مقاومت الکتریکی: سد راه جریان برق
مقاومت الکتریکی چیست؟
تصور کنید می‌خواهید از یک راهروی پر از جمعیت عبور کنید. هرچه تعداد افراد بیشتر و راهرو باریک‌تر باشد، حرکت شما سخت‌تر خواهد شد. در دنیای الکتریسیته، مقاومت الکتریکی دقیقاً همین نقش را بازی می‌کند. این خاصیت فیزیکی، میزان مخالفت یک ماده با عبور جریان الکتریکی۴ از درون خود را نشان می‌دهد. واحد اندازه‌گیری مقاومت، اهم۵ است که با نماد $\Omega$ نمایش داده می‌شود.
همهٔ مواد تا حدی دارای مقاومت هستند، اما میزان آن بسته به جنس ماده بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، مواد هادی۶ مانند مس و طلا مقاومت بسیار کمی دارند و به راحتی اجازهٔ عبور جریان را می‌دهند. در مقابل، مواد عایق۷ مانند چوب و پلاستیک مقاومت بسیار بالایی دارند و جریان به سختی از آن‌ها عبور می‌کند.
عوامل مؤثر بر میزان مقاومت
مقاومت یک جسم به چند عامل اصلی بستگی دارد. درک این عوامل به ما کمک می‌کند تا بتوانیم وسایل الکتریکی را بهتر طراحی و درک کنیم.
| عامل | تأثیر بر مقاومت | مثال ساده |
|---|---|---|
| جنس ماده | مهمترین عامل است. هر ماده مقاومت ویژه۹ خاص خود را دارد. | عبور از چمن (هادی) در مقابل عبور از دیوار آجری (عایق). |
| طول | مقاومت مستقیماً با طول سیم رابطهٔ مستقیم دارد. $R \propto L$ |
راهروی 100 متری سخت‌تر از راهروی 10 متری است. |
| سطح مقطع | مقاومت با مساحت سطح مقطع رابطهٔ معکوس دارد. $R \propto \frac{1}{A}$ |
عبور از یک درب بزرگ (سطح مقطع زیاد) آسان‌تر از یک درب کوچک است. |
| دما | در بیشتر مواد، با افزایش دما، مقاومت افزایش می‌یابد. | در یک راهروی شلوغ، اگر مردم تحرک بیشتری داشته باشند (مانند افزایش دما)، عبور سخت‌تر می‌شود. |
این روابط را می‌توان در یک فرمول کلی خلاصه کرد: $R = \rho \frac{L}{A}$. در اینجا $\rho$ (رو) نماد مقاومت ویژه ماده است که ثابت مربوط به جنس ماده می‌باشد.
مقاومت در عمل: از لامپ تا وسایل گرمایشی
مقاومت الکتریکی یک مفهوم تئوری محض نیست؛ بلکه پایه‌ای برای عملکرد بسیاری از وسایل اطراف ماست. این وسایل به دو دستهٔ کلی تقسیم می‌شوند: آن‌هایی که مقاومت برای آن‌ها یک مزاحم است و آن‌هایی که از مقاومت به عنوان یک مزیت استفاده می‌کنند.
مثال ۱: سیم‌کشی خانه - در سیم‌کشی برق خانه‌ها، از سیم‌های مسی با مقاومت بسیار کم استفاده می‌شود. دلیل آن این است که ما نمی‌خواهیم انرژی الکتریکی به صورت گرما تلف شود. اگر از سیم‌هایی با مقاومت بالا استفاده می‌کردیم، سیم‌ها بسیار داغ می‌شدند و علاوه بر هدررفت انرژی، خطر آتش‌سوزی به وجود می‌آمد.
مثال ۲: لامپ رشتهای - رشتهٔ داخلی یک لامپ قدیمی از جنس تنگستن ساخته شده که مقاومت بالایی دارد. هنگامی که جریان از این رشته با مقاومت بالا عبور می‌کند، رشته تا حد زیادی گرم شده و می‌درخشد. در اینجا مقاومت، عاملی مفید برای تولید نور و گرما است.
مثال ۳: بخاری برقی و توستر - المان گرمایشی داخل این وسایل، که معمولاً از آلیاژ نیکروم۱۰ ساخته می‌شود، یک مقاومت۱۱ هدفمند است. این المان طوری طراحی شده که با مخالفت در برابر عبور جریان، انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی مفید تبدیل کند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
۱ Electric Resistance
۲ Opposition to Electric Current Flow
۳ Ohm's Law
۴ Electric Current
۵ Ohm ($\Omega$)
۶ Conductor
۷ Insulator
۸ Voltage
۹ Resistivity
۱۰ Nichrome
۱۱ Resistor
۱۲ Fuse
۱۳ Superconductors