المبادىء الأساسية للهندسة الكهربية والإلكترونية :الجزء الثالث : التغير فى المقاومة

[F.Abdelaziz]

المبادىء الأساسية للهندسة الكهربية والإلكترونية :الجزء الثالث : التغير فى المقاومة Resistance variation :
فى نهاية هذا الجزء يجب أن تكون قادرا على :
· التعرف على الطرق الثلاثة الشائعة لبناء المقاومة .
· معرفة أن المقاومة الكهربية تعتمد على أربعة عوامل .
· معرفة الصيغة التالية لحساب المقاومة :
·

حيث ρ هى المقاومة النوعية resistivity لمادة المقاومة .
· معرفة القيم النموذجية للمقاومة ووحداتها .
· إجراء عمليات حسابية باستخدام العلاقة :

· تعيين معامل درجة الحرارة temperature coefficient, للمقاومة .
· التعرف على القيم النموذجية لمعامل درجة الحرارة .
· إجراء عمليات حسابية باستخدم العلاقة :
·

· تعيين المقاومة resistance والسماح tolerance للمقاومة الثابتة من شفرة الألوان .
· تعيين المقاومة والسماح للمقاومة الثابتة من شفرة الحروف والأرقام .

[F.Abdelaziz]

1- بناء المقاومة Resistor construction :
يوجد مجموعة واسعة من أنواع المقاومات , أكثرها شيوعا , من حيث البناء , ثلاثة هى :
أ‌- مقومات السلك الملفوف Wire wound resistors :
تصنع من سلك من النيكل كروم أو المنجانين , والذى يكون له قيمة مقاومة ,لكل وحدة طولية, معروفة يتم قطعه بالقيمة المطلوبة ولفه حول قلب من السيراميك وطلائه للحماية . هذا النوع من المقاومات له أبعاد طبيعية (حجم) كبيرة , وهو يعتبر عيب , مع ذلك يمكن أن تصنع بدرجة دقة مرتفعة ويمكن أن يكون لها معدل قدرة مرتفع .
تستخدم مقاومات السلك الملفوف فى دوائر القدرة وفى بوادىء المحركات .

ب‌- مقاومات أكسيد المعدن Metal oxide resistors
فيها يتم ترسيب طبقة رقيقة من البلاتين على سطح من الزجاج, بعد ذلك يتم حرقها وحفر مسار رقيق بها وبعد ذلك توضع فى وعاء على شكل أنبوبة . تستخدم هذه المقاومات فى المعدات الالكترونية .

ت‌- مقاومات الكربون Carbon resistors :
تصنع هذه المقاومات من خليط من الكربون ومساحيق حرارية حيث يتم ضغطها وتشكيلها وتسخينها فى فرن لتشكيل قضيب صلب ذات طول وعرض قياسى . قيمة المقاومة يتم تعيينها مسبقا عن طريق نسبة الخليط .
يتم وضع نهايات توصيل معدنية بالقضيب لتعمل كنقط توصيل بالدائرة الكهربية . هذا النوع من المقاومات يكون صغير وينتج بكميات كبيرة بثمن رخيص , وله دقة محدودة ومعدل قدرة منخفض . يستخدم هذا النوع من المقاومات فى المعدات الالكترونية .

[F.Abdelaziz]

2- المقاومة والمقاومة النوعية Resistance and resistivity :
تعتمد مقاومة الموصل الكهربى على أربعة عوامل , وهى :
أ‌- طول الموصل .
ب‌- مساحة مقطع الموصل .
ت‌- نوع مادة الموصل .
ث‌- درجة حرارة مادة الموصل .
المقاومة R تتناسب طرديا مع طول الموصل "l" أى أن R ∝ l . ولذلك , على سبيل المثال , إذا ضاعفنا طول قطعة من سلك فإن المقاومة تتضاعف .
المقاومة R تتناسب عكسيا مع مساحة مقطع الموصل "a" أى أن R ∝ 1/a . ولذلك ,على سبيل المثال , إذا ضاعفنا مساحة مقطع قطعة من سلك فإن المقاومة تقل للنصف .
وحيث أن R ∝ l و R ∝ 1/a فيكون R ∝ l/a . بوضع ثابت التناسب فى هذه العلاقة فمن الممكن أخذ نوع المادة المستخدمة فى الحسبان.يعرف ثابت التناسب بالمقاومة النوعية للمادة وتعطى الرمزρ (Greek rho) ومن ثم يكون :

تقاس ρ بالأوم ميتر (Ωm) . قيمة المقاومة النوعية هى مقاومة وحدة مكعبة من المادة مقاسة بين بين وجهين متقابلين من المكعب .
تتغير المقاومة النوعية مع تغير درجة الخرارة ةفيما يلى بعض القيم النموذجية للمقاومة النوعية مقاسة عند درجة حرارة الغرفة :

لاحظ أن الموصلات الجيدة للكهرباء لها قيمة منخفضة للمقاومة النوعية وأن العوازل الجيدة لها قيمة مرتفعة للمقاومة النوعية .
أمثلة :

[F.Abdelaziz]

3- معامل درجة الحرارة للمقاومة Temperature coefficient of resistance :

بشكل عام , كلما ارتفعت درجة حرارة المادة , فإن معظم الموصلات تزداد مقاومتها , والعوازل تقل مقاومتها , فى حين أن مقاومة بعض السبائك الخاصة تظل ثابتة تقريبا .
معامل درجة حرارة المقاومة للمادة هو الزيادة فى المقاومة لواحد أوم 1Ω من هذه المادة عندما تتعرض لارتفاع فى درجة الحرارة بمقدار واحد درجة مئوية 1◦C . الرمز المستخدم لمعامل درجة الحرارة هو "الفا" (Greek alpha) . لذلك , إذا تم تسخين سلك من النحاس مقاومته 1Ω وارتفعت درجة الحرارة بمقدار 1◦C ثم تم قياس مقاومته ووجدت1.0043 Ω فإن =0.0043 Ω/Ω ◦C للنحاس . عادة يتم التعبير عنها الوحدات ‘per ◦C’ ,أى أن =0.0043/◦C للنحاس . إذا تم تسخين واحد أوم من النحاس لتزداد درجة الحرارة بمقدار 100 درجة مئوية عندئذ تصبح المقاومة 1+100×0.0043=1.43Ω . فيما يلى بعض القيم النموذجية لمعامل درجة الحرارة المقاومة مقاسة عند الصفر المئوى 0◦C :

لاحظ أن الإشارة السالبة للكربون تشير إلى أن المقاومة تقل (تهبط) مع زيادة درجة الحرارة .
إذا عرفت مقاومة مادة عند 0◦C فيمكن تعيين المقاومة عند أى درجة حرارة من الصيغة التالية :

مثال :
ملف من سلك النحاس مقاومته 100 أوم عندما تكون درجة حرارته صفر مئوى . أوجد مقاومته عند 70 درجة مئوية , هلما بأن معامل درجة الحرارة للنحاس هو◦C0.0043/ .

مثال :
كابل ألومنيوم مقاومته 27 أوم عند 35 درجة مئوية . أوجد مقاومته عند الصفر المئوى , علما بأن معامل درجة الحرارة هو ◦C0.0038/ .

مثال :
مقاومة كربونية قيمتها واحد كيلوأوم . أوجد مقاومتها عند 80 درجة مئوية , مع العلم بأن معامل درجة الحرارة للمقاومة للكربون عند صفر مئوى هو − 0.0005/◦C .

إذا كانت مقاومة المادة عند درجة حرارة الغرفة (تقريبا 20◦C ) هى R20 , ومعلوم معامل درجة الحرارة عند هذه الدرجة وهو 20 , عندئذ فإن درجة المقاومة R عند درجة الحرارة ◦C تعطى بالعلاقة :

مثال :
ملف من سلك النحاس مقومته 10 أوم عند 20 درجة مئوية . أذا كان معامل درجة الحرارة للمقاومة عند 20 درجة مئوية هو 0.004/◦C , أوجد مقاومة الملف عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية .

مثال :
مقاومة ملف من سلك الألومنيوم عند درجة حرارة 18 درجة مئوية هى 200 أوم . ارتفعت درجة حرارة السلك وتسببت فى زيادة المقاومة إلى 240 أوم . إذا كان معامل درجة الحرارة لمقاومة الألومنيوم هو
0.0039/◦C عند 18 درجة مئوية , أوجد الارتفاع فى درجة حرارة الملف .

إذا كانت المقاومة عند درجة الصفر المئوى غير معروفة , لكنها معروفة عند عند درجة حرارة أخرى 1, عندئذ يمكن إيجاد المقاومة عند أى درجة حرارة كما يلى :

مثال :
سلك من النحاس مقاومته 200 أوم عند 20 درجة مئوية . مر تيار تيار كهربى بالسلك فأرتفعت درجة حرارته إلى 90 درجة مئوية . أوجد مقاومة السلك عند 90 درجة مئوية , مصححا القيمة لأقرب أوم , عل فرض أن معامل درجة الحرارة للمقاومة هو 0.004/◦C عند الصفر المئوى 0◦C .

[F.Abdelaziz]

- شفرة ألون المقاومة وقيمها الأومية Resistance colour coding and ohmic value :
أ-شفرة الألوان للمقاومات الثابتة :
الجدول التالى يبين شفرة الألوان للمقاومات الثابتة :

* للمقاومات الثابتة ذات الأربعة أشرطة four-band ( أول شريطين للدلالة الأحادية والثالث للمضاعف العشرى والرابع للسماح) :
أصفر- بنفسجى – برتقالى – أحمر : 47 كيلوأوم 47KΩ بسماح قدره +/- 2% .







لاحظ أن الشريط الأول هو الأقرب لنهاية المقاومة .
* للمقاومات الثابتة ذات الخمسة أشرطة ( الثلاثة أشرطة الأولى للدلالة الأحادية والرابع للمضاعف العشرى والخامس للسماح) :
أحمر – أصفر – أبيض – برتقالى – بنى : 249 كيلو أوم 249KΩ بسماح قدره +/- 1% .
لاحظ أن الشريط الخامس أعرض من باقى الأشرطة بمرة ونصف إلى مرتين .

مثال :
أوجد القيمة والسماح لمقاومة ألونها : "orange-orange-silver-brown"

بما أن كود الألوان مكون من أربعة أشرطة فإن أول شريطان (برتقالى – برتقالى) يعطيان من الجدول 33 , والشريط الثالث (الفضى) يدل على الضرب فى 10-2 (أى القسمة على 100) فتكون قيمة المقاومة :

الشريط الرابع (البنى) للدلالة على السماحtoleranceبمقدار +/- 1% .

مثال :
أوجد القيمة والسماح لمقاومة لها شفرة الألوان : brown-black-brown
الشريطان الأول والثانى brown-black يعطيان 10.
الشريط الثالث يدل على الضرب فى 10 وهذا يعنى أن قيمة المقاومة :

فى هذه الحالة لا يوجد شريط ألوان رابع لذلك يكون السماح +/- 20% .

مثال : بين أى قيمتين يجب أن تقع مقاومة شفرة ألوانها : brown-black-brown-silver ؟
تدل شفرة الألوان على أن قيمة المقاومة 10X10 = 100 Ω والسماح +/- 10% وهذا يعنى أن القيمة يمكن أن تقع بين :

أى تقع بين 90 و 110 أوم .



مثال :
أوجد شفرة الألوان لمقاومة قيمتها 47KΩ والسماح +/- 5% :

مثال :
أوجد القيمة والسماح لمقاومة شفرة ألوانها : orange-green-red-yellow-brown
الشرة مكونة من خمس ألوان :
الثلاثة ألوان الأولى تدل على 352 واللون الرابع يدل على الضرب فى 10 أس أربعة فتكون قيمتها :






اللون الخامس يدل على السماح بقيمة +/- 1%

[F.Abdelaziz]

كود الحروف والأرقام للمقاومات :
طريقة أخرى لبيان قيمة المقاومة , بشفرة الحروف والأرقام كما هو مبين بالجدول التالى :




يتم بيان السماح كما يلى :

أمثلة :





مثال :
أوجد قيمة المقاومة المكتوب عليها 6K8F .

مثال :
أوجد قيمة المقاومة المكتوب عليها 4M7M

مثال :
أوجد شفرة الحروف والأرقام لمقاومة قيمتها 68 كيلوأوم والسماح +/- 10%