. وهذا يعني أنه من الأسهل على الشحنة أن تتدفق عبر قضيب أقصر. باستخدام القضيب الأقصر عوضًا عن الأطول، نكون قد قللنا مقاومة الدائرة الكهربية.

مثلما توجد وحدتان لقياس فرق الجهد الكهربي وشدة التيار الكهربي، توجد وحدة قياس للمقاومة الكهربية أيضًا. تسمى وحدة قياس المقاومة الأوم. أوم هو لقب الشخص الذي وضع قانون المقاومة الكهربية. إذن، على سبيل المثال، قد يكون لدينا مقاومة قيمتها تساوي خمسة أوم أو ١٠ أوم أو ١٠٠ أوم أو ما شابه.

ومثلما تقاس شدة التيار بالأميتر، تقاس المقاومة الكهربية بالأوميتر. ثمة أمر مثير للاهتمام يتعلق بالأوميتر، وهو الجهاز الذي يقيس المقاومة الكهربية، وهو أنه لا يوصل بالدائرة الكهربية لنحصل منها على القياس. إذا أردنا قياس مقاومة مكون معين، مثل القضيب الحديدي هنا، فسنفصله عن الدائرة الكهربية ثم نوصله وحده بالأوميتر عن طريق سلك. هذه هي الطريقة التي نقيس بها مقاومة أي مكون كهربي. ويرمز للأوميتر بهذا الرمز في الدائرة الكهربية. ولقياس قيمة المقاومة، نفصل المقاومة التي لدينا عن الدائرة الكهربية ثم نوصلها بالأوميتر كما رأينا.

الآن لنفترض أننا نعرف أن البطارية التي لدينا توفر فرق جهد مقداره فولت واحدًا. ولنفترض أيضًا أننا نعرف أنه عند توصيل الدائرة بأكملها، يقرأ الأميتر شدة تيار تساوي أمبير واحدًا. إذا كانت هاتان القراءتان دقيقتين بالفعل عند توصيل الدائرة الكهربية، فإذا قررنا قياس المقاومة، فسنحصل على أوم واحد. هذا يعني أن الدائرة الكهربية التي يساوي فرق الجهد بها فولت واحدًا، ويمر بها تيار شدته أمبير واحد، لها مقاومة تساوي أوم واحدًا.

والآن فكر في المثال التالي. ماذا لو أردنا خفض شدة التيار في الدائرة الكهربية بحيث تكون قيمته أقل من أمبير واحد؟ لاحظنا أنه يمكننا فعل ذلك باستخدام قضيب أطول عوضًا عن هذا القضيب الحديدي. هذا القضيب الأطول ستكون مقاومته لتدفق الشحنة أكبر. وهذا من شأنه أن يصعب على الشحنة التدفق عبر الدائرة الكهربية، وسيقلل من شدة التيار الكلية. بدلًا من الاضطرار إلى التبديل بين المقاومات لتغيير قيمة المقاومة في الدائرة الكهربية، توجد في الواقع مقاومة واحدة يمكننا استخدامها لفعل ذلك، وتسمى المقاومة المتغيرة.

يمكن تغيير قيمة المقاومة المتغيرة، غالبًا عن طريق إدارة مقبض بالمقاومة على سبيل المثال. ويرمز إلى المقاومة المتغيرة في الدائرة الكهربية بنفس رمز المقاومة الثابتة، باستثناء وجود سهم قطري يمر عبره.

بعد أن عرفنا كل ما سبق عن المقاومة الكهربية، لنلق نظرة على بعض الأمثلة.

أي عبارة من العبارات الآتية توضح ما يحدث لسلك في دائرة كهربية إذا مر به تيار كبير جدًّا؟ (أ) يسخن السلك. (ب) يبرد السلك. (ج) لا يسخن السلك ولا يبرد.

حسنًا، لنفترض أن لدينا بطارية. بل دعنا نفترض أن لدينا بطارية ضخمة للغاية. ولنفترض أننا قررنا أن نأخذ جزءًا من سلك موصل، ونوصل طرفي هذه البطارية به. ما سيحدث هو أن الشحنة ستتدفق عبر السلك بمقدار هائل. ومع مرور هذه الشحنة، فإنها ستصطدم بجسيمات السلك. ويؤدي هذا إلى انتقال الطاقة من الشحنة المتدفقة إلى السلك. وينتج عن هذا ارتفاع درجة حرارة السلك. وعليه، فالخيار (أ) هو الإجابة الصحيحة. مع تفاعل تلك الشحنات المتحركة داخل تيار كهربي ضخم مع جسيمات السلك، تنتقل الطاقة إلى السلك وترتفع درجة حرارته.

لنتناول مثالًا آخر.

كل سلك له مقدار من المقاومة. لدينا سلكان متطابقان، لكن لهما طولين مختلفين. أي العبارات الآتية صواب؟ (أ) كلا السلكين لهما المقاومة نفسها. (ب) السلك الأطول له مقاومة أكبر. (ج) السلك الأطول له مقاومة أقل.

حسنًا، لنفترض أن لدينا هنا سلكين. والسلكان متشابهان من جميع النواحي. فكلاهما مصنوع من المادة نفسها، وله القطر نفسه، وما إلى ذلك. غير أن أحد السلكين أطول من الآخر، كما نلاحظ. ونريد مقارنة المقاومة الكهربية لكل منهما. تخيل أن لدينا بطاريتين متطابقتين، ووصلنا كل بطارية بكل سلك منهما. يؤدي هذا إلى تدفق شحنة كهربية إلى كل سلك منهما، ثم التدفق عبره.

لكن إليكم ما سيحدث. يقاوم السلكان تدفق الشحنة. ويزيدان من صعوبة مرور التيار عبر الدائرة. يمكننا إرجاع هذه المقاومة إلى المادة المصنوع منها السلك التي تعرقل الشحنة المتدفقة. كلما زادت كمية المادة الموجودة أمام الشحنة المارة، زادت صعوبة تدفق الشحنة إلى الأمام. هذا يعني أنه يتعين على الشحنة المتدفقة عبر السلك الأقصر المرور بهذه الكمية من المادة المقاومة. ويتعين على الشحنة المتدفقة عبر السلك الأطول أن تمر بكل هذه الكمية من المادة المقاومة. كلما زاد طول السلك، زادت صعوبة مرور الشحنة عبره. هذا يعني أن له مقاومة أكبر. ومن ثم، نختار الخيار (ب). السلك الأطول له مقاومة أكبر.

لنتناول مثالًا آخر.

أي الاختيارات الآتية يمثل مكون الدائرة الصحيح لقياس المقاومة؟ (أ) الأميتر، (ب) الفولتميتر، (ج) الأوميتر.

كل مكون من هذه المكونات الثلاثة بالدائرة الكهربية يقيس كمية معينة. لكي نعرف أي من هذه الأجهزة يقيس المقاومة، دعونا نتذكر وحدة قياس شدة التيار الكهربي، وفرق الجهد الكهربي، والمقاومة الكهربية، ولنبدأ أولًا بوحدة قياس شدة التيار. وحدة قياس شدة التيار الكهربي هي الأمبير. ووحدة قياس فرق الجهد هي الفولت. ووحدة قياس المقاومة الكهربية هي الأوم.

وبالمناسبة، أوم هو لقب الشخص الذي وضع قانون المقاومة الكهربية. ويشير اسم وحدة قياس المقاومة إلى أن الأوميتر هو جهاز لقياس المقاومة. وهذا صحيح. يقيس الأميتر شدة التيار، في حين يقيس الفولتميتر فرق الجهد، ويقيس الأوميتر المقاومة. وعليه، نختار الخيار (ج).

لنتناول الآن مثالًا أخيرًا.

يوضح الشكل التالي دائرة كهربية مكونة من بطارية، ومصباح، وفولتميتر، وأميتر. موضح على الشكل قراءتا الأميتر والفولتميتر. ما قيمة مقاومة المصباح؟

حسنًا، نعلم من المعطيات أن هذه الدائرة تتكون من بطارية، ومصباح، وفولتميتر، وأميتر. تقع البطارية هنا. وهي توفر فرق الجهد للدائرة الكهربية. وهذا هو المكان الموضوع فيه المصباح. ونعلم ذلك لأن الرمز المستخدم لتمثيل المصباح هو هذه الدائرة التي يتوسطها حرف ‪X‬‏. والفولتميتر، وهو جهاز لقياس فرق الجهد، يرمز له بدائرة يتوسطها حرف ‪V‬‏. والأميتر، وهو جهاز لقياس شدة التيار، يرمز له بدائرة يتوسطها حرف ‪A‬‏.

لتوضيح كيفية عمل هذه الدائرة، ينتقل التيار الاصطلاحي من طرف البطارية الموجب الشحنة ويتبع هذا المسار، بينما لا يمر أي تيار كهربي عبر هذا الجزء. يمر التيار بعد ذلك عبر المصباح وخلال الأميتر ثم إلى طرف البطارية السالب الشحنة. الأميتر في وضع يمكنه من قياس شدة التيار في هذه الدائرة الكهربية. ويقيس شدة تيار قيمتها أمبير واحد. نلاحظ أن الفولتميتر متصل بين طرفي المصباح. ما يفعله هذا الفولتميتر إذن هو قياس فرق الجهد الكهربي الذي يمر عبر المصباح. نلاحظ أن القيمة المقيسة هي فولت واحد.

بمعلومية كل هذا، نريد إيجاد قيمة المقاومة. وحدة قياس المقاومة هي الأوم. عند مرور فرق جهد يساوي فولت واحدًا عبر أحد مكونات الدائرة الكهربية، ويمر عبره تيار كهربي شدته أمبير واحد، تكون قيمة مقاومة هذا المكون المقيسة بالأوم مماثلة. بعبارة أخرى، مرور فولت واحد وأمبير واحد عبره يعني أن مقدار المقاومة يساوي أوم واحدًا. بما أن قيمة كل من هاتين القراءتين تساوي واحدًا، فهذا يعني أن القيمة الثالثة تساوي واحدًا أيضًا. إذن، الإجابة النهائية هي أوم واحد.

لنختتم هذا الدرس بمراجعة بعض النقاط الرئيسية. في هذا الفيديو، تعلمنا أن المقاومة الكهربية هي الممانعة التي يلقاها التيار الكهربي أثناء تدفقه في موصل. وأي مكون له قيمة مقاومة يسمى مقاومة. يرمز للمقاومة في الدائرة الكهربية بهذا الرمز. تعلمنا أيضًا أن هناك ما يسمى بالمقاومة المتغيرة. وهي مقاومة يمكن أن تتغير قيمتها. وحدة قياس المقاومة هي الأوم. وتقاس المقاومة بجهاز يسمى الأوميتر. وعرفنا أيضًا أن أي مكون للدائرة الكهربية يمر عبره فرق جهد يساوي فولت واحدًا، وتيار شدته أمبير واحد، له مقاومة تساوي أوم واحدًا. وأخيرًا، تعلمنا أن الأسلاك الأطول لها مقاومة أكبر، وأن التيارات الشديدة تزيد درجة حرارة الأسلاك. وهذا ملخص المقاومة الكهربية.