مقاومت الکتریکی و رابطه آن با ولتاژ چیست؟

در دنیای مدرن، درک مفاهیمی مانند مقاومت الکتریکی و ولتاژ برای درک عملکرد بسیاری از دستگاه های الکتریکی که روزانه از آنها استفاده می کنیم، ضروری است. این مفاهیم پایه و اساس مدارهای الکتریکی هستند و در طیف گسترده ای از کاربردها از جمله روشنایی، ارتباطات و حمل و نقل نقش دارند. در این مقاله، به بررسی عمیق مقاومت الکتریکی و رابطه آن با ولتاژ می پردازیم

مقاومت الکتریکی چیست؟

مقاومت الکتریکی (R) به عنوان مخالفت یک ماده با جریان الکتریکی تعریف می شود. به عبارت دیگر، مقاومت الکتریکی میزان سختی عبور جریان الکتریکی از یک ماده را نشان می دهد. واحد اندازه گیری مقاومت الکتریکی اهم (Ω) است. هرچه مقاومت الکتریکی یک ماده بیشتر باشد، عبور جریان الکتریکی از آن دشوارتر است و بالعکس.

ولتاژ چیست؟

ولتاژ (V) به عنوان اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه تعریف می شود. به عبارت دیگر، ولتاژ نشان دهنده میزان "فشار" الکتریکی است که باعث حرکت بارهای الکتریکی می شود. واحد اندازه گیری ولتاژ ولت (V) است.

منابع مختلفی می توانند ولتاژ ایجاد کنند، از جمله

باتری ها   باتری ها از طریق واکنش های شیمیایی ولتاژ ایجاد می کنند.

ژنراتورها  ژنراتورها از طریق القای الکترومغناطیسی ولتاژ ایجاد می کنند.

دو نوع اصلی ولتاژ وجود دارد

• ولتاژ AC (جریان متناوب): ولتاژ AC به طور مداوم در جهت و بزرگی تغییر می کند.
• ولتاژ DC (جریان مستقیم): ولتاژ DC در جهت و بزرگی ثابت می ماند.

رابطه بین مقاومت الکتریکی و ولتاژ

رابطه بین مقاومت الکتریکی و ولتاژ توسط قانون اساسی اهم توصیف می شود. این قانون بیان می کند که جریان الکتریکی (I) در یک مدار با ولتاژ (V) اعمال شده به طور مستقیم متناسب و با مقاومت الکتریکی (R) به طور معکوس متناسب است. به عبارت دیگر

I = V / R

قانون اهم به ما امکان می دهد تا یکی از سه کمیت I، V و R را با دانستن دو کمیت دیگر محاسبه کنیم.

آیا مقاومت می تواند ولتاژ را کاهش دهد؟

یک مقاومت در اتصال سری ، تا زمانی که جریان از آن عبور کند ، افت ولتاژ خواهد داشت. این عملکرد تقسیم ولتاژ مقاومت است. بنابراین می توان از مقاومت برای کاهش ولتاژ استفاده کرد.

چگونه مقاومت باعث افت ولتاژ میشود ؟

هر گاه مقاومتی بر سر راه یک مدار قرار بگیرد باعث محدود کردن (کاهش دادن ) جریان عبوری از آن مدار میشود .

فرض کنید در یک مدار،جریان عبوری از مقاومت 6 آمپر است.بعد یک مقاومت ۲ اهم دیگر نیز به مدار اضافه میکنیم،

طبق قانون اهم چون مقاومت دوبرابر شد جریان نصف میشود (مقاومت/ولتاژ=جریان) 

آیا مقاومت باعث افزایش ولتاژ می شود؟

این معادله، i = v/r، به ما می گوید که جریان i که از مدار می گذرد با ولتاژ v نسبت مستقیم و با مقاومت r نسبت معکوس دارد. به عبارت دیگر، اگر ولتاژ را افزایش دهیم، جریان افزایش می یابد . اما، اگر مقاومت را افزایش دهیم، جریان کاهش می یابد.

چگونه ولتاژ با مقاومت تغییر می کند؟

R=مقاومت به عبارت دیگر، جریان با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت معکوس دارد. بنابراین، افزایش ولتاژ تا زمانی که مقاومت ثابت نگه داشته شود، جریان را افزایش می دهد.

آیا ولتاژ با مقاومت کاهش می یابد؟

ولتاژ به طور مستقیم با جریان تغییر می کند. "R" ثابت تناسب است که نشان می دهد چقدر تغییر می کند. اگر مقاومتی را به مدار اضافه کنم، ولتاژ کاهش می یابد . اگر یک مقاومت در مدار داشته باشید که جریانی از آن عبور می کند، ولتاژی در مقاومت افت می کند (طبق قانون اهم).

آیا مقاومت بر ولتاژ تأثیر می گذارد؟

هر چه مقاومت بزرگتر باشد ، انرژی بیشتری توسط آن مقاومت مصرف می شود و افت ولتاژ در آن مقاومت بیشتر می شود. از قانون اهم می توان برای بررسی افت ولتاژ استفاده کرد.

آیا ولتاژ نسبت مستقیمی با مقاومت دارد؟

رابطه بین جریان، ولتاژ و مقاومت با قانون اهم بیان می شود. این بیان می کند که جریان جاری در مدار با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم و با مقاومت مدار نسبت معکوس دارد، مشروط بر اینکه دما ثابت بماند.

آیا مقاومت جریان یا ولتاژ را محدود می کند؟

به طور خلاصه: مقاومت ها جریان الکترون ها را محدود می کنند و جریان را کاهش می دهند . ولتاژ با اختلاف انرژی پتانسیل در مقاومت ایجاد می شود. پاسخ ریاضی این است که مقاومت یک وسیله الکتریکی دو ترمینالی است که از قانون اهم پیروی می کند یا می توان گفت آن را اجرا می کند: V=IR.

آیا مقاومت بالا باعث افت ولتاژ می شود؟

علل افت ولتاژ افت بیش از حد به دلیل افزایش مقاومت در مدار است که معمولاً به دلیل افزایش بار یا انرژی مورد استفاده برای تغذیه چراغ های الکتریکی به شکل اتصالات اضافی، قطعات یا هادی های با مقاومت بالا ایجاد می شود.

وقتی مقاومت مدار بدون تغییر ولتاژ افزایش می یابد چه اتفاقی می افتد؟

قانون اهم بیان می کند که جریان الکتریکی (I) که در مدار جریان دارد با ولتاژ (V) متناسب و با مقاومت (R) نسبت معکوس دارد. ... به همین ترتیب افزایش مقاومت مدار در صورت عدم تغییر ولتاژ باعث کاهش جریان جریان می شود .

چرا مقاومت ها ولتاژ پایین می آورند؟

هنگامی که الکترون ها از مقاومت عبور می کنند، در اثر برهمکنش با الکترون های موجود در ماده رسانا، انرژی خود را از دست می دهند. همانطور که انرژی به ماده داده می شود، انرژی گرمایی به دست می آورد بنابراین دمای آن افزایش می یابد. الکترون های متحرک انرژی پتانسیل را از دست می دهند و از این رو ولتاژ کاهش می یابد.

عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی

همانطور که قبلاً ذکر شد، مقاومت الکتریکی یک ماده به عوامل مختلفی از جمله جنس، طول، ضخامت و دما بستگی دارد. در این بخش، به بررسی جزئیات بیشتر هر یک از این عوامل می پردازیم

جنس ماده  مقاومت الکتریکی مواد مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. فلزات مانند مس، نقره و طلا رساناهای خوبی هستند و مقاومت الکتریکی پایینی دارند. در مقابل، غیر فلزات مانند پلاستیک، شیشه و چوب عایق هستند و مقاومت الکتریکی بالایی دارند.

طول سیم  مقاومت الکتریکی یک سیم با طول آن به طور مستقیم متناسب است. به عبارت دیگر، هر چه سیم بلندتر باشد، مقاومت الکتریکی آن نیز بیشتر است.

ضخامت سیم  مقاومت الکتریکی یک سیم با ضخامت آن به طور معکوس متناسب است. به عبارت دیگر، هر چه سیم ضخیم تر باشد، مقاومت الکتریکی آن نیز کمتر است.

دما  مقاومت الکتریکی اکثر مواد با افزایش دما افزایش می یابد. این پدیده به عنوان ضریب دمای مقاومت (TCR) شناخته می شود. TCR برای فلزات مثبت و برای نیمه هادی ها منفی است.

مقاومت ها کاربردهای گسترده ای در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی دارند. در اینجا چند نمونه از کاربردهای رایج آنها آورده شده است

• تقسیم کننده ولتاژ  همانطور که قبلاً ذکر شد، از مقاومت ها می توان برای تقسیم ولتاژ ورودی به چند ولتاژ خروجی کوچکتر استفاده کرد. این کاربرد در مدارهای مختلفی مانند تقویت کننده های عملیاتی و مبدل های ولتاژ-فرکانس استفاده می شود.
• کنترل جریان  از مقاومت ها می توان برای محدود کردن جریان عبوری از یک مدار استفاده کرد. این کاربرد برای محافظت از اجزای حساس در برابر آسیب ناشی از جریان بیش از حد مهم است.
• گرمایش  همانطور که قبلاً ذکر شد، از مقاومت ها می توان برای تولید گرما استفاده کرد. این کاربرد در بخاری های الکتریکی، اجاق های برقی و لامپ های رشته ای استفاده می شود.
• زمان بندی  از مقاومت ها می توان در مدارهای زمان بندی برای کنترل زمان شارژ یا تخلیه خازن ها استفاده کرد. این کاربرد در مدارهای اسیلاتور و تایمر استفاده می شود.
•   فیلتر  از مقاومت ها می توان در مدارهای فیلتر برای حذف نویز و سیگنال های ناخواسته استفاده کرد. این کاربرد در مدارهای تقویت کننده صوتی و منبع تغذیه استفاده می شود.