العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة
تنص القاعدة العامة للعلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة على أن هذه العلاقة هي علاقة طردية في المواد الموصلة حيث تزداد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة فيها، وعكسية في المواد العازلة فتقل مع زيادة درجة الحرارة فيها، وتستخدم نظريات ميكانيكا الكم للمساعدة على فهم اعتماد المقاومة لدرجة الحرارة أو الموصلية التبادلية، فالمادة عبارة عن مجموعة من الجسيمات المجهرية تسمى "الذرات" أما شعاع الضوء فهو تيار من الجسيمات المجهرية تسمى " الفوتونات ".
وبشكل مماثل لهذين المفهومين فإن الاهتزازات الحرارية في المادة الصلبة هي سرب من الجسيمات المجهرية تسمى "الفونونات"، وتقوم هذه الفوتونات بالاصطدام بشكل مستمر بالإلكترونات التي تحاول العبور إلى الطرف الموجب للبطارية باتجاهات عشوائية تؤدي إلى إعاقة محاولة الحركة المنظمة للإلكترونات ضد المجال الكهربائي ، وهذا الانحراف أو التشتت الذي يحدث للإلكترونات بسبب الفوتونات يعد من مصادر المقاومة، ومع ارتفاع درجة الحرارة يزداد عدد الفوتونات وبالتالي يزداد احتمال تصادمها مع الإلكترونات مما يؤدي إلى زيادة المقاومة.
المعادلة التي تعبر عن العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة
تعتمد المقاومة بشكل أساسي على نوعية وطبيعية الموصل ومما يتكون منه، ولكنها تعتمد أيضًا على درجة الحرارة، وعندما تكون التغيرات صغيرة في درجات الحرارة فإن المقاومة تتغير بشكل خطّي مع درجة الحرارة وفقاً للمعادلة التالية:
(r = ro (1 a DT
حيث إن a هو معامل درجة حرارة المقاومة.
وإذا أردنا صياغة المعادلة السابقة بحيث تكون المقاومة موضوعاً للقانون يصبح شكلها (R = Ro (1 a DT، وفي هذه الحالة يتم افتراض أن الطول والمساحة لا يتغيران مع تغير درجة الحرارة، ويكون معامل التمدد الخطي أقل بكثير من معامل درجة الحرارة للمقاومة، وهو السبب الذي يجعل هذه المعادلة غير مستخدمة ويفضل العلماء الابتعاد عن هذا الافتراض.
مفهوم المقاومة الكهربائية
تعرف المقاومة الكهربائية (Resistance) بأنها مقياس لمقاومة تدفق التيار في دائرة كهربائية، ويتم قياسها بوحدة الأوم (Ω) نسبة إلى عالم الفيزياء الألماني جورج سيمون أوم الذي تخصص في دراسة العلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة وهو الذي قام بصياغة قانون أوم ، وقد توصل إلى أن جميع المواد لديها مقاومة للتدفق الكهربائي إلى حد ما وتنقسم هذه المقاومة إلى فئتين رئيسيتين هما:
- الموصلات (Conductors): أي المواد التي تمتلك مقاومة منخفضة جدًا للتيار الكهربائي ، وبالتالي يمكن للإلكترونات أن تتحرك بسهولة فيها مثل الفضة والنحاس والذهب والألمنيوم.
- العوازل (Insulators): فهي المواد ذات المقاومة العالية والتي تتدفق فيها الإلكترونات بشكل محدود جداً مثل المطاط والورق والزجاج والخشب والبلاستيك.
بشكل عام كلما قلت المقاومة زاد التدفق الكهربائي، وفي بعض الأحيان تكون المقاومة منخفضة جداً لسبب ما في العوازل قد يكون بسبب تلفها بفعل الرطوبة أو السخونة الزائدة، وتقوم الشركات المصنعة للمقاومات الكهربائية بكتابة قيمها على لوحات أسماء المكونات أو في كتيبات كمرجع.
ملاحظة:
لا تكون قيمة المقاومة دائماً موجبة، ففي بعض المواد مثل السيليكون يكون معامل درجة الحرارة للمقاومة سالبًا وبالتالي تنخفض قيمة المقاومة بزيادة درجة الحرارة، والزيادة في درجة حرارة هذه المادة يمكن أن يؤدي إلى تحرير المزيد من ناقلات الشحن والذي يترافق مع زيادة التيار، وقد تمت الاستفادة من هذه الخاصية لصنع مقاوم بمقاومة تكاد تكون مستقلة عن درجة الحرارة، حيث يتكون المقاوم من مقاومين موضوعين في سلسلة؛ فيكون أحدها ذو معامل درجة حرارة موجب والآخر سالب، ويتم اختيار قيم المقاومة بطريقة تضمن تعويض الزيادة في المقاومة التي يواجهها أحد المقاومين بفعل انخفاض المقاومة التي يعاني منها المقاوم الآخر عندما تتغير درجة الحرارة.
