شرح قانون أوم بالتفصيل

قانون أوم

ينص قانون أوم على أن "التيار الكهربائي الذي يمر عبر موصل يتناسب طرديًا مع فرق الجهد بين طرفي الموصل وعكسيًا مع مقاومته"، ويتم تمثيل قانون أوم من خلال العلاقة الرياضية الآتية:
التيار = الجهد / المقاومة.

ويمثل قانون أوم أهم علاقة رياضية تربط بين الجهد والتيار والمقاومة، ولشرح قانون أوم بالتفصيل والحصول على فهم أعمق للقانون يجب فهم القيم التي ربط بينها القانون كل على حدا، وهي على الشكل الآتي:^[١]

• التيار الكهربائي: حسب قانون أوم يتدفق التيار عبر الموصل من القطب السالب إلى القطب الموجب، ويمكن حساب التيار الكهربائي المار عبر الدارة بتقسيم الجهد الكهربائي على المقاومة، وبهذه الطريقة ستؤدي الزيادة في الجهد إلى زيادة التيار ولكن يمكن أن يحدث هذا فقط إذا بقيت المقاومة ثابتة، وإذا تم زيادة المقاومة مع تثبيت الجهد فإن التيار الكهربائي سيقل.

لمعرفة المزيد اقرأ هنا: معلومات عن التيار الكهربائي.

• الجهد الكهربائي: يمثل الفرق في الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدارة الكهربائية ويقاس بوحدة الفولت ،ويمكن حساب فرق الجهد رياضيًا إذا كان التيار والمقاومة في الدارة معلومين، بحيث يمثل الجهد حاصل ضرب التيار الكهربائي بالمقاومة، وفي حال زيادة قيمة التيار أوالمقاومة في الدارة الكهربائية فإن الجهد سوف يزيد تلقائيًا.

لمعرفة المزيد اقرأ هنا: قانون الجهد الكهربائي.

• المقاومة الكهربائية: تحدد المقاومة الكهربائية مقدار التيار الذي سيمر عبر الموصل، ويمكن استخدام المقاومات للتحكم في مستويات التيار والجهد بحيث تسمح المقاومة العالية بمرور كمية صغيرة من التيار الكهربائي فقط، وبالمقابل فإن المقاومة المنخفضة جدًا ستسمح بمرور كمية كبيرة من التيار الكهربائي ،وتقاس المقاومة بوحدة الأوم.

لمعرفة المزيد اقرأ الآتي: معلومات عن قانون أوم.

أشكال أخرى من قانون أوم

أعاد العالم غوستاف صياغة قانون أوم ليأخذ الشكل كما يأتي:.[٢]

(J = σ * E)

حيث،

J: يُعبّر عن كثافة التيار الكهربائي أو التيار الكهربائي المار في وحدة المساحة بشكل عرضي للمادة، وهي عبارة عن كمية متجهة تُحدد اتجاه التيار الكهربائي.

σ: يُقرأ سيجما ويُمثل  الموصلية للمادة الكهربائية، وهي التي تعتمد على الخصائص الفيزيائية للمادة المدروسة والتي تُقابل المقاومة في قانون أوم الأصلي. 

E: يُمثل المجال الكهربائي في المكان الذي يُطبّق فيه القانون.

تُقدّم الصيغة الأصلية لقانون أوم النموذج المثالي الذي يمكن اعتماده في أي صيغة كهربائية للحصول على قيمة المقاومة الكهربائية لأي مادة يمكن دراستها، حيث لا يأخذ قانون أوم في الاعتبار أي تغيير يحصل داخل الأسلاك أو المجال الكهربائي الذي تتحرك فيه الشحنات الكهربائية..^[٢]

قانون أوم والمقاومات الكهربائية

يحتاج الأشخاص الذين يصنعون دوائر كهربائية أو إلكترونية تقوم بوظائف محددة إلى مقادير دقيقة للمقاومة الكهربائية، ويمكن الحصول على ذلك عن طريق إضافة مكونات صغيرة الى الدارات الكهربائية تسمى المقاومات، والمقاومات عبارة عن حزمة صغيرة يتم توصيلها في دارة كهربائية بهدف التقليل من التيار الكهربائي المار بمقدار معين، ومن الخارج تبدو جميع المقاومات متشابهة بشكلها الذي يشبه الدودة مع خطوط ملونة على الجانب وتتصل بالدارة الكهربائية من طرفيها.

تحتوي المقاومة قضيبًا سيراميكًا عازلًا يمتد عبر الوسط بأسلاك نحاسية ملفوفة حوله ويسمى هذا النوع من المقاومات بالمقاومات السلكية الملتفة، وتتحكم عدد دورات النحاس في مقدارالمقاومة بدقة شديدة فكلما زادت عدد دورات النحاس وقلت سماكتها زاد مقدارالمقاومة، أما في المقاومات ذات القيم الأصغر المصممة للدوائر ذات القدرة المنخفضة يتم استبدال لفيفة النحاس بنمط حلزوني من الكربون وتسمى مقاومة فيلم الكربون وهذا النوع من المقاومات يمتاز برخص ثمنه، ولكن بشكل عام تكون المقاومات السلكية الملتفة أكثر دقةً واستقرارًا في درجات حرارة التشغيل العالية.^[٣]

وهناك نوعان من المقاومات المستخدمة في الدوائر الكهربائيةحسب الأداء: المقاومة الثابتة والمقاومة المتغيرة، وتتأثر المقاومات بطول السلك ومقطعه العرضي، فكلما كان السلك أطول وانحف زادت مقاومة السلك لتدفق التيار الكهربائي، ويمكن حساب قيمة المقاومة للمادة حسب العلاقة كما يأتي:^[٤]

(R = ρ × L / A)

حيث:

R: المقاومة.

ρ: مقاومية المادة (قيمة ثابتة حسب نوع المادة).

L: طول السلك.

A: مساحة المقطع العرضي للسلك.

يتضح من خلال العلاقة الرياضية السابقة أنه كلما زاد طول السلك تزداد قيمة مقاومتها، وكلما زادت مساحة المقاومة قل مقدار مقاومتها، كما يعتمد مقدار المقاومة على على نوع المادة المصنوع منها المقاومة، وتتأثر قيمة المقاومة بدرجة الحرارة، فتزداد قيمة المقاومة للمادة مع زيادة درجة الحرارة.^[٤]

العوامل المؤثرة في قانون أوم

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تطبيق قانون أوم بالشكل الصحيح والحصول على النتائج الصحيحة والمتوقعة، حيث في أي قانون فيزيائي يتم وضعه من قبل العلماء يتم وضع عوامل ثابتة للقانون إذا تغيرت تؤثر على نتائج القانون بشكل مباشر ومن هذه العوامل المؤثرة على تطبيق قانون أوم ما يأتي:^[٥]

• درجة الحرارة: عندما تم وضع قانون أوم فإنه نصّ على أن تكون درجات الحرارة ثابتة، حيث تختلف مقاومة المواد الكهربائية باختلاف درجات الحرارة.
• الموصلات الحرارية: يقوم مبدأ قانون أوم على أنه سوف يتدفق التيار الكهربائي في الموصلات الكهربائية عند وجود فرق جهد على طرفيه وبالتالي التأثير على قيمة المقاومة.
• وجود شوائب في الموصل: حيث إن وجود عيوب أو شوائب في الموصل سوف يقوم بزيادة مقاومة المادة الموصلة للتيار الكهربائي وبالتالي إعطاء قيمة غير صحيحة عن قسمة التيار الكهربائي أو قيمة المقاومة.
• المجال المغناطيسي: إن وجود أي تدفق مغناطيسي قد يؤثر على قيمة المقاومة للمادة الموصلة للتيار الكهربائي، مع ملاحظة أن المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي متناسبان.
• السوائل الموصلة: مثل البلازما، فإن السوائل تتحرك بسرعة كبيرة جدًا، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي بقوة أكثر، فتكون المقاومة الكهربائية لمثل هذه المواد قليلة مقارنةً بباقي المواد الكهربائية.

من هو جورج أوم؟

هو جورج سيمون أوم من مواليد عام 1789 في ولاية بافاريا في ألمانيا وهو عالم الفيزياء الألماني الشهير الذي اكتشف قانون أوم الذي سمي باسمه، وأصبح أوم أستاذًا للرياضيات في كلية اليسوعيين في كولونيا عام 1817، وفي حين أن اكتشافاته قد أثرت بشكل كبير على تطبيقات الكهرباء الحالية إلا أنه قد تم استقبالها ببرود كبير لدرجة أن أوم استقال من منصبه في كولونيا ووافق على وظيفة في كلية الفنون التطبيقية في نورنبرغ في عام 1833، وتم الاعتراف باكتشافات جورج أوم في عام 1841 بحصوله على وسام كوبلي، والأوم في الفيزياء هو وحدة قياس المقاومة الكهربائية وسمي بذلك نسبة له، ويتناول هذا المقال شرح قانون أوم بالتفصيل.^[٦]

المراجع

1. ↑ "What Is Ohm's Law & What Does It Tell Us?", www.sciencing.com, Retrieved 25-07-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Ohm's Law", www.thoughtco.com, Retrieved 29-1-2021. Edited.
3. ↑ "Resistors", www.explainthatstuff.com, Retrieved 25-07-2019. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "resistors", www.explainthatstuff.com, Retrieved 29-1-2021. Edited.
5. ↑ "Ohm's law ", www.wikiwand.com, Retrieved 29-1-2021. Edited.
6. ↑ "Georg Ohm", www.britannica.com, Retrieved 25-07-2019. Edited.