دليل شامل عن المقاومة الكهربائية وقانون أوم: كل ما تحتاج لمعرفته في التعليم

المقاومة الكهربائية وقانون أوم

يرتبط مفهوم المقاومة الكهربائية وقانون أوم ارتباطاً علمياً وثيقاً، ويُمكن دراسته مفصلاً على النحو الآتي:

المقاومة الكهربائية

تعرف المقاومة الكهربائية بأنها مقياس لمقاومة تدفق التيار في دائرة كهربائية، ويُرمز لها بالرمز أوميغا (Ω)، فمثلاً عند توليد مقدار من الجهد الكهربائي عبر مادة معدنية، فإنّ مجموعة من الإلكترونات التي تتحرك عشوائياً في المادة ستنتظم متحركةً من النقطة ذات الجهد الأقل إلى النقطة ذات الجهد الأعلى، وأثناء هذه الحركة تصطدم الإلكترونات الحرّة مع ذرات المادة نفسها، إذ يمنع هذا من حركة الإلكترونات الحرّة ممّا يُسبّب المقاومة الكهربائية، وتُقاس المقاومة الكهربائية بوحدة أوم (فولت/أمبير).¹

قانون أوم

يُوضّح العالم الألماني جورج سيمون أوم واضع قانون أوم بأنّ الجهد بين نقطتين يتناسب طردياً مع التيار الكهربائي المارّ عبر المقاومة، كما ويتناسب طردياً مع مقاومة الدائرة، وينطوي في قانون أوم بعض المحددات، ومنها ما يأتي:²

• لا ينطبق القانون على الشبكات أحادية الجانب؛ وهي الشبكات التي تسمح للتيار الكهربائي بالتدفق في اتجاه واحد.
• لا ينطبق قانون أوم على العناصر غير الخطية، أيّ التي لا يتناسب التيار فيها خطيًا مع الجهد المُطّبق عليها.

العلاقة بين المقاومة الكهربائية وقانون أوم

ينصّ قانون أوم على أنّ الجهد عبر موصل ما يتناسب طردياً مع التيار المُتدفّق خلاله بشرط أن تبقى درجة الحرارة وجميع الظروف الفيزيائية ثابتة، ويظهر رياضياً بالصيغة الآتية:³

الجهد الكهربائي = التيار الكهربائي × المقاومة

وبالرموز؛ ج = ت × م، حيث أن:

• ج: الجهد الكهربائي، بوحدة الفولت.
• ت: التيار الكهربائي، بوحدة الأمبير.
• م: المقاومة الكهربائية، بوحدة الأوم.

كما ويُمكن احتساب المقاومة حسب طريقة توصيل المقاومات كالآتي:⁴

• إذا كان التوصيل على التوالي فتحسب المقاومة المُكافئة عبر العلاقة: المقاومة المكافئة = م1 + م2 + م3 + م4 +…………….
• وإذا كان توصيل المقاومات على التوازي، فتحسب المقاومة المُكافئة عبر العلاقة: المقاومة المكافئة = (1/ م1) + (1/ م2) + (1/ م3) +………….

حساب المقاومة الكهربائية باستخدام قانون أوم

وفيما يأتي بعض الأمثلة على حساب المقاومة الكهربائية باستخدام قانون أوم:

• مثال(1): مقاوم مقداره 1 أوم في دائرة كهربائية انخفض فيها الجهد الكهربائي من 100 فولت إلى 10 فولت، كم مقدار التيار الكهربائي المارّ من المقاومة؟⁵
• الحل:
  • من خلال استخدام العلاقة؛ ج = ت × م
  • (10-100) = ت × 1
  • وبالتالي فإن قيمة التيار الكهربائي = 90 أمبير.
• مثال(2): كم تبلغ قيمة المقاومة المكافئة في الدائرة المتصلة ببطارية فرق جهدها يساوي 24 فولت، وكم قيمة فرق الجهد الكهربائي المارّ عبر مقاومات موصولة على التوالي مقدارها 4 و6 أوم في الدائرة؟⁶
• الحل:
  • عبر القانون؛ المقاومة المكافئة = م1 + م2 + م3 + م4 +….، فإن؛ المقاومة المكافئة= 4 +6، ومنه: المقاومة المكافئة= 10 أوم.
  • يمكن حساب التيار الكهربائي في الدائرة عبر العلاقة؛ ج = ت × م، ومنه؛ (24) = (ت) × (10)، وبالتالي؛ ت= 2.4 أمبير.
  • يمكن حساب الجهد الكهربائي في مقاومة 4 أوم عبر العلاقة؛ ج = ت × م، ومنه؛ ج = 2.4 × 4، وبالتالي؛ ج (4 أوم) = 9.6 فولت.
  • يمكن حساب الجهد الكهربائي في مقاومة 6 أوم عبر العلاقة؛ ج = ت × م، ومنه؛ ج = 2.4 × 6، وبالتالي؛ ج (6 أوم) = 14.4 فولت.
• مثال(3): كم تبلغ قيمة المقاومة المكافئة والتيار الكهربائي المارّ بكل مقاوم في الدائرة المتصلة ببطارية فرق جهدها يساوي 24 فولت والذي يمر عبر مقاومات موصولة على التوازي مقدارها 4 و6 أوم في الدائرة؟⁶
• الحل:
  • عبر القانون؛ المقاومة المكافئة = (1/م1) + (1/م2) + (1/م3) +….، فإن؛ المقاومة المكافئة= (4/1) + (6/1)، ومنه: المقاومة المكافئة= (5/12) أوم.
  • يمكن حساب التيار الكهربائي في مقاومة 4 أوم عبر العلاقة؛ ج = ت × م، ومنه؛ 24 = ت × 4، وبالتالي؛ ت (4 أوم) = 6 أمبير.
  • يمكن حساب التيار الكهربائي في مقاومة 6 أوم عبر العلاقة؛ ج = ت × م، ومنه؛ 24 = ت × 6، وبالتالي؛ ج (6 أوم) = 4 أمبير.
  • ولحساب التيار الكلي؛ التيار الكهربائي الكلي = ت1 + ت2، ومنه؛ التيار الكهربائي الكلي = 4 + 6، وبالتالي؛ التيار الكهربائي الكلي = 10 أمبير.

تعرف المقاومة الكهربائية بأنها مقياس لمقاومة تدفق التيار في دائرة كهربائية، وتقاس بوحدة الأوم، التي وضعها العالم يُوضّح العالم الألماني جورج سيمون واضع قانون أوم الذي ينص على أنّ الجهد عبر موصل ما يتناسب طردياً مع التيار المُتدفّق خلاله بشرط أن تبقى درجة الحرارة وجميع الظروف الفيزيائية ثابتة، وتظهر العلاقة بين المقاومة الكهربائية وقانون أوم عبر العلاقة؛ الجهد الكهربائي = التيار الكهربائي × المقاومة.