عندما يتم تطبيق فرق جهد عبر مادة ما ، تبدأ الإلكترونات في المادة بالانتقال من القطب السالب إلى الأقطاب الموجبة ، والتي تنتج تيارًا في المادة. لكن أثناء حركة الإلكترونات هذه ، فإنها تتعرض لتصادمات مختلفة مع إلكترونات أخرى في طريقها. تسبب هذه الاصطدامات بعض المعارضة لتدفق الإلكترونات. تُعرف هذه الظاهرة بمقاومة المادة. خاصية المقاومة للمواد مفيدة في الدوائر الكهربائية. تؤثر العديد من العوامل على قيمة مقاومة المادة. تعطينا قيمة المقاومة المحددة للمادة فكرة عن القدرة المقاومة لمادة معينة.
ما هي المقاومة؟
يتم تقسيم المواد بناءً على خصائصها الموصلة كموصلات وأشباه موصلات وعوازل. يتم تعريف المقاومة الكهربائية للمادة على أنها مقاومة المادة لكل وحدة طول ولكل وحدة مساحة مقطعية عند درجة حرارة محددة.
عندما يتم تطبيق فرق جهد عبر مادة ما ، فإن خاصية المقاومة للمادة تعارض تدفق التيار خلالها. تختلف خاصية المادة هذه باختلاف درجة الحرارة وتعتمد أيضًا على نوع المادة التي تتكون منها المادة. يقيس مقاومة المادة.
صيغة للمقاومة
صيغة هذا مشتق من قوانين المقاومة. هناك أربعة قوانين لمقاومة مادة ما.
معادلة المقاومة
القانون الأول
تنص على أن مقاومة من مادة R يتناسب طرديًا مع طولها L. أي R ∝ L. وهكذا عندما يتضاعف طول المادة. كما تتضاعف مقاومته.
القانون الثاني
وفقًا لهذا القانون ، فإن مقاومة يتناسب R للمادة بشكل غير مباشر مع منطقة المقطع العرضي لها A. أي R ∝ 1 / A. وبالتالي بمضاعفة مساحة المقطع العرضي للمادة ، تنخفض قيمة مقاومتها إلى النصف.
القانون الثالث
ينص هذا القانون على أن مقاومة من مادة تعتمد على درجة الحرارة.
القانون الرابع
وفقًا لهذا القانون ، فإن مقاومة تختلف قيمة السلكين المكونين من مواد مختلفة على الرغم من أنها متماثلة في الطول ومناطق المقطع العرضي.
من كل هذه القوانين ، يمكن اشتقاق قيمة مقاومة موصل بطول L ومنطقة المقطع العرضي A كـ
R ∝ L / A
R = ρL / A
هنا ، ρ هي المقاومة المشتركة المعروفة باسم مقاومة مقاومة محددة.
وبالتالي يتم إعطاء المقاومة الكهربائية للمادة
ρ = RA / L
وحدة S.I الخاصة بها هي أوم متر. يشار إليه بالرمز 'ρ'.
تصنيف المقاومة للموصلات وأشباه الموصلات والعوازل
هذه المادة تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة. كما تزداد سرعة حركة الإلكترونات في المادة في الموصلات التي ترتفع فيها درجة الحرارة. هذا يؤدي إلى الكثير من الاصطدامات. ينتج عن هذا انخفاض في متوسط وقت تصادم الإلكترونات. تتناسب هذه المادة عكسًا مع متوسط وقت تصادم الإلكترونات. وهكذا ، مع انخفاض متوسط وقت الاصطدام ، تزداد قيمة المقاومة للموصل.
في المواد شبه الموصلة عندما تزداد درجة الحرارة يحدث تكسير المزيد من الروابط التساهمية. هذا يزيد من عدد ناقلات الشحن المجاني في المادة. مع هذه الزيادة في ناقلات الشحنة ، تزداد موصلية المادة مما يقلل من مقاومة مادة أشباه الموصلات. وبالتالي مع زيادة درجة الحرارة ، ستزداد أشباه الموصلات.
يساعد في مقارنة المواد المختلفة بناءً على قدرتها على توصيل الكهرباء. إنه متبادل للموصلية. الموصلات لها قيم موصلية عالية وقيم مقاومة أقل. العوازل لها قيم مقاومة عالية وقيم توصيل منخفضة. قيم المقاومة والتوصيل ل أشباه الموصلات تقع في المنتصف.
قيمته بالنسبة للموصل الجيد مثل النحاس المسحوب يدويًا عند 200C تساوي 1.77 × 10-8أوم متر ومن ناحية أخرى ، يتراوح هذا من أجل عازل جيد من 1012حتى 10عشرينأوم متر.
معامل درجة الحرارة
يُعرَّف معامل درجة الحرارة للمقاومة بأنه التغير في الزيادة في المقاومة 1Ω المقاوم من مادة لكل 10ج ـ ارتفاع في درجة الحرارة. يشار إليه بالرمز 'α'.
يتم إعطاء التغير في مقاومة المادة مع تغير درجة الحرارة
دρ / دينارا = ρ. α
هنا ، dρ هو التغيير في قيمة المقاومة. وحداتها أوم ماثنين/ م. 'ρ' هي قيمة مقاومة المادة. 'dt' هو التغير في قيمة درجة الحرارة. 'α' هو معامل درجة حرارة المقاومة.
يمكن حساب قيمة المقاومة الجديدة للمادة عندما تخضع لتغير درجة الحرارة من خلال المعادلة أعلاه. أولاً ، يتم حساب مقدار التغيير في قيمته باستخدام معامل درجة الحرارة. ثم تضاف القيمة إلى القيمة السابقة لحساب القيمة الجديدة.
هذا مفيد جدًا في حساب قيم مقاومة المادة عند درجات حرارة مختلفة. المقاومة والمقاومة كلا المصطلحين مرتبطان بالمعارضة التي يمر بها التيار المتدفق ولكنها خاصية جوهرية للمواد. جميع الأسلاك النحاسية بغض النظر عن طولها ومساحة المقطع العرضي لها نفس قيمة المقاومة بينما تتغير قيمة مقاومتها مع التغيير في طولها ومناطق المقطع العرضي.
كل مادة لها قيمتها. يمكن إعطاء قيم المقاومة العامة لأنواع مختلفة من المواد على النحو التالي - بالنسبة لمقاومة الموصلات الفائقة تساوي 0 ، ومقاومة المعادن هي 10-8، بالنسبة لأشباه الموصلات وقيمة مقاومة الإلكتروليتات متغيرة ، حيث تبدأ قيمة مقاومة العوازل من 1016، بالنسبة للعوازل الفائقة ، تكون قيمة المقاومة '∞'.
في 200C قيمة المقاومة للفضة هي 1.59 × 10-8، للنحاس 1.68 × 10-8. يمكن العثور على جميع قيم المقاومة للمواد المختلفة في a طاولة . يعتبر الخشب عازلًا عاليًا ولكن هذا يختلف باختلاف كمية الرطوبة الموجودة فيه. في كثير من الحالات ، يكون من الصعب حساب مقاومة مادة باستخدام صيغة المقاومة بسبب الطبيعة غير المتجانسة للمواد. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام المعادلة التفاضلية الجزئية المكونة من معادلة الاستمرارية لمعادلة J و Poisson لـ E. هل يمتلك كل من الأسلاك ذات الأطوال المختلفة ومناطق المقطع العرضي المختلفة نفس القيم؟
