تحقيق مسبار
أخذت وحدة قياس المقاومة الكهربائية اسم أحد العلماء البارزين في مجال الفيزياء، وكذلك وحدات قياس العديد من الكميات الكهربائية الأخرى؛ مثل فرق الجهد. يُسلّط هذا المقال الضوء على وحدة قياس شدة المقاومة الكهربائية، مع توضيح طريقة قياس المقاومة باستخدام الأميتر وكيفية حسابها ورقيًا للدارات الكهربائية المُركّبة، وينتهي ببيان بعض الكميات الكهربائية الأساسية.
هل الأوم هي وحدة قياس المقاومة الكهربائية؟
يتم قياس المقاومة الكهربائية بوحدة الأوم فعلًا، وتُعرف المقاومة الكهربائية بأنها خاصية يتم من خلالها تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية في التيار الكهربائي المعاكس. في مُعظم الأحيان تُعتبر المقاومة موضعية في الأجهزة الكهربائية؛ مثل المصابيح والسخانات، ويُمكن تعريف المقاومة الكهربائية كذلك بأنها مقياس لمقاومة تدفق التيار الكهربائي عبر الأسلاك أو الموصلات.
لماذا عرفت وحدة قياس المقاومة الكهربائية بالأوم؟
عُرفت وحدة قياس المقاومة الكهربائية بهذا الاسم نسبةً إلى عالم الفيزياء الألماني جورج سيمون أوم، الذي اشتهر بتقديم قانون أوم، وهو قانون ينص إلى أن التيار الذي يمر عبر الموصلات يتناسب طرديًا مع فرق الجهد بينما يتناسب عكسيًا مع المقاومة، وفيما يأتي بعضًا من المعلومات حول جورج أوم:
- عائلة جورج أوم: كان مارتن أوم -الأخ الأصغر لجورج أوم- عالم رياضيات مشهورًا، وأما والده يوهان أوم؛ فعمل صانعًا للأقفال، وحرص يوهان على تعليم أبنائه العلوم والرياضيات في المنزل عندما كانوا في مرحلة الطفولة.
- مغادرة جامعة إرلنجن نورنبيرغ: في عام 1805 غادر جورج أوم جامعة إرلنجن نورنبيرغ بعد 3 فصول دراسية فحسب؛ وذلك لأنه أمضى الفصول المذكورة في لعب البلياردو والتزلج والرقص مع الدراسة وقتًا قليلًا.
- العمل في التدريس: بعد مغادرة الجامعة تم إرسال جورج أوم إلى سويسرا لتعليم الرياضيات في إحدى المدارس عام 1806، ثمّ أصبح مُدرّسًا خاصًا في مدينة نوشاتيل السويسرية عام 1809 مع مواصلة دراسة الرياضيات في هذا الوقت.
- الحصول على درجة الدكتوراه: عاد أوم إلى جامعة إرلنجن نورنبيرغ مرةً أخرى عام 1811 للحصول على درجة الدكتوراه في العام ذاته، وأصبح مُدرّسًا بدون راتب بعد ذلك.
- الورقة البحثية الأولى: قام أوم بنشر الورقة البحثية الأولى له عام 1825، وهي ورقةٌ تتحدث عن انخفاض القوة الكهرومغناطيسية الناتجة عن سلك ما عندما يزداد طول السلك، لكن هذه الورقة لم تُقبل بشكل جيد.
- تفصيل نظرية أوم عن الكهرباء: استطاع أوم نشر ورقتين بحثيتين عام 1826، ثم قام بنشر كتابه الذي يحتوي على قانون أوم عام 1827، وهو الكتاب الذي يتضمن تفصيل نظرية أوم عن الكهرباء.
- الاستقالة من التدريس: خلال عام 1828 استقال جورج أوم من منصب التدريس وبقي بلا عمل حتى عام 1833، وهو العام الذي عمل خلاله أوم أستاذًا في مدرسة البوليتكنيك، وهي إحدى مدارس مدينة نورنبرغ الألمانية.
- رئاسة الفيزياء في جامعة ميونيخ: تولى أوم منصب أمين الوزراء للأكاديمية البافارية للفيزياء في ميونيخ مدة 3 سنوات؛ بدأت عام 1849 واستمرت حتى أصبح رئيس قسم الفيزياء في جامعة ميونيخ عام 1852، وكان في هذا المنصب حتى وفاته.
- الحصول على وسام كوبلي: حصل أوم على العديد من الجوائز والألقاب خلال مسيرته الحافلة، ومنها: وسام كوبلي من الجمعية الملكية عام 1841، وهي جائزة تُعبّر عن المكانة العلمية المرموقة.
ما هو جهاز قياس المقاومة الكهربائية؟
يُستخد الأوميتر لقياس المقاومة الكهربائية بين نقطتين، وعادةً ما يتم الاعتماد على هذا الجهاز للتحقق من جودة التوصيل الكهربائي بين نقطتين. يعرض هذا الجهاز القراءات والأرقام بوحدة قياس المقاومة الكهربائية، وهي الأوم، ويستطيع الشخص استخدام الأوميتر للتحقق من المصابيح المحترقة، وكذلك يُستخدم لفحص اسلاك الاختبارات وغيرها وفق جامعة واشنطن في سانت لويس.
كيف يتم قياس المقاومة الكهربائية؟
يتم الاعتماد على جهاز قياس المقاومة الكهربائية المعروف باسم الأوميتر لمعرفة قدر مقاومة عناصر الدائرة الكهربائية بسهولة كبيرة، وفيما يأتي طريقة قياس المقاومة باستخدام جهاز الأوميتر الرقمي:
- اختيار أحد العناصر: حتى يتمكّن الشخص من الحصول على قياس أكثر دقّة ينبغي عليه أحد العناصر من الدارة الكهربائية؛ مثل المفتاح أو المحرك أو غيره، وذلك لأن اختبار العنصر أثناء ارتباطه مع الدائرة يقدم نتائج غير دقيقة.
- فصل الطاقة: قبل بدء اختبار المقاومة الكهربائية لأي عنصر من عناصر الدارة الكهربائية يجب على المرء التحقق من فصل التيار الكهربائي عن الدائرة بالكامل، وكذلك ينبغي فصل الكهرباء عند الرغبة في إزالة أيٍّ من العناصر لفحصه.
- توصيل أسلاك الاختبار للجهاز: تتضمن معظم أجهزة الاختبار مدخلين؛ أحدهما أسود والآخر أحمر؛ لتوصيل الأسلاك حسب الألوان، وإذا كان في الجهاز مداخل مُتعددة؛ فينبغي توصيل أحد الأسلاك في مدخل COM والآخر في مدخل ohm.
- تحديد نطاق الاختبار: بعد توصيل الأسلاك في المداخل يتم تشغيل الجهاز، ثم اختيار أفضل نطاق لإجراء القياس والاختبار؛ إذ إن مقاومة العناصر يمكن أن تتراوح بين 1-1,000,000 أوم، وهو نطاقٌ واسع جدًا.
- بدء القياس: يتم بدء القياس عن طريق وضع أحد السلكين الأحمر أو الأسود على واحد من قُطبي العنصر، الذي يرغب المرء باختياره، ثم وضع السلك الآخر على القطب الآخر للعنصر.
- الانتظار قبل أخذ القراءة: عند الانتهاء من وضع السلكين الأحمر والأسود لا بُد من الانتظار قليلًا؛ حتى تتوقف الأرقام عن الانخفاض والارتفاع في الشاشة الرقمية لجهاز الأميتر، أو جهاز القياس المتعدد.
- أخذ القراءة: يتم عرض المقاومة الكهربائية للعنصر المطلوب بوحدة قياس المقاومة الكهربائية أو مضاعفاتها، وبعد أخذ القراءة يجب إيقاف تشغيل جهاز قياس المقاومة الكهربائية وإعادته في مكانه لتخزينه بشكل جيد.
ما هي طريقة حساب المقاومة في الدوائر الكهربائية المركبة؟
بدلًا من استخدام جهاز قياس المقاومة الكهربائية يحتاج الشخص إلى حساب المقاومة الكُليّة في الدوائر الكهربائية المركبة بشكل يدوي أحيانًا، وفيما يأتي طريقة قياس المقاومة بالاعتماد على المعادلات الفيزيائية:
- تقسيم الدائرة: تحتوي الدائرة الكهربائية المركبة على عدة مقاومات متصلة مع بعضها البعض على التوالي والتوازي، ولا بُد من تقسيم الدائرة في البداية إلى أجزاء موصلة على التوالي وأخرى موصلة على التوازي.
- حساب المقاومات الموصلة على التوازي: يتم حساب المقاومات التي تصل مع بعضها البعض على التوازي؛ ذلك عن طريق جعل قيمة كل واحدة من المقاومات في المقام ووضع الرقم 1 في البسط، ثم جمعها إلى بعضها البعض لاستخراج المقاومة الكُليّة.
- تبسيط الدائرة: عند الانتهاء من حساب جميع الأجزاء التي تصل مع بعضها البعض على التوازي ينبغي على المرء إعادة تبسيط الدائرة الكهربائية مرةً أخرى؛ ذلك عن طريق استبدال كل واحد من هذه الأجزاء بمقاومة تصل على التوالي وتساوي قيمة المقاومة الكُليّة.
- جمع المقاومات الموصولة على التوالي: بعد تبسيط الدائرة الكهربائية تصبح جميع المقاومات متصلة مع بعضها البعض على التوالي، ويتم حساب المجموع الكُلي لهذه المقاومات عن طريق جمعها مع بعضها البعض مباشرةً.
- إيجاد قيمة المقاومة المجهولة: في حالة الرغبة بإيجاد قيمة مقاومة مجهولة يتم الاعتماد على قانون أوم؛ إذا كان كلّ من التيار وفرق الجُهد معلومين، وذلك من خلال المعادلة التالية: المقاومة= فرق الجهد÷التيار الكهربائي.
هل تتمتع تقنية التسخين بالمقاومة الكهربية بكفاءة كبيرة؟
إن التسخين بالطاقة الكهربائية ذو كفاءة كبيرة جدًا في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية؛ إلا إن الدول تقوم بإنتاج الكهرباء عن طريق الفحم أو الغاز أو النفط، وتستطيع هذه التقنيات تحويل 30% من الطاقة إلى كهرباء فحسب، وهذا يعني أن نسبة كبيرة من الطاقة تضيع أثناء توليد الكهرباء على الرغم من كفاءة التسخين بالاعتماد على المقاومة الكهربائية، وهُناك عدة أنواع من الأجهزة التي تستخدم عند الرغبة بالاعتماد على هذه التقنية للتدفئة والتسخين، وهي الأجهزة الآتية:
- الأفران الكهربائية: بالنسبة إلى أنظمة التسخين الأخرى بالمقاومة الكهربائية تُعد الأفران الكهربائية من التقنيات ذات التكلفة التشغيلية المرتفعة؛ ذلك لأنها تفقد كثيرًا من الحرارة والطاقة الإضافية عند توزيع الهواء الساخن في أنحاء المنزل.
- السخانات اللوحية الكهربائية: يتم التحكّم في هذا النوع من السخانات عن طريق منظمات الحرارة الموجودة في كل واحدة من الغرف، وعادةً ما يتم تثبيت هذه الأجهزة تحت النوافذ حتى يقوم الهواء الساخن المتصاعد بمنع دخول الهواء البارد.
- مدفئة الحائط الكهربائية: عادةً ما تتكون هذه المدفأة من عنصر كهربائي يتضمن عاكسًا خلفيًا لعكس الحرارة إلى الغرفة، كما أنها تتضمن مروحة في العادة لتحريك الهواء من خلال المدفئة، ويتم تثبيتها على الجدران الداخلية في الغالب.
هل المقاومة من الكميات الكهربائية الأساسية؟
تُعد المقاومة إحدى الكميات الكهربائية الأساسية بالفعل، ويتم تحديد قيمتها بوحدة قياس المقاومة الكهربائية التي يُطلق عليها اسم أوم تكريمًا للعالم الألماني جورج أوم كما سبق، وكذلك يُصنّف فرق الجهد الكهربائي ضمن الكميات الكهربائية الأساسية أيضًا، ويتم قياسه بوحدة فولت، ويتناسب مع المقاومة بشكل عكسي، وهذا يعني أن زيادة المقاومة تؤدي إلى انخفاض فرق الجهد.
يُذكر التيار الكهربائي ضمن الكميات الكهربائية الأساسية أيضًا، ويتم قياسه بوحدة الأمبير، ويتناسب التيار مع المقاومة تناسبًا طرديًا بخلاف فرق الجهد الكهربائي، وهذا يعني أن التيار يزداد مع زيادة المقاومة وينخفض مع انخفاضها، ويتناسب التيار مع فرق الجهد تناسبًا عكسيًا، ويُمكن استخدام جهاز يُطلق عليه اسم أفوميتر لقياس جميع الكميات الأساسية المذكورة بسهولة كبيرة.
اقرأ/ي أيضًا:
هل يمكن توليد الكهرباء من الرياح؟
