خانه » فیزیک » مقاومت الکتریکی
مقاومت الکتریکی
مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی
عبور جریان الکتریکی از هادی ها از بسیاری جهات شبیه عبور گاز از یک لوله است. اگر این لوله پر از پشم فلزی یا ماده مختلطی باشد ، این شباهت ها بیشتر می شود. اتم های نشکیل دهنده سیم هادی از عبور الکترون ها جلوگیری می کنند ، همانطور که الیاف پشم فلزی مانع عبور مولکول های گاز می شوند. حال می خواهیم ببینیم که مقاومت هادی ها به غیر از جنس فلز به چه عواملی دیگری بستگی دارد.

 

 

 

مقاومت هر جسمی به الکترون های آزاد آن بستگی دارد. می دانید که واحد شدت الکتریکی آمپر (A) است. یک آمپر یعنی این که ۶/۲۸ ضرب در ۱۰ به توان ۱۸ الکترون آزاد در هر ثانیه از هر نقطه سیم عبور می کند. پس یک هادی خوب باید به مقدار کافی الکترون آزاد داشته باشد تا جریان الکتریکی با چندین آمپر بتواند از آن عبور کند.
بنابراین هرگاه پهنای فلز افزایش یابد ، در حقیقت سطح مقطع زیادتر و در نتیجه مقاومت کم تر می شود. پس سطح مقطع عکس مقاومت عمل می کند.

تأثیر طول هادی بر مقاومت الکتریکی
شاید تصور کنید که با افزایش طول هادی عبور جریان راحت تر می شود ولی چنین نیست. اگر چه در یک قطعه سیم بلندتر تعداد بیشتری الکترون آزاد وجود دارد ولی الکترون های آزاد اضافی در طول سیم ، در اندازه گیری جریان الکتریکی داخل نمی شود. در واقع هر طول معین از هادی ، مقدار معینی مقاومت دارد و هر چه سیم طویل تر باشد ، مقاومت بیشتر می شود.
نکته: تغییر طول و سطح مقطع به میزان دو برابر مقاومت را تغییر نمی دهد.

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار
مدارهای الکتریکی به دو نوع بسته می شوند: سری و موازی اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدارسری: در مدار سری همانگونه که از نامش پیدا است ، مقاومت ها به دنبال هم بسته شده اند. پس باید تمامی مقدار آنها را با هم جمع کرد.
اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار موازی: در مدار موازی باید حاصل ضرب تمام مقاومت ها را تقسیم بر مجموع مقاومت ها کرد.

کاربرد مقاومت های الکتریکی
مقاومت های اَهمی برای اضافه کردن مقاومت مدارهای الکتریکی به کار می روند. در حقیقت ، آنها اجسامی هستند که در مقابل عبور جریان مقاومت زیادی از خود نشان می دهند. موادی که غالباٌ در مقاومت ها به کار می روند ، عبارتند از کربن ، آلیاژ مخصوص از فلزاتی از قبیل نیکروم ، کنستانتان و منگانان. مقاومت اَهمی را طوری به مدار می بندیم که جریان همان طور که از بار الکتریکی و منبع ولتاژ عبور می کند ، از آن هم بگذرد. در این صورت مقاومت کل مدار مجموع مقاومت های بار الکتریکی ، منبع ولتاژ ، سیم های رابط و مقاومت اَهمی است. توجه داشته باشید که فقط با اضافه کردن یک مقاومت اَهمی مناسب به مدار ، می توان مقاومت کل مدار را به اندازه ی دلخواه تغییر داد.

انواع مقاومت ها
۱- مقاومت های ترکیبی
۲- مقاومت های سیم پیچی
۳- مقاومت های لایه ای

مقاومت های وات بالا
جنس این مقاومت ها معمولاً از کرم نیکل است و معمولاً دارای یک روکش گچی یا آجری می باشند و به همین دلیل به مقاومت های گچی یا آجری نیز معروف هستند. ظرفیت اُهمی و توان این مقاومت ها بصورت عدد بر روی آنها چاپ می شود.

مقاومت های خودکار
ترمیسترها در مدارات برای ممانعت ازآسیب رساندن فشار جریانی که در ابتدای روشن نمودن آنها در مدار جریان پیدا می کند ، بکار برده می شوند. با قرار دادن این قطعه در ابتدای ورود جریان باعث می شود تا جریانی که در ابتدای بکار انداختن مدار با فشار وارد می شود ، مواجه با ترمیستر شده و متوقف شود. ترمیستر در مقابل جریان وارده کم کم گرم شده و جریان را تدریجاً وارد مدار می کند تا آنکه مقاومت خودش بر اثر گرما کم شده و عبور جریان را به حالت عادی در می آورد.ترمیستر اغلب در مدارات رادیو و تلویزیون استفاده می شود.

LDR مقاومت تابع نور
LDR مقاومت تابع نور یا همان دیود تابع نور در تاریکی می باشد. مقدار مقاومت الکتریکی این قطعه بسیار زیاد است ، یعنی اجازه ی عبور جریان الکتریکی را از خود نمی دهد ولی با تابیدن نور بر سطح آن ، مقاومت آن کاهش می یابد و هر چه نور شدیدتر باشد ، رساناتر می شود.

مقاومت (Resistor)
مقاومت قطعه ای است که معمولًا ساز جنس کربن ساخته می شود و بمنظور کم نمودن ولتاژ و جریان مورد استفاده قرار می گیرد. واحد مقاومت اُهم ( Ω ) است.
هر هزار اُهم برابر با یک کیلو اُهم و هر میلیون اُهم برابر با یک مگا اُهم است.

محاسبه مقدار اَهمی یک مقاومت در مقاومت های با وات پایین معمولاً مقدار اُهمی مقاومت بصورت کدهای رنگی و بر روی بدنه آن چاپ می شود ولی در مقاومت های با وات بالاتر مثلاً ۲ وات یا بیشتر ، مقدار اُهمی مقاومت بصورت عدد بر روی آن نوشته می شود.
محاسبه مقدار اُهم مقاومت های رنگی بر اساس جدول رمز مقاومت ها و بسیار ساده انجام می شود. بر روی بدنه مقاومت معمولاً ۴ رنگ وجود دارد. برای محاسبه از نوار رنگی نزدیک به کناره شروع می کنیم و ابتدا شماره دو رنگ اول را نوشته و سپس به میزان عدد رنگ سوم در مقابل دو عدد قبلی صفر قرار می دهیم. اینک مقدار مقاومت بر حسب اُهم بدست می آید.

شماره رنگ اول و دوم را می نویسیم و سپس به تعداد عدد رنگ سوم در مقابل دو رقم قبلی صفر قرار می دهیم.

مقاومت های توان کم دارای ابعاد کوچک هستند. به همین دلیل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسیله نوارهای رنگی مشخص می‌کنند که خود این روش به دو شکل صورت می‌گیرد:
۱- روش چهار نواری
۲- روش پنج نواری

روش اول برای مقاومت های با تولرانس ۲% به بالا استفاده می‌شود و روش دوم برای مقاومت های دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از ۲% استفاده می‌شود. در اینجا به روش اول که متداول تر است می‌پردازیم. به جدول زیر توجه نمایید. هر کدام از این رنگ ها معرف یک عدد هستند:

دو رنگ دیگر هم روی مقاومت ها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای. روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگ ها می‌کنیم و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آن را یافته و به تعداد آن عدد ، جلوی دو عدد قبلی صفر می‌گذاریم. در واقع رنگ سوم معرف ضریب است. عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است که آن را می‌توان به کیلواَهم نیز تبدیل کرد.

از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد ۴ ، رنگ بنفش معادل عدد ۷ ، رنگ قرمز معادل عدد ۲ و رنگ طلایی معادل تولرانس ۵% می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی ۴۷۰۰ اَهم  یا ۴٫۷ کیلو اَهم است و برای محاسبه خطا ، عدد ۴۷۰۰ را ضربدر ۵ و تقسیم بر ۱۰۰ می‌کنیم که بدست می‌آید: ۲۳۵

۴۹۳۵ = ۲۳۵ + ۴۷۰۰

۴۴۶۵ = ۲۳۵ – ۴۷۰۰

حال مقدار واقعی مقاومت چیزی بین ۴۴۶۵ اَهم تا ۴۹۳۵ اَهم می‌باشد.

درصد خطای یک مقاومت
ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است ۵%  یا ۱۰% و یا ۲۰% خطا داشته باشیم. رنگ چهارم درصد خطای مقاومت (تولرانس) را نشان می دهد. رنگ چهارم طلایی خطای مثبت و منفی ۵ درصد است. یعنی مقدار این مقاومت ۵ درصد بیشتر یا ۵ درصد کمتر است. در زیر میزان خطا برای رنگ های قهوه ای ، قرمز ، طلایی و نقره ای نشان داده شده است:

قهوه ای ±۱%  /  قرمز ±۲%  /  طلایی ±۵%  /  نقره ای ±۱۰%

اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس ۵% است و اگر نقره‌ای بود ، نمایانگر مقاومتی با خطای ۱۰% است اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود ، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را ۲۰% در نظر می‌گیریم.

——————————
قطعه مقاومت به تعداد بسیار زیاد در تمام دستگاه ها و مدارات الکترونیکی وجود دارد. بدون تردید می توان گفت که هیچ دستگاهی بدون قطعه مقاومت پیدا نمی شود. قطعه مقاومت بعنوان تقسیم ولتاژ ، کاهش مقدار جریان ، برای بایاس ترانزیستورها و قطعات فعال ، برای ثبات نقطه کار و سرانجام به دلایل گوناگون در دستگاه های الکترونیکی مصرف می شود.

انواع مقاومت ها:

·    مقاومت های ثابت:

مخلوط کربن

لایه ای

سیمی

·    مقاومت های قابل تنظیم:

پتانسیومتر

ولوم

·    مقاومت های متغیر:

وابسته به حرارت (PTC , NTC)

وابسته به نور (LDR)

وابسته به ولتاژ (VDR)

مشخصات مقاومت:

مقدار اهمی:

اهم Ω                کیلو اهم KΩ                     مگا اهم MΩ

تقسیم بندی مقاومت ها از نظر تولرانس:

* مقاومت های معمولی   ۵%  تا  ۲۰%

* نیمه دقیق  ۱%  تا  ۵%

* دقیق   ۵%  تا  ۱%

* خیلی دقیق   ۵% >

* اگر مقاومتی نوار چهارم نداشته باشد ، تلورانس آن ۲۰% است.


مثال:

۵۶RK = 56 Ω    ۱۰%

K: تلورانس
R: ضریب

———————

مقاومت متغیر (قابل تنظیم)

۱- پتانسیومتر:
در مدارهای الکترونیکی نیاز به مقاومتی است که بتوان آن را تغییر داد.
این مقاومت دارای سه سر (ترمینال) تمام مقاومت های متغیر حداقل یک سر دارند. دوسر ابتدایی وانتهایی که سرهای کناری یا ثابت نام دارند و یک سر وسط که به بازوی متحرک متصل است.
مقدار مقاومت بین دوسر کناری مقداری ثابت بوده که در واقع حداکثر مقدار مقاومت است ولی مقدار مقاومت بین سرهای وسط و هریک از سرهای کناری بسته به موقعیت بازوی متحرک بین حداقل صفر و حداکثر مقدار قابل تغییر است. ماده مقاومت در مقاومت های متغیر معمولی عموماً از نوع کربن است و برای توان های مجاز تا حدود ۲W ساخته می شود.
در یک نوع مقاومت ، تغییر مقاومت به وسیله یک دسته متحرک انجام می شود و در نوع دیگر توسط یک پیچ گوشتی می توان این کار را انجام داد.

* پتانسیومتر ایستاده از بغل تغییر می کند.
* پتانسیومتر خوابیده از بالا تغییر می کند با پیچ گوشتی

یک نوع پتانسیومتر به نام پتانسیومتر چندچرخشی یا دقیق داریم که معمولا از ۳ تا ۴۰ دور ساخته می شود.

مقاومت متغیر دو کاربرد اساسی دارد:
۱- تغییر دهنده ولتاژ
۲- تغییر دهنده جریان

خرابی مقاومت متغیر
به علت در تماس بودن سطح ماده مقاوم با هوا و فشار بازوی متحرک بر سطح مقاومت خرابی مقاومت های متغیر زیاد است.
در بعضی موارد با تمیز کردن آن بوسیله الکل و یا مواد شستشوی مخصوص می توان اشکال را برطرف کرد.
اگر هنگام چرخاندن خش خش کرد روی کربن مقاومت خاک وجود دارد و کثیف شده است ، برای تمیز کردن آن می توان از الکل صنعتی یا اسیدی استفاده کرد.

مقاومت های متغیر وابسته:

VDR مقاومت وابسته به ولتاژ

عموماً جهت ثابت نگهداشتن ولتاژ و یا همچنین محافظت در برابر اضافه ولتاژ استفاده می شود. مقدار این مقاومت با افزایش ولتاژ اعمال شده کاهش می یابد.

مقاومت وابسته به حرارت:

PTC :
نوعی ترمیستور که با افزایش دما مقدار مقاومت افزایش می یابد.

NTC :
نوعی ترمیستور که با افزایش دما مقدارمقاومت آن کاهش می یابد.

برای جلوگیری از میزان جریان زیاد در لحظه روشن شدن یک دستگاه ، همچنین به عنوان ترموستات و به عبارت دیگر سنسور حرارت استفاده می شود.

مقاومت وابسته به نور LDR :
این نوع مقاومت به مقاومت نوری و یا سلول نوری مشهور است و از جنس سولفیدکادمیم ساخته می شود.
مقدار این مقاومت در تاریکی خیلی زیاد بزرگتر از MΩ۱ است اما در روشنایی بستگی به میزان نور دارد.
برای چراغ های موجود در اتوبان ها مورد استفاده قرار می گیرد.

 

 

————–

نحوه تست مقاومت ها

تست با مولتی متر دیجیتال:

در این روش در حالیکه مولتی متر را در مد تست مقاومت می گذاریم ، دو ترمینال مولتی متر را به ابتدا به هم اتصال می دهیم تا سیم های ترمینال و خطای مولتی متر را کنترل نمائیم. سپس دو پایه ترمینال را به دو سر مقاومت وصل نموده و مقدار اهم نشان داده شده را قرائت می کنیم. در صورتی که این مقدار با اندازه مقاومت که از روی رمز رنگ ها و یا از روی نوشته روی مقاومت قابل تشخیص است مقایسه می کنیم اگر این دو عدد بهم نزدیک بودند ، با توجه به خطای مقاومت می گوئیم که مقاومت سالم است.

تست با مولتی متر آنالوگ (عقربه ای):

در این روش نیز باید مولتی متر را در رنج های تست کننده مقاومت بگذاریم. البته تعیین این رنج بستگی به مقدار مقاومت ما دارد ، اگر مقاومت ما کوچکتر از ۱۰۰ اهم است ، مولتی متر را در رنج Rx1 و اگر از ۱۰۰ اهم بزرگتر و کوچکتر از ۱۰ کیلو اهم است ، در رنج Rx100 و در صورتی که بزرگتر از ۱۰ کیلو و کوچکتر از ۱۰۰ کیلو در رنج Rx1k و در صورتی که بزرگتر از ۱۰۰ کیلو باشد ، مولتی متر را در رنج Rx10k قرار داده و مقاومت را تست می کنیم. در این مرحله نیز باید میزان اهم قرائت شده با اندازه واقعی مقاومت خیلی نزدیک باشد و فقط در حد خطای آن تلرانس قابل قبول است.

تست مقاومت های متغیر:

الف) پتانسیو متر

برای تست پتانسیومتر به کمک مولتی متر آنالوگ ، ابتدا رنج مناسب انتخاب و سپس پایه وسط پتانسیومتر را نسبت به دو پایه دیگر اهم چک می کنیم. طبیعی است که سر لغزنده وسط در هر کجا باشد ، عددی قرائت می شود و نیز می دانیم مجموع هر دو عددی که از جمع اعداد قرائت شده هر دو پایه طرفین بدست می آید ، برابر مقدار اهم کل پتانسیومتر می باشد.

حال برای اطمینان از عمل کرد پتانسیومتر در حین تغییر اهم نیز می توانیم یک از پایه های کناری را نسبت به پایه وسط در حالی اهم چک نمائیم که پتانسیومتر را می چرخانیم ، در هر حالت باید تغییرات اهم را مشاهده کنیم اگر در نقطه ای تغییرات اهم ناجوری (کم و زیاد شدن غیر طبیعی) مشاهده شود ، پتانسیومتر مشکل دارد و خلاصه لازم است که تغییرات یکنواخت و بدون قطع شدن باشد.

تست ولوم: می دانیم که ولوم نیز نوعی مقاومت متغیر می باشد. پس مانند پتانسیو متر تست می شود.

تست مقاومت های متغیر ویژه یا مخصوص:

این نوع مقاومت ها با تغییرات فیزیکی عمل می کنند.

تست مقاومت مخصوص LDR:

می دانیم این نوع مقاومت در مقابل تغییرات نور پاسخ می دهد. پس در حالیکه دو پایه آن را به ترمینال های مولتی متر وصل نموده ایم ، در رنج Rx1k بهتر است در جلو نور مقاومت آن را قرائت نموده و سپس با ایجاد سایه تغییر مقاومت آن را مشاهده کنیم. با پاسخ در مقابل تغییرات نور سالم بودن آن مشخص می شود.

تست مقاومت ویژه یا مخصوص VDR:

می دانیم که VDR نوعی مقاومت ویژه یا مخصوص است که با افزایش ولتاژ اهم آن کاهش می یابد. پس معمولاً در جایی که قصد ثابت کردن ولتاژ را دارند مانند زنر استفاده می شود.
برای تست بدلیل ولتاژ بالای آن با اهم متر قابل تست نیست و در مدار و دانستن مقدار ولتاژ محل تست می شود.

تست مقاومت PTC:

می دانیم PTC نوعی مقاومت است که با افزایش حرارت اهم آن افزایش و با کاهش حرارت اهم آن کاهش می یابد. پس اگر در حالیکه پایه های آن را به وسیله ترمینال های مولتی متر گرفته ایم ، با وسیله ای حرارت زا مانند هویه ، سشوار و … حرارت دهیم مقدار اهم آن زیاد شده و علامت سالم بودن آن است و عکس این عمل نیز درست است.

تست مقاومت ویژه NTC:

عکس PTC عمل می کند.

———————–

عوامل موثر بر اندازه مقاومت

عوامل موثر بر اندازه مقاومت

طول و سطح مقطع لوله، اثر مستقیم بر مقاومت در برابر جریان سیال دارد. لوله های بلند و با سطح مقطع کم، مقاومت بیشتری در برابر جریان دارند، یعنی حجم سیالی که از آن ها در یک واحد زمانی مشخص عبور می کند، کمتر از حجم سیالی است که از یک لوله کوتاه و با سطح مقطع بزرگ، عبور می نماید (البته با فرض اختلاف فشار یکسان در دو سوی لوله ها). رفتار مشابه‌ ای در مدارهای الکتریکی مشاهده می ‌شود.

به آزمایش زیر توجّه کنید. در این آزمایش تکه سیمی به دستگاه سنجش مقاومت متصل شده است. با کوتاه شدن طول سیم، اندازه مقاومت که توسط دستگاه نشان داده می شود، چه تغییری می کند؟

برای مشاهده فیلم بر روی شکل زیر کلیک کنید.

عوامل موثر بر اندازه مقاومت

برای تعداد زیادی از مواد، می توان نشان داد که مقاومت ماده ای به طول L و سطح مقطع A برابر است با:

عوامل موثر بر اندازه مقاومت

در رابطه فوق عوامل موثر بر اندازه مقاومت مقاومت ویژه رسانا نامیده می ‌شود و مقدار آن به جنس جسم بستگی دارد. همچنین از این رابطه نتیجه می گیریم که واحد مقاومت ویژه رسانا (عوامل موثر بر اندازه مقاومت)، اهم در متر(عوامل موثر بر اندازه مقاومت) است. در جدول زیر مقاومت ویژه چند ماده مختلف ذکر شده است.

عوامل موثر بر اندازه مقاومت

 

تمام رساناها در جدول فوق فلز می ‌باشند.


عوامل موثر بر اندازه مقاومت

مواد عایق دارای مقاومت ویژه بالایی هستند. موادی مثل ژرمانیوم و سیلیسیوم مقاومت ویژه متوسطی دارند، بنابراین به آن ها نیمه هادی می ‌گویند.

مقاومت ویژه یکی از شاخصه‌ های مواد می ‌باشد (مانند چگالی یکی از شاخصه‌های آن ها است). همانطور که دیدید، اندازه مقاومت یک جسم به جنس و ابعاد هندسی آن وابسته است، بنابراین ممکن است دو سیم از مس با مقاومت ویژه ساخته شود اما مقاومت آن ها (بخاطر طول و سطح مقطع‌ مختلف) تفاوت زیادی با یکدیگر داشته باشد. سیم‌ هایی که جریان زیادی انتقال می‌ دهند، مثل سیم‌های انتقال برق شهری، معمولاً ضخیم انتخاب می ‌شوند تا مقاومت آن ها کم باشد. به همین ترتیب وقتی می‌ خواهیم یک وسیله خانگی که در فاصله دور قرار دارد را به برق متصل کنیم باید از سیم های ضخیم استفاده کنیم.

درباره‌ admin555

تصویر پروفایل از  admin555

جوابی بنویسید