قانون أوم Ohm s Law
تتحرك الشحنات داخل مادة الموصل في شكل تيار كهربي تحت تأثير مجال كهربي داخل مادة الموصل. وهنا يجب التنويه انه يمكن للمجال الكهربي بالتواجد داخل مادة الموصل طالما أن الشحنات في حالة حركة. (لأنه في حالة الكهربية الساكنة إذا تعرض موصل معزول لمجال كهربي فإن ذلك يؤدي لحركة الشحنات لتستقر في النهاية على سطح الموصل وتكون حالة من الكهربية الساكنة electrostatic وينتج عن ذلك أن يصبح المجال الكهربي داخل مادة الموصل تساوي صفر) ولكن في حالتنا هذه فإن الشحنات تتحرك عبر دائرة مغلقة وتستمر في الحركة طالما المجال الكهربي موجود وتسمى هذه بـالكهربية غير الساكنة nonelectrostatic.
افترض موصل مساحة مقطعه A يحمل تياراً كهربياً شدته I، فإن كثافة التيار current density J يعرف بأنه التيار الكهربي لكل وحدة مساحة حيث ان:
I = nqAv?t
كلاً من كثافة التيار الكهربي J والمجال الكهربي E ينشأن في داخل مادة الموصل طالما وجد فرق جهد كهربي مطبق على طرفي الموصل. إذا كان فرق الجهد الكهربي ثابت فإن التيار الكهربي يكون ثابت أيضاً. وكذلك فإن كثافة التيار الكهربي تتناسب طردياً مع شدة المجال الكهربي أي أن:
حيث أن ? هي ثابت التناسب وتسمى الموصلية conductivity للموصل. والمواد التي تخضع لهذه المعادلة نقول أنها تحقق قانون أوم.
ان المواد التي تحقق قانون أوم في أن المجال الكهربي والتيار الكهربي يتناسبان تناسباً طردياً تسمى مواد أومية ohmic والمواد التي لا تحقق قانون أوم تسمى مواد غير أومية nonohmic. وبالتالي قانون أوم هو قانون تجريبي وينطبق على عدد محدد من المواد.
لنفترض موصل طوله L ومساحة مقطعه A كما في الشكل أدناه، فإذا طبق فرق جهد كهربي على طرفي السلك فإنه سينشئ مجال كهربي E في الموصل
وحيث أن العلاقة بين المجال الكهربي وفرق الجهد الكهربي هي
V = E L
ويمكن ان نعبر عن كثافة التيار الكهربي المار في الموصل بأنه
والمقدار يسمى المقاومة resistance للموصل.
ونجد من المعادلة الأخيرة أن المقاومة R لها وحدة فولت على أمبير V/A وتسمى الأوم ohm ويرمز لها بالرمز ?
1? = 1 V/A
وهذا يعني أنه عندما يكون فرق الجهد الكهربي يساوي 1 فولت على طرفي موصل ينتج عنه تيار شدته 1 امبير تكون مقاومة الموصل 1 اوم. أو إذا كان هناك جهاز كهربي يعمل على 120 فولت ويستهلك تياراً كهربياً شدته 6 امبير تكون مقاومة الجهاز 20 أوم.
المقاومة النوعية Resistivity
مقلوب الموصلية يسمى المقاومة النوعية للموصل
وبالتالي يمكن التعبير عن مقاومة الموصل بدلالة المقاومة النوعية على النحو التالي:
حيث ?هي المقاومة النوعية ووحدتها ??m،
Resistivity of various materials at 20oC
ملاحظة:
تعتمد مقاومة الموصل على الأبعاد الهندسية للموصل بينما المقاومة النوعية تعتمد على التركيب الذري للموصل. وكلأ من المقاومة والمقاومة النوعية يعتمدان على درجة الحرارة.
من المعادلة السابقة نستنتج أن مقاومة موصل تتناسب طرديا مع طوله وعكسياً مع مساحه مقطعه، فإذا تضاعف طول الموصل مرتين تزداد مقاومته مرتين كما أنه إذا تضاعفت مساحة مقطع الموصل مرتين قلت المقاومة إلى النصف.
كل الأجهزة الكهربية التي نستخدمها مثل المكواة أو السخان الكهربي أو المصابيح تحتوي على مقاومة ثابتة، كما أن كل الدوائر الكهربية تستخدم المقاومة كجزء رئيسي في الدائرة. وترسم المقاومة على النحو الموضح في الشكل التالي:
هناك نوعان من المقاومات الكهربية النوع الأول عبارة عن مقاومة كربونية والنوع الثاني عبارة عن سلك في شكل ملف. وحيث ان المقاومة تكون صغيرة جداً مما لايكون مجال لكتابة قيمة المقاومة عليها لذا يتم الاعتماد على حساب قيمة المقاومة من خلال حلقات ملونة وكل لون يرمز لقيمة نستطيع منها حساب قيمة المقاومة، والشكل التالي يوضح ذلك.
جدول حساب المقاومة من الألوان