مقاومت الکتریکی: تنظیم‌کنندهٔ جریان در دنیای الکترونیک
مقاومت الکتریکی چیست و چرا به آن نیاز داریم؟
تصور کنید آب از یک شلنگ باغبانی در حال جریان است. اگر با انگشت خود انتهای شلنگ را فشار دهید و آن را باریک‌تر کنید، مقاومتی در برابر جریان آب ایجاد می‌کنید و سرعت خروج آب کاهش می‌یابد. یک مقاومت در مدار الکتریکی دقیقاً نقش مشابهی دارد؛ این قطعه، جریان الکتریسیته5 (بارهای الکتریکی) را محدود می‌کند. واحد اندازه‌گیری مقاومت اهم6 (با نماد $\Omega$) نام دارد. بدون مقاومت‌ها، جریان الکتریکی در بسیاری از قطعات مانند ال‌ای‌دی7ها آن‌قدر زیاد می‌شد که به سرعت می‌سوختند.
رابطهٔ بین ولتاژ8 (V)، جریان9 (I) و مقاومت (R) با قانون اهم بیان می‌شود: $V = I \times R$ که در آن ولتاژ بر حسب ولت10، جریان بر حسب آمپر11 و مقاومت بر حسب اهم است.
انواع مقاومت و نحوهٔ خواندن مقدار آن‌ها
مقاومت‌ها در شکل‌ها، اندازه‌ها و انواع مختلفی ساخته می‌شوند. دو نوع رایج آن‌ها، مقاومت‌های ثابت و متغیر12 هستند. مقاومت‌های ثابت، مانند نمونه‌هایی که در اکثر مدارهای ساده می‌بینید، مقدار ثابتی دارند. معروف‌ترین نوع مقاومت‌های متغیر، پتانسیومتر13 یا ریوستات14 است که برای تنظیم صدا در رادیو یا کنترل سرعت برخی فن‌ها استفاده می‌شود.
از آنجا که مقاومت‌های ثابت معمولاً آن‌قدر کوچک هستند که نوشتن عدد روی آن‌ها سخت است، از نوارهای رنگی برای نشان‌دادن مقدار مقاومت و تلرانس15 (میزان دقت) آن‌ها استفاده می‌کنند.
| رنگ | عدد | ضرب‌کننده | تلرانس (%) |
|---|---|---|---|
| مشکی | 0 | 1 | — |
| قهوه‌ای | 1 | 10 | ±1 |
| قرمز | 2 | 100 | ±2 |
| نارنجی | 3 | 1000 | — |
| زرد | 4 | 10000 | — |
| سبز | 5 | 100000 | ±0.5 |
| آبی | 6 | 1000000 | ±0.25 |
| بنفش | 7 | 10000000 | ±0.1 |
| خاکستری | 8 | 100000000 | — |
| سفید | 9 | 1000000000 | — |
| طلایی | — | 0.1 | ±5 |
| نقره‌ای | — | 0.01 | ±10 |
مثال: یک مقاومت با نوارهای رنگی قهوه‌ای, سیاه, قرمز, طلایی را در نظر بگیرید. رقم اول: 1 (قهوه‌ای)، رقم دوم: 0 (سیاه)، ضرب‌کننده: 100 (قرمز). پس مقدار مقاومت 10 × 100 = 1000 اهم یا 1 کیلواهم است. نوار چهارم (طلایی) نیز نشان‌دهندهٔ تلرانس ±5% است.
مقاومت در عمل: از لامپ خانه تا کنترلر صنعتی
یکی از ساده‌ترین مثال‌ها برای درک مقاومت، دیمر16 (تاریک‌کننده) لامپ است. وقتی شما پیچ دیمر را می‌چرخانید، در واقع در حال تغییر مقدار یک مقاومت متغیر در مدار هستید. با افزایش مقاومت، جریان الکتریکی کمتری به لامپ میرسد و نور آن کم (تاریک) می‌شود. برعکس، با کاهش مقاومت، جریان بیشتر شده و نور لامپ افزایش می‌یابد.
در یک پایه‌ی لامپ ساده، خود رشته‌ی تنگستن داخل لامپ یک مقاومت است. وقتی جریان از این رشته‌ی نازک با مقاومت بالا عبور می‌کند، رشته داغ شده و می‌درخشد. در شارژر موبایل شما نیز از مقاومت‌هایی استفاده شده است تا جریان ورودی به باتری را در سطح ایمن و ثابتی نگه دارند و از آسیب دیدن آن جلوگیری کنند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
بله، اما به شکل مستقیم. مقاومت، انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کند (مانند گرمای ایجاد شده در رشته لامپ یا سشوار). این تبدیل انرژی، باعث "مصرف" برق می‌شود. در واقع، مقاومت از قانون $P = V \times I$ برای محاسبهٔ توان تلف شده پیروی می‌کند.
اندازهٔ فیزیکی یک مقاومت معمولاً به توان مجاز17 آن مربوط است. یک مقاومت با توان بالاتر (مثلاً 2 وات) باید گرمای بیشتری را دفع کند، بنابراین بزرگ‌تر ساخته می‌شود. یک مقاومت کوچک (0.25 وات) فقط می‌تواند گرمای کمتری را تحمل کند.
بله، هر ماده‌ای (به جز ابررساناها) مقداری مقاومت الکتریکی دارد. اما مقاومت سیم‌های مسی که در سیم‌کشی استفاده می‌شوند، آن‌قدر ناچیز است که در بسیاری از محاسبات ساده نادیده گرفته می‌شود. در خطوط انتقال برق طولانی، همین مقاومت کوچک سیم‌ها باعث تلفات قابل توجه انرژی می‌شود.
مقاومت الکتریکی یک قطعهٔ منفعل اما حیاتی در دنیای الکترونیک است که مانند یک شیر کنترل، جریان الکتریکی را مدیریت می‌کند. یادگیری قانون اهم و خواندن کدهای رنگی، اولین قدم‌های مهم برای ورود به این دنیای شگفت‌انگیز است. از کنترل روشنایی یک لامپ ساده تا عملکرد پیچیده‌ترین رایانه‌ها، ردپای این قطعهٔ کوچک در همه جا دیده می‌شود.
پاورقی
1 مقاومت الکتریکی (Resistor)
2 انواع مقاومت (Types of Resistors)
3 کدهای رنگی (Color Codes)
4 قانون اهم (Ohm's Law)
5 الکتریسیته (Electricity)
6 اهم (Ohm)
7 ال‌ای‌دی (LED - Light Emitting Diode)
8 ولتاژ (Voltage)
9 جریان (Current)
10 ولت (Volt)
11 آمپر (Ampere)
12 مقاومت متغیر (Variable Resistor)
13 پتانسیومتر (Potentiometer)
14 ریوستات (Rheostat)
15 تلرانس (Tolerance)
16 دیمر (Dimmer)
17 توان مجاز (Power Rating)