مقاومت الکتریکی یکی از خواص فیزیکی ماده بوده که در برابر عبور جریان مقاوم می‌باشد. در این مقاله، سعی داریم در خصوص مقاومت الکتریکی، نحوه اندازه‌گیری آن و همچنین عملکرد دمایی مقاومت و انواع رزیستورها را شرح دهیم.
مقاومت الکتریکی چیست؟
مقاومت الکتریکی، به عنوان مقدار مقاومت در برابر عبور جریان (الکترون‌ها) در یک مدار الکتریکی تعریف شده است. واحد اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی اهم (Ω) است که به افتخار جرج سیمون اهم نامگذاری شده است. رساناها مقاومت کمتری دارند، از این رو جریان به سادگی از میان آن‌ها عبور می‌کند، در مقابل عایق‌ها مقاومت بالایی ایجاد می‌کنند، در نتیجه عبور جریان محدود می‌گردد.
تصویر ۱. معرفی مقاومت الکتریکی
جرج سیمون اهم، یک فیزیک‌دان آلمانی بود که در سال ۱۸۲۷ رابطه میان ولتاژ، جریان و مقاومت در مدار الکتریکی را کشف کرد. فرضیه او در سراسر جهان با نام «قانون اهم» شناخته می‌شود.
تصویر ۲. جرج سیمون اهم
قانون اهم
قانون اهم بیان می‌دارد که جریان عبوری از طریق یک رسانا، بین هر دو نقطه با ولتاژ (اختلاف پتانسیل) در تمام آن دو نقطه نسبت مستقیم دارد و با معادله زیر نشان داده می‌شود:
مقاومت الکتریکی یک سیم
- طول سیم
- سطح سیم
- جنس سیم
به منظور محاسبه مقاومت یک سیم، یک قسمت صاف و یک‌دست از سیم با طول «L» و سطح یک بخش مقطع از آن را «A» در نظر می‌گیریم، مقاومت ویژه «P» و جریان عبوری از آن را نیز «I» در نظر می‌گیریم. به منظور تشکیل یک مدار، یک باتری با ولتاژ ΔV وصل می‌کنیم. به دلیل اختلاف پتانسیل، یک میدان الکتریکی به وجود می‌آید و تراکم جریان بر طبق معادله زیر با میدان الکتریکی نسبت مستقیم دارد:
تراکم جریان در درون رسانا:
میدان الکتریکی در درون رسانا:
می‌توان نتیجه گرفت که ولتاژ با جریان نسبت مستقیم دارد. بر طبق قانون اهم، می‌دانیم که مقاومت (R) با جریان نسبت معکوس دارد. از این دو نکته نتیجه می‌گیریم که، مقاومت الکتریکی یک سیم برابر است با مقاومت ویژه مواد ضرب‌در طول تقسیم بر سطح. و این یعنی در صورتی که طول سیم «L» زیاد باشد، مقاومت بیشتر است و بر عکس، در صورتی که سطح مقطع «A» بیشتر باشد، مقاومت پایین تر است.
تصویر ۳- مقاومت الکتریکی سیم
نحوه‌ی اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی یک جزء
مقاومت یک جزء به وسیله‌ی یک اهم‌متر یا مولتی‌متر سنجیده می‌شود. استفاده از این دستگاه بسیار آسان است اما مطمئن شوید که آن جزء به هیچ منبع برقی متصل نباشد. مقاومت یک جزء همانند تصویر زیر اندازه‌گیری می‌شود.
سنجش مقاومت الکتریکی در تشخیص مدار و اجزای آن تاثیرگذار است. در صورتی که مقاومت بالا باشد، جریان درون مدار پایین خواهد آمد و برعکس. همچنین مقدار مقاومت بر روی رزیستورها به وسیله نوارهای رنگی نشان داده می‌شود.
تصویر ۴- (الف) اهم‌متر (ب) اندازه‌گیری مقاومت در درون جزء
رزیستورها
رزیستورها اجزای دو انتهایی هستند و با مقدار مقاومت الکتریکی از پیش مشخص شده، عرضه می‌شوند. از آن‌ها به منظور کنترل عبور جریان استفاده می‌شود. مقدار مقاومتی که یک رزیستور ایجاد می‌کند، « مقاومت ویژه » نام دارد. در تصویر ۵ انواع رزیستورها و نمودار اجمالی آن‌ها را مشاهده می‌کنید. سه نوع رزیستور وجود دارد.
- رزیستورهای فیلم کربنی
- رزیستورهای فیلم فلزی
- رزیستورهای سرامیکی
تصویر ۵- (الف) انواع رزیستورها (ب) نمودار اجمالی رزیستور
مقاومت، یک عملکرد دمایی
مقاومت مواد به طرز چشمگیری به دما وابسته است. ارتباط میان دما و مقاومت یک ماده با استفاده از معادله زیر به دست می‌آید:
ρ = ρ0(1 + α(T − T0))
که:
Ρ0= مقاومت در دمای استاندارد
Ρt= مقاومت در دمای صفر
T0= دمای مرجع
- α= ضریب دمای مقاومت
- مقاومت در رساناها با افزایش دما به صورت خطی افزایش می‌یابد و ضریب دمایی مثبت است.
- برای نیمه‌رساناها، با افزایش دما، مقاومت کاهش یافته و ضریب دمایی منفی خواهد بود.
- برای آلیاژها/ ابررساناها، مقاومت با افزایش دما اندکی افزایش می‌یابد و ضریب دمایی مثبت است.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع مطلب: electricalfundablog
