مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی Resistance

همه ی اجسام دربرابر عبور جریان الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهند اجسام رسانا دارای مقادیر زیادی الکترون آزاد هستند که باعث می شود جریان به خوبی عبور کند

رساناها از نظر عبور جریان با هم متفاوت هستند که این عامل بستگی به مقاومتی که در برابر عبور جریان از خود نشان می دهند. به عنوان مثال قابلیت رسانایی نقره بیشتر از مس و مس بیشتر از آلمینیوم است اما به دلیل اینکه نقره گران هست به همین دلیل در صنعت از مس استفاده می شود

البته نکته مهم در مورد مقاومت های الکتریکی این می باشد که این مقاومتها در هادیها به طور ناخواسته وجود دارند.

از دیگر مشخصه های وجود مقاومت در هادی ها وجود گرما در هنگام عبور جریان الکتریکی می باشد که به خوبی قابل لمس بوده. عامل آن این است که الکترون های آزاد موجود در این رساناها در حین حرکت خود با الکترون های ساکن موجود برخورد می کند و تغییر جهت می دهند و در نتیجه مقداری از انرژی الکترونها در اثر این برخورد ها به صورت حرارت از بین می رود که می توان این مورد را در مورد تمام هادی دید.

از مفاهیم بالا می توان به این نتیجه رسید که همینطور که در فیزیک مکانیک عاملی به نام اصطحکاک وجود دارد که با حرکت مخالفت می کند در الکترونیک عاملی به نام مقاومت وجود دارد که در مقابل عبور جریان مخالفت می کند و جهت آن عکس جهت جریان است.

مقاومت های الکتریکی تابع عواملی هستند که باعث می شود مقدار این مقاومت در اجسام مختلف کمتر یا زیادتر شود.

یکی از این مشخص ها که در مورد آن صحبت کردیم جنس جسم بود . یکی دیگر از عوامل تاثیر گذار در مقدار مقاومت طول جسم است به عبارت دیگر طولی که الکترون ها بایستی بپیمایند.

مقاومت با طول اجسام رابطه مستقیم دارد و در نتیجه با افزایش طول اجسام مقاومت جسم زیاد می شود.

ازدیگر عوامل تاثیر گذار سطح مقطع می باشد که واضح است که هر چقدر سطح مقطع بیشتر باشد مقاومت کمتر است چون فضای بازتری برای عبور الکترونها و جریان وجود دارد و هر چه سطح مقطع کمتر شود تعداد برخوردهای بین الکترون های آزاد وساکن بیشتر می شود.

مقاومت الکتریکی را با R که حرف اول Resistance است نشان می دهند و واحد آن اهم است

بنا به گفته های بالا R= p L/A

در بالاp یک واژه ی یونانی به نام رو می باشد که به آن مقاومت ویژه (Resistivity) گویند که نشان دهنده ی عامل جنس جسم است Lطول جسم بر حسب متر و A سطح مقطع بر حسب متر مربع

امروزه دانشمندان برای از بین بردن و یا کم کردن مقاومت های ناخوسته موجود در اجسام سخت تلاش می کنند که به این گونه از مقاومت ها ابر رسانا یا (super conductive ) گویند

یک رابطه ی مهم مقاومت این است که در اجسام رسانا با افزایش دما مقدار مقاومت جسم نیز افزایش می یابد . این مورد این گونه قابل توجیه است که با افزایش دما برخورد بین الکترون های جاری و اتم ها افزایش می یابد و جنب و جوش ها زیاد می شود و در این صورت مقاومت افزایش می یابد.

در علم الکترونیک مقاومت یکی از پر کاربرد ترین قطعات می باشد و در دستگاه های مختلف بسیار زیاد است که این مقاومت ها به طور خواسته شده در مدار قرار می گیرد تا با جریان عبوری مخالفت کنند.

قانون اهم

جرج سیمون اهم برای اولین بار در سال 1827 رابطه ای بین ولتاژ دو سر یک رسانا و جریان عبوری از آن به صورت ریاضی بیان نمود که به افتخار او این قانون را اهم گذاشتند طبق قانون اهم ولتاژ دو سر یک هادی و مقاومت R از رابطه ی V = R× I بدست می اید

توان

یکی از موارد مهم در مقاومت ها توان می باشد توان از رابطه ی P = V × I بدست می آید با توجه به این فرمول و قانون اهم توان دو سر مدار از رابطه یp = R I2 بدست می آید

مقاومتی که در مدار می بندیم حتما باید توان ورودی مدار را بتواند تحمل کند یعنی مقاومت ما باید دارای توانی بالاتر از توان ورودی در مدارداشته باشد در غیر این صورت ضمن اینکه مقاومت خراب می شود ممکن است به مدار نیز آسیب بزند.

قطعه ای که در وسایل برقی به منظور مخلفت با جریان به طور خواسته شده قرار می دهند مقاومت(Resistor) گویند

این قطعه به منظور کاهش دادن دلخواه جریان یا افت مقدار معینی از ولتاژ به کار می رود که ماده ی اصلی سازنده ی آن کربن می باشد

برای درک علت وجود مقاومت در مدار به مثال زیر توجه کنید

دو لیوان آب را به یاد بیاورید وقتی بین دو لیوان که مقدار آبشان با هم برابر نباشد لولهای وصل کنیم آب از طرف لیوان پرتر به طرف لیوانه نصفه در درون لوله به حرکت در آید حالا اگر یک شیر سر راه این لوله قرار دهیم چنانچه شیر را به سمت بسته شدن بچرخانیم لوله ارتباطی تنگ تر می شود در نتیجه جریان آب كاهش پیدا می كند یعنی مقاومت سر راه لوله را افزایش داده ایم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعیین كننده مقدار جریان آب عبوری از لوله است در واقع شیر یك وسیله برای كنترل جریان آب است به همین صورت با كم و زیاد كردن مقاومت موجود در مسیر یك مدار میتوان جریان كل مدار راکنترل کرد

بنا به مطالب گفته شده مقاومت ها دو گونه می باشند

نوع اول مقاومت های طبیعی که به طور ناخواسته دراجسام وجود دارد که بسته به عواملی کم یا زیاد بود مثل موتور های الکترونیکی

نوع دیگر مقاومت های به کار رفته در مدار است که گفتیم به طور خواسته شده در مدار می باشد

در زیر به انواع کامل مقاومت ها می پردازیم:

مقاومت ثابت

1-مخلوط کربن

2- لایه ای ۱-لایه کربن 2- لایه فلز 3 - لایه اکسید فلز

3- سیمی

مقاومت های متغیر

1- پتاسیومتر 2 - ولوم

مقاومت های تابع عوامل فیزیکی

1- حرارت الف NTC ب PTC

2- نور

3- ولتاژ

نوع دیگری از مقاومت ها وجود دارد که در زیر می پردازیم

مقاومت هاي سيمي مولد حرارت- معمولا از جنس كرم نيكل ياكرم آلومينيوم هستندوبه منظور توليد حرات ساخته شده اند مثل المان سماور برقي،سشوار،اتو

نوع دیگر از مقومت وجود دارد که مقاومت نست ولی کار مقاومت را انجام میدهد و ان این است که هرگاه یک خازن را با ولتاژمتناوب وصل کنیم به صورت یک مقاومت با جریان مخالفت می کند.

مقاومت مخلوط کربن carbon composition Resistor

این نوع مقاومت از پودر کربن (گرافیک ) صمغ و مواد مقاوم در برابر حرارت تشکیل شده که در اثر حرارت و فشار به شکل دلخواه ساخته می شود مقاومت مخلوط کربنی زمانی معمول ترین نوع مقاومت مورد استفاده در الکترونیک بود ولی بخاطر داشتن معایبی از جمله ضریب حرارتی زیاد و تولید اغتشاش زیاد و ثبات کم باعث شده دیگر امروزه مورد استفاده نباشد

در مقابل دارای محاسنی چون کوچکی ابعاد ارزانی و امکان ساخت برای مقادیر بزرگ تا 100 مگا اهم و تحمل ولتاژهای بالا را دارا بود

مقاومت لایه ای Film Resistor

این نوع مقاومت ها از رسوب دادن یک لایه ی نازک کربن فلز و یا اکسید فلز بر روی میله ای از جنس سرامیک ساخته شده که بر حسب لایه ی مذکوربه سه دسته لایه کربن لایه فلز و لایه اکسیدفلز تقسیم بندی می شود .

الف ) مقاومت لایه کربنی

مقاومت لایه کربنی امروزه معمول ترین نوع مقاومت است بزرگترین مزیت این نوع مقاومت ارزانی آن است در ضمن نسبت به مقاومت های مخلوط کربن دارای ضریب حرارتی کمتری است و ثبات بهتری دارد و نویز کمتری ایجاد می کند .حدود مقداری این مقاومت بین 1 تا 10 مگا اهم است

ب) مقاومت لایه فلز و اکسید فلز Metel&Metal Oxid Film Resistor

همانند مقاومت های لایه کربنی در اینجا هم یک لایه ی نازک از اکسید فلز مانند اکسید قلع و یا آلیاژهای مختلف فلز ( نقره و پلادیوم و ... )را بر روی پایه ای از جنس سرامیک ایجاد می کنند

تنها عیب این مقاومت ها نسبت به مقاومت های لایه ی کربنی قیمت بالای آنها است.

مقاومت سیمی Wire Wound Resistor

مقاومت سیمی از پیچیدن طول معینی سیم مقاومت دار از جنس آلیاژهای نیکل مس و نیکل کروم و نیکل کروم آلمینیوم بر روی استوانه ای از جنس سرامیک ساخته می شود این نوع مقاومت معمولا برای توان های بالا بین 2 تا 250 وات قابل ساخت است .

مقاومت های سیمی توان 2 وات به بالا عموما در یک محفظه ی سیمانی با مقطع مربع - مستطیل شکل ساخته می شوند که به مقاومت آجری معروف هستند مقاومت های آجری به وفور در مدار های رادیو و تلوزیون های لامپی به عنوان کاهش دهنده ولتاژ استفاده می شده اما امروزه با بکارگیری نیمه هادیها و پایین آمدن ولتاژهای کار مدارها کمتر از آنها استفاده می شود

یک خصوصیت خوب مقاومت های سیمی در این است که به هنگام سوختن شعله ور نمی شود و همچنین پس از سوختن کاملا قطع می شود به همین دلیل در بسیاری از مدارها به عنوان مقاومت فیوزی استفاده می شود از این جهت به آنها مقاومت های حفاظتی می گویند چرا که در حالت عادی به صورت یک مقاومت عمل می نماید و چنانچه جریان عبوری آن از حد معینی بیشتر شود مانند یک فیوز قطع می شود

مقاومت متغیر ( پتانسیومتر )Potentiometor

در بسیاری از مدارها ی الکترونیکی احتیاج به مقاومتی است که بتوان مقدار آن را تغییر داد تغییر صدای رادیو و سیستم های صوتی و همچنین در تلوزیون تغییر صدا روشنایی و رنگ بوسیله ی مقاومت ها ی قابل تغییر انجام می شود در زیر به انواع این نوع مقاومت می پردازیم

ولومVolume

لفظ ولوم از آنجا ناشی شد که این نوع مقاومت اولین بار به عنوان تغییر دهنده حجم صدا استفاده شد ولوم در انواع چرخشی و کشویی و همچنین نوع چرخان دو تایی و سه تایی ساخته می شود

نوع دیگرولوم ها که عموما در رادیوهای کوچک استفاده می شود علاوه بر یک ولوم یک کلید قطع و وصل هم دارد

مقاومت های متغییر نوع ولومی بر حسب نوع چرخش به دو نوع لینرLin یا خطی و لگاریتمی تقسیم می شود

اگر به ازای چند درجه چرخش محور گردان تغییر مقاومت متناسب بود یعنی اندک اندک کم یا زیاد شود خطی است که در پشت آن لینر نوشته شده است

نوع دوم که کاربرد بیشتری در ولوم ها دارد نوع لگاریتمی یا غیر خطی می باشد که با جزیی چرخش محور مقاومت ناگهان زیاد و کم می شود

نوع دوم از مقاومت های متغییر متغیر پتانسیومتر یا پات چنانچه گفته شد معمولا نوعی است که بوسیله پیچ گوشتی قابل تغییر است در مدار های الکترونیکی پس از ساخت دستگاه در کارخانه پتانسیومترها ی آن را تنظیم شده و استفاده کننده معمولا آن را تغییر نمی دهد

نوع دیگر از مقاومت های متغییر نوع پتانسیومترمدل مولتی ترن یا چند چرخشی می باشد

این مورد به صورت یک استوانه ی تو خالی کربنی با سوزن متحرک داخل استوانه در نظر گرفته شده است که 20یا 30 دور کامل چرخیده می شوند در مدل های قدیمی به صورتی بودن که زاویه چرخش آنها 270 تا 300 درجه بود

نوع دیگر مقاومت های متغییر رئوستا می باشد که از نظر کاربرد برای تنظیم و تغییر جریان مورد استفاده قرار میگیرد

مقاومت های متغییر وابسته به عوامل فیزیکی :

در الکترونیک مقاومت هایی ساخته می شوند که که به آنها مقاومت متغییر وابسته گویند مقدار این مقاومت ها را در مدار می توان بدون عمل مکانیکی تغییر داد معمول ترین این مقاومت ها سه نوع وابسته به ولتاژ و وابسته به حرارت و وابسته به نور می باشد

وابسته به ولتاژ:این نوع مقاومت که به آن و دی ار گویند جهت ثابت نگه داشتن ولتاژ و یا همچنین محافظت در مقابل اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد که تغییر ولتاژ می تواند مقدار مقاومت را عوض کند

وابسته به حرارت(ترمیستور)

مقداراین نوع مقاومت وابسته به دمای آن است و بر حسب مثبت و یا منفی بودن ضرایب حرارتی به دو دسته تقسیم می شود

با ضریب حرارتی مثبت (PTC )

این نوع که با افزایش دما مقدارمقاومت افزایش یابد و با کاهش دما مقدار مقاومت کاهش یابد را نوع مثبت گویندلازم به ذکر است که اکثر فلزات دارای ضریب حرارتی مثبت هستند سازندگان معمولا مقدار مقاومت نوع مثبت را در دمای 25 درجه بیان می کنند

ضریب حرارتی منفی (NTC )

نوعی ترمیستور که با افزایش دما مقدار مقاومتش کاهش یابد مقاومت های وابسته به حرارت می توان به عنوان یک سنسور مثلا برای تنظیم دمای یک مرغ داری استفاده کرد

مقاومت وابسته به نور (LDR)

این نوع مقاومت ها که به آنها مقاومت نوری یا سلول نوری هم گفته می شود از جنس سولفید کادیوم ساخته می شود مقدار این مقاومت در تاریکی خیلی زیاد اما در روشنایی بسته به میزان نور مقاومت آن به حدود یک کیلو اهم تا صد کیلو اهم می رسد این نوع مقاومت ها شبیه خازن های عدسی می باشد و در ماشین حساب های نوری و به عنوان سنسور نوری نیز می توان استفاده کرد

مشخصات مهم مقاومت

1-مقدار:مقدار مقاومت ها به صورت نوار های رنگی روی آنه می باشد که در مورد خواندن آنه توضیح خواهیم داد

2-توان مجاز:همانطور که گفته شد توان مقاومت باید از توان ورودی مدار بیشتر باشد در غیر این صورت مقاومت و مدار خراب می شود

3-تولرانس یا درصد خطا:مقدار واقعی مقاومت در عمل با مقداری توسط سازنده قید می شود اختلاف دارد که مقدار ان به صورت نوار های رنگی در مقاومت وجود دارد که توضیح خواهیم داد

4-ضریب حرارتی :مقدار اهمی مقاومت ها با تغییر درجه حرارت تغییر می کند که بهتر است مقدار مقاومت نسبت به تغییرات دما ثابت باشد

5-ولتاژ مجاز: حداکثر ولتاژی که به دو سر مقاومت اعمال می شود و جرقه نمی زند

مقاومت ها به صورت زیر نشان داده می شوند

تشخیص مقدار مقاومت به کمک نوار های رنگی

هر مقاومت از 4 حلقه رنگی تشکیل میشوند. البته مقاومت های 5 رنگی هم وجود دارند که به ندرت استفاده می شوند. کاربرد مقاومت های 5 رنگی در مدارات خاص مثل آوومتر هاست( آوومتر یا مولتی متر دستگاهی است که کمیت های الکتریکی رو اندازه می کند
خوب مقاومت های 4 رنگی
این مقاومت های 4 رنگی همیشه 3 رنگ رو به عنوان مقدار مقاومت حساب می کنن و یک رنگ رو به عنوان تلورانس یا درصد خطای اون
تلرانس در مقاومت ها با 3 رنگ طلایی و نقره ایی و بی رنگ مشخص می شود البته اگر در مقاومتی رنگ چهارم نباشد بدان که بی رنگ است

تلرانس برای رنگ طلایی 20% و برای رنگ نقرهای 10% و برای رنگ بی رنگ 5% می باشد

رنگ های موجود در مقاومت ها
به ترتیب مینویسم:
سیاه---------- برابر عدد صفر ( 0)
قهوه ایی---------- برابر عدد یک (1)
قرمز---------- برابر عدد دو (2)
نارنجی--------- برابر عدد سه (3)
زرد----------برابر عدد چهار (4)
سبز---------- برابر عدد پنج (5)
آبی---------- برابر عدد شش (6)

خاکستری----------برابر عدد هشت (8)
سفید---------- برابر عدد نه (9)

دوستان از روی رنگ های بالا و با توجه به اشکال بالا دیگه

به راحتی میشه مقدار مقاومت ها رو تشخیص داد که بر حسب اهم حساب میشن

همین طور که میبینیم در مقاومت هایی که در مقاومت های چهار رنگی رنگ اول و دوم مقدار رقم اول ودوم است و رنگ سوم ضریب می باشد و رنگ چهارم درصد خطا یا تلرانس

در پنج نواری ها رنگ اول ودوم و سوم مقدار رنگ چهارم ضریب و رنگ پنجم تلرانس

حالا دیگه مقاومت ها را به خوبی شناختیم و با کاربرد آنها اشنا شدیم و حالا می توانیم آنها را در مدار ببندیم برای بستن مقاومت ها دو نوع سری و موازی وجو دارد که ما پیشنهاد میکنیم کتاب فیزیک سال سوم دبیرستان فصل سوم یا کتاب دیوید هالیدی جلد ۳ (کتاب فیزیک عمومی دانشگاه )را بخوانید که به طور کامل توضیح داده شده است

فقط ما این توضیح را می دهیم که در مقاومت های بسته شده به شکل سری جریان های موجود در دو سر هر مقاومت برابر است با مجموع جریان مدار و مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر مدار برابر است با پیل و ضمنا می دانیم که در مقاومت های سری مقاومت معادل برابر است با مجموع مقاومت ها

در مقاومت های موازی ولتاژ دو سر مقاومت برابر پیل و مجموع جریان های دو سر مقاومت برابر با جریان کل و در مقاومت های موازی مقاومت معادل برابر است با مجموع عکس مقاومت ها

مقاومت الکتریکی

مطالب مشابه :

مقاومت الکتریکی

مقاومت ها

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی و انواع آن

مقاومت

پروژه درس آزمایشگاه مدار الکترونیکی انواع مقاومت ، خازن و دیود

مقاومت

پلیمرهای مقاوم حرارتی

آشنایی با دستگاههای الکتریکی

کاربرد علم نانو در بتن