المقاومة
عرف “جورج أوم” وحدة المقاومة (واحد أوم) بأنها المقاومة بين نقطتين على موصل عندما يتم تطبيق فرق جهد بينهما قيمته 1 فولت يمر به تيار شدته 1 أمبير (أو 6.241*1018 إلكترون). هذه القيمة دائماً ما يٌرمز إليها بالرمز اليوناني أوميجا (أوميجا) ΩΩ ويُنطق أوم (ohm).قانون أوم
عن طريق دمج مصطلحات الجهد، التيار، والمقاومة قام أوم بصياغة هذه المعادلة:
حيث
• V= فرق الجهد مقاس بالفولت
• I= شدة التيار بالأمبير
• R= المقاومة بالأوم
هذه المعادلة يُطلق عليها قانون أوم. لنفترض على سبيل المثال أن لدينا دائرة جهدها 1 فولت، والتيار المار بها 1 أمبير، ومقاومتها تعادل 1 أوم. باستخدام قانون أوم يمكننا القول:
• V= فرق الجهد مقاس بالفولت
• I= شدة التيار بالأمبير
• R= المقاومة بالأوم
هذه المعادلة يُطلق عليها قانون أوم. لنفترض على سبيل المثال أن لدينا دائرة جهدها 1 فولت، والتيار المار بها 1 أمبير، ومقاومتها تعادل 1 أوم. باستخدام قانون أوم يمكننا القول:
لنفترض أن ذلك يمثل الخزان ذي الخرطوم الذي ذكرناه من قبل. كمية الماء في الخزان تناظر 1 فولت، بينما “ضيق” الخرطوم (المقاومة للسريان) يناظر مقاومة قيمتها 1 أوم. باستخدام قانون أوم يعطينا هذا النظام تدفقاً (تيار) بقيمة 1 أمبير.
باستخدام هذا التماثل دعونا ننظر الآن إلى الخزان ذي الخرطوم الضيق، لأن هذا الخرطوم أضيق تكون مقاومته للسريان أكبر. لنفرض أن مقاومته 2 أوم، وكمية الماء الموجودة في الخزان هي نفس الكمية الموجودة في الخزان الآخر، لذلك باستخدام قانون أوم تكون معادلتنا لهذا الخزان ذو الخرطوم الضيق هي
باستخدام هذا التماثل دعونا ننظر الآن إلى الخزان ذي الخرطوم الضيق، لأن هذا الخرطوم أضيق تكون مقاومته للسريان أكبر. لنفرض أن مقاومته 2 أوم، وكمية الماء الموجودة في الخزان هي نفس الكمية الموجودة في الخزان الآخر، لذلك باستخدام قانون أوم تكون معادلتنا لهذا الخزان ذو الخرطوم الضيق هي
لكن ما هو التيار؟ لأن المقاومة أكبر بينما الجهد ثابت فإننا نجد أن قيمة التيار تكون 0.5 أمبير:
إذن، التيار يكون أقل في حالة الخزان ذي المقاومة الأعلى. الآن يمكننا ملاحظة أنه في حال عرفنا قيمتين من القيم المستخدمة في قانون أوم فإنه يمكننا حساب القيمة الثالثة. سنشرح ذلك بتجربة.
تجربة على قانون أوم
لأداء هذه التجربة يجب أن نستخدم بطارية 9 فولت لتزويد ديود باعث للضوء (LED) بالطاقة. الديودات الباعثة للضوء هي مكونات ضعيفة ويمكنها أن تتحمل فقط سريان شدة تيار معينة خلالها، وإذا زادت شدة التيار عن تلك القيمة فإنها تحترق. في ورقة البيانات المرفقة مع الديود الباعث للضوء نجد “أقصى تيار” (current rating) وهو أقصى قيمة للتيار يمكن أن يسري خلال هذا الديود الباعث للضوء قبل أن يحترق.
الأدوات المطلوبة
من أجل أداء هذه التجربة نحتاج إلى:
• مالتيميتر (مقياس متعدد)
• بطارية 9V
• مقاوِم بقيمة 560Ω (أو أقرب قيمة لذلك)
• ديود باعث للضوء
ملحوظة: الديودات الباعثة للضوء تعرف بأنها مكونات لا أومية ““non-ohmicc”، وهذا يعني أن التيار المار خلال الديود الباعث الضوء لا تنطبق عليه هذا المعادلة البسيطة V=IR. في الدوائر التي تحتوي على ديود باعث للضوء توجد قيمة تُعرف بـ “هبوط الجهد” (voltage drop) هي المسئولة عن قيمة التيار الساري خلال الديود.
لكننا في هذه التجربة نحاول ببساطة أن نحمي الديود الباعث للضوء من زيادة التيار، لذلك سنقوم بإهمال خصائص الديود الباعث للضوء المتعلقة بالتيار، وسنركز على اختيار قيمة المُقاوم باستخدام قانون أوم من أجل التأكد أن قيمة التيار المار خلال الديود الباعث للضوء أقل من 20mA.
في هذا المثال لدينا بطارية 9 فولت بالإضافة لديود باعث للضوء أحمر أقصى تيار يتحمله هو 20 ملي أمبير (0.02 أمبير). لزيادة الأمان لن نقوم بإمرار أقصى قيمة تيار يتحملها الديود، وبدلا من ذلك سنقوم بإمرار قيمة التيار المقترحة (suggested current) الموجودة ضمن صحيفة البيانات (datasheet) وهي 18mA (0.018A). إذا قمنا بتوصيل الديود الباعث للضوء مباشرة بالبطارية فستكون قيمة التيار المار (باستخدام قانون أوم):
• مالتيميتر (مقياس متعدد)
• بطارية 9V
• مقاوِم بقيمة 560Ω (أو أقرب قيمة لذلك)
• ديود باعث للضوء
ملحوظة: الديودات الباعثة للضوء تعرف بأنها مكونات لا أومية ““non-ohmicc”، وهذا يعني أن التيار المار خلال الديود الباعث الضوء لا تنطبق عليه هذا المعادلة البسيطة V=IR. في الدوائر التي تحتوي على ديود باعث للضوء توجد قيمة تُعرف بـ “هبوط الجهد” (voltage drop) هي المسئولة عن قيمة التيار الساري خلال الديود.
لكننا في هذه التجربة نحاول ببساطة أن نحمي الديود الباعث للضوء من زيادة التيار، لذلك سنقوم بإهمال خصائص الديود الباعث للضوء المتعلقة بالتيار، وسنركز على اختيار قيمة المُقاوم باستخدام قانون أوم من أجل التأكد أن قيمة التيار المار خلال الديود الباعث للضوء أقل من 20mA.
في هذا المثال لدينا بطارية 9 فولت بالإضافة لديود باعث للضوء أحمر أقصى تيار يتحمله هو 20 ملي أمبير (0.02 أمبير). لزيادة الأمان لن نقوم بإمرار أقصى قيمة تيار يتحملها الديود، وبدلا من ذلك سنقوم بإمرار قيمة التيار المقترحة (suggested current) الموجودة ضمن صحيفة البيانات (datasheet) وهي 18mA (0.018A). إذا قمنا بتوصيل الديود الباعث للضوء مباشرة بالبطارية فستكون قيمة التيار المار (باستخدام قانون أوم):
لذلك:
ولأنه لا توجد مقاومة بعد:
بقسمة الجهد على صفر فإننا نحصل على تيار لا نهائي! ليس تياراً لا نهائياً بمعنى الكلمة، وإنما أقصى تيار يمكن أن تخرجه البطارية. ولأننا لا نريد إمرار كل كمية التيار تلك خلال الديود الباعث للضوء فإننا بحاجة لمقاوِم. يجب أن تبدو الدائرة بالشكل التالي:
يمكننا استخدام قانون أوم بنفس الطريقة تماماً لحساب قيمة المقاوِم الذي يعطينا قيمة التيار التي نرغب في الحصول عليها:
لذلك:
بالتعويض بالقيم التي لدينا:
بالقسمة للحصول على المقاومة:
لذلك نحن بحاجة لمقاوم بقيمة في حدود 500 أوم لإبقاء شدة التيار المار خلال الديود الباعث للضوء أقل من قيمة أقصى تيار يتحمله الديود.
ليس من الشائع أن تجد مقاوم بقيمة 500 أوم، لذلك قمنا باستخدام مقاوم 560 أوم بدلاً منه. وهذا ما يبدو عليه جهازنا عندما نقوم بتوصيل جميع مكوناته.
هذا المقاوم الذي يقوم بتحديد التيار المار خلال الديود الباعث للضوء (LED/current limiting resistor) شائع الاستخدام في الكترونيات الهواة. دائماً ستحتاج لاستخدام قانون أوم لتغيير كمية التيار المار خلال أي دائرة. أحد الأمثلة الأخرى لهذا التطبيق يظهر في الديودات الباعثة للضوء بألواح “ليلي باد” (LilyPad) (نوع من المعالجات مصغرة مصممة لتكون قابلة للخياطة مع الأقمشة).
مع هذا التكوين بدلاً من أن تقوم باختيار المقاوم المناسب للديود الباعث للضوء بنفسك، يكون المُقاوم مثبت مسبقاً على لوحة مع الديود الباعث للضوء، لذلك يتم إنجاز عملية تحديد التيار بدون الحاجة لإضافة أي مقاوم يدوياً.