المقاومة والتعريف الفيزيائي: "المقاومة الكهربية".. قاموس المقاومة (6)

تأملت في أحد الدروس الفيزيائية ما يتعلق بالأجهزة الكهربائية، ولفتني في الحقيقة حديث مطول حول المقاومة الكهربية في تعريفها ووظائفها وأدوارها والأهداف التي ترتبط بها والغايات القاصدة إليها، وهالني تلك المشابهات المهمة بين المقاومة في الجهاز الكهربي والمقاومة في كيان الأمة؛ صحيح أن المقاومة الكهربية هي خاصية فيزيائية تتميز بها الموصلات المعدنية في الدوائر الكهربائية، إلا أن طريقة عملها وتشغيلها تحيلنا إلى قراءتها قراءة اعتبار واستثمار.

المقاومة الكهربية تعرف على أنها قابلية المواد لمقاومة مرور التيار الكهربائي فيها، وهي إعاقة المادة لمرور التيار الكهربائي خلالها. تسمى المقاومة (Electrical Resistance)؛ عندما تكون مثالية ألا تتغير قيمتها بتغير الجهد الكهربائي ولا بتغير شدة التيار أو بتغير تردد التيار (في حالة التيار المتردد). وينطبق قانون المقاومة المثالية في جميع قيم الجهد أو شدة التيار. المقاومات تعمل للحد من مرور التيار الكهربائي، وفي نفس الوقت تعمل على تقليل مستويات الجهد الكهربائي داخل الدائرة الكهربائية.

وظيفة المقاومة الكهربائية تكمن في ممانعة أو عرقلة تدفق التيار الكهربائي عبر مادة معينة، أو موصل معين، حيث تُعرف المقاومة الكهربائية بأنها خاصية أساسية تتمتع بها المواد والعناصر المختلفة في الدوائر الكهربائية، وهي تُقاس بوحدة "الأوم" في النظام العالمي للوحدات، وهي تلعب دورا حاسما في تشغيل مختلف الأجهزة والأنظمة الكهربائية والإلكترونية.

وضمن هذا الإطار تقع المشابهة للمقاومة الكهربية بالمقاومة المقترنة بالأمة وجهاز فعاليتها عند التفعيل والتشغيل. إذ تقوم المقاومة الكهربية بدور مهم في الدوائر الكهربية، فعندما تُصمِّم الدوائر الكهربية، فإننا نستخدم المقاومات للتحكُّم في تدفُّق الشحنات. ونفعل ذلك باستخدام مكوِّنات تُسمَّى المقاومات؛ وهي مكوِّنات لها مقاومة كهربية، وهي لا تؤدي أي وظيفة أخرى. من الناحية العملية، تتحدَّد شدة التيار المار في أيٍّ من مكوِّنات الدائرة الكهربية بأمرين: فرق الجهد عبر المكوِّن، ومقاومة المكوِّن.

إن تأثير زيادة فرق الجهد على شدة التيار عكس تأثير زيادة المقاومة، فستؤدي زيادة فرق الجهد عبر المكوِّن إلى زيادة شدة التيار، لكن زيادة مقاومة المكوِّن ستؤدي إلى مقاومة تدفُّق الشحنات؛ ومن ثَمَّ تقليل شدة التيار.

شدة التيار، وفرق الجهد، والمقاومة، ثلاثة مفاهيم مهمة للغاية عند دراسة الكهرباء، وعند تبصر دور تلك المقاومات في الجهاز الكهربي والدوائر الكهربية فإن للمقاومة الكهربائية فائدة كبيرة في الحفاظ على الأجهزة الإلكترونية والدوائر الإلكترونية المختلفة، فهي تعمل على تقليل تدفق التيار العالي ومقاومة مروره، وتستخدم المقاومات حسب الحاجة، فلكل مقاومة قيمة معينة ولكل جهاز خصائص معينة تحتاج إلى قيم معينة من المقاومات.

تعرفنا على أن المقاومة تسمح بمرور تيار محدد من خلالها حسب القيمة، ولكن هناك مؤثر هام يجب أخذه في الاعتبار وهي قدرة المقاومة على تحمل شدة التيار المار، حيث أن العلاقة بين شدة التيار وقدرة المقاومة طردية، بمعنى كلما زادت شدة التيار تزيد معها قدرة المقاومة وبالتالي تحتاج إلى مقاومة بحجم أكبر لكي يتحمل شدة التيار.

فائدة المقاومة يأتي من اسمها؛ فهي تعمل على مقاومة وتقليل التيار الكهربائي المّار في الدائرة الكهربائية، وذلك لحماية القطع الإلكترونية الأخرى التي تحتوي عليها الدائرة الكهربائية. إن للمقاومة الكهربائية فائدة كبيرة في الحفاظ على الأجهزة الإلكترونية والدوائر الإلكترونية المختلفة، فهي تعمل على تقليل تدفق التيار العالي ومقاومة مروره، وتستخدم المقاومات حسب الحاجة، فلكل مقاومة قيمة معينة ولكل جهاز خصائص معينة تحتاج إلى قيم معينة من المقاومات.

وظيفة المقاومة في الدائرة الكهربائية هي التحكّم في مدى تدفق التيـار الكهربائي وكذا التقليل من الجهد في الدائرة الكهربائيّة لمستوى معين؛ والمقاومات قد تكون مقاومة ثابتة أو مقاومة متغيرة، أو تجمع بينهما ولكل منها وظائف تخص الكيان أو الجهاز في حمايته والحفاظ عليه؛ أو في تنظيم نشاطه وطاقاته.

والمقاومة ثابتة هي التي لها قيمة ثابتة لا يمكن تغييرها لأي سبب كان، والمقاومة المتغيرةهي قابلة للتغيير على حسب النوع، ولكل نوع طريقته في تغيير مقاومته والبناء على طريقته في تغيير المقاومة.

وبالإضافة للمقاومة الثابتة والمقاومة المتغيرة؛ فتكون المقاومة خطية أو مقاومة غير خطية. وبذلك تنقسم المقاومة إلى عدّة أنواع مختلفة، إذ يستخدم كل نوع منها في تطبيقات واستخدامات متنوّعة، حيث تتناسب كل منها تبعا لشدة الجهد والتيار والثبات، بينما تُستخدم المقاومة الخطيّة للتحكّم في مدى تدفق التيار الكهربائي، عكس المقاومة غير الخطية التي تختلف باختلاف الجهد والتيار ودرجة الحرارة. وتنقسم المقاومة الخطية إلى المقاومة المتغيرة والثابتة، إذ يتماشى مقدارها مع مقدار الجهد في السلك. وتُعرف المقاومة غير الخطية باختلاف مقدارها اعتمادا على درجة الحرارة والجهد، حيث تستجيب للمتغيرات.

تشمل بعض الاستخدامات الأكثر شيوعا للمقاومات: الفواصل المحتملة، والمقاومات المتحيّزة؛ أي تعيين ردود الفعل بواسطة مقاومات خارجية تقييد التيار، والمقاومة المتطابقة لتعظيم نقل الطاقة عند الترددات العالية.

قياس التيار يحتاج العديد من الدوائر وإلى معرفة مقدار التيار المتدفق، ومع ذلك، فمن الأسهل بكثير قياس الجهد، لذا فإنّ إدخال المقاومة في الدائرة لتطوير الجهد.

وهناك سحب البيانات والعناوين، وتساعد هذه الوظيفة في تقليل مشكلات الضوضاء في النواقل في الكمبيوتر عالية السرعة.

كل تلك التنوعات تتطلب ما يمكن تسميته شبكات المقاومة (Resistor Networks)، تهدف لتنسيق عملها والقيام بمختلف أدوارها ووظائفها على تنوعها ومناسبتها للقيام بعملها.

وظيفة المقاومة الكهربائية تكمن في ممانعة أو عرقلة تدفق التيار الكهربائي عبر مادة معينة، أو موصل معين، حيث تُعرف المقاومة الكهربائية بأنها خاصية أساسية تتمتع بها المواد والعناصر المختلفة في الدوائر الكهربائية؛ حماية وحفظا وتمريرا للطاقة وتوزيعها ومنع هدرها ومواجهة زيادتها؛ وتمكين تلك المقاومات المختلفة إنما يكمن في شبكيتها والتنسيق بين أدوارها.

تتكون الدائرة الكهربائية من عناصر فعالة (active elements) مثل مصدر الجهد، ومصدر التيار، والعناصر الإلكترونية. وتعتبر المقاومة من أهم عناصر الدائرة الكهربائية، حيث تقوم بوظيفة هامه جدا فيتم عن طريقها التحكم في التيار والجهد في الدائرة.

وللمقاومة عدة مواصفات مثل القيمة والقدرة ومادة الصنع ونسبة التفاوت والشكل، وهل هي ثابتة أم متغيرة القيمة، وبالطبع أهميتها في الدائرة تتوقف على مواصفاتها. الدور التأسيسي للمقاومة التحكم في التيار المار والجهد على الحمل، وباختصار نستخدم المقاومة الكهربائية للتحكم في الجهود والتيارات التي تسري عبر أجزاء الدائرة المختلفة ويتم ذلك على حسب نوع التوصيل؛ هل هو توال أم تواز، فالتوصيل على التوالي يتحكم في الجهود والتوصيل على التوازي يتحكم في التيارات.

في كل دائرة إلكترونية هنالك أكثر من عنصر واحد، وكل عنصر من هذه العناصر يحتاج إلى جهد وتيار محددين، فإذا كان الجهد أكثر مما يحتاجه العنصر فلن يتحمله هذا العنصر وسوف يحترق، وإذا كان الجهد أقل مما يحتاجه العنصر فسوف يحدث خلل في أدائه لوظيفته ولن يؤدي وظيفته كما نريد منه. وهنا يأتي دور المقاومة الكهربائية بأن تساعدنا على إعطاء كل عنصر الجهدَ والتيارَ اللذين يحتاجهما دون زيادة أو نقصان، ذلك أن من فوائد المقاومة الكهربائية منع هدر الطاقة، كتلك الفوائد من إقامة السدود على الأودية لمنع هدر مياه الأمطار.

عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر مادة موصلة معينة (مثل السلك) يواجه مقاومة كهربائية محددة، تعرقل أو تمانع مرور التيار الكهربائي من خلالها، مما يؤدي إلى تباطؤ تدفق الإلكترونات المتحركة عبر هذه المادة الموصلة، حيث تؤدي هذه المقاومة الكهربائية إلى تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية (الجهد الكهربائي = التيار الكهربائي × المقاومة الكهربائية).

وظيفة المقاومة الكهربائية في مختلف التطبيقات الكهربائية تشمل التحكم بالتيار الكهربائي المتدفق عبر الدائرة، وتقسيم الجهد الكهربائي، وتنظيم درجة الحرارة، ومعالجة الإشارات، وتبديد الطاقة، واستخدامها في أجهزة الكشف والقياس، بالإضافة إلى استخدامها في العديد من التطبيقات العملية الأخرى. وتُستخدم المقاومة الكهربائية لتحديد مقدار التيار الكهربائي المتدفق في أجزاء محددة من الدائرة الكهربائية، مما يمنع من تشكل تيار زائد على بعض المكونات، الأمر الذي يساعد في حمايتها من التلف أثناء تشغيل الدائرة الكهربائية.

أما تقسيم الجهد فيتم استخدام المقاومات الكهربائية المختلفة لإنشاء مستويات جهد محددة أو لتقسيم الجهد في الدائرة الكهربائية، وتنظيم درجة الحرارة، حيث تعتمد العديد من المكونات الكهربائية على المقاومة الكهربائية للمواد التي تتغير مع درجة الحرارة لأداء وظائفها. وكذا معالجة الإشارات في الدوائر الإلكترونية المختلفة، فيتم استخدام المقاومات الكهربائية لتشكيل وتعديل ومعالجة الإشارات، بما في ذلك التصفية أو الفلترة، والتخفيف أو التوهين وغيرها.

أما تبديد الطاقة، فتستخدم المقاومات الكهربائية عالية القدرة كمقاومات حمل أو لتبديد الطاقة الزائدة على شكل حرارة الكشف والقياس، إذ تستخدم المقاومات الكهربائية في الحساسات المختلفة والأجهزة القياسية لتحويل المعلمات الفيزيائية مثل الضوء والضغط أو درجة الحرارة إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس.

إن فهم المقاومة الكهربائية للمواد الموصلة المختلفة ومعرفة كيفية التحكم بها يعد أمرا مهما وحيويا لتصميم وتحسين الأنظمة الكهربائية والإلكترونية المختلفة، وذلك بهدف ضمان عملها بشكلٍ صحيح، ورفع كفاءتها، وحماية أجزائها الداخلية من التلف.

إذا كانت الأمة بمثابة هذا الجهاز فإن المقاومة فيها هي التي تحمي كيان الأمة والحفاظ عليه سليما معافى، بحيث يكون قادرا على مواصلة عمله بفاعلية ونشاط من أي شحنات عالية في مواجهات الأمة وتحدياتها؛ قد تصيبها بمزيد من الأذى وكثير من الضرر، إلا أن المقاومة بعملها في مراقبة التيار الزائد أو المتردد الذي يشكل تحديا أو عدوانا على كيان الأمة بأسرها والذي قد يصيب الجهاز بالكلية إلى حد الاحتراق الذي يتركه خرابا يبابا؛ تصُد عن الجهاز أي هجوم أو عدوان عليه.

وربما تضحي المقاومة ببعض من عناصر مقاومتها إنقاذا للأمة بأسرها؛ فالمقاومة تُنتدب عن الأمة والحفاظ على حياضها وعزتها وشرفها واستمرار وبقاء كيانها. ومن هنا تأتي تدبر وظائف المقاومة من خلال تلك الوظائف المتعددة ومحاولة التنسيق فيما بينها في تنظيم الجهد والطاقة، ضمن أنواع المقاومة الثابت منها أو المتغير، الخطي منها وغير الخطي، وتأدية الوظائف المتعددة والقيام بالأدوار المتنوعة وفق عناصر عمل الفريق المقاوم مع تعدد الوسائل والآليات، وتقسيم العمل وتوزيع الأدوار وإسناد المهام ضمن أطر شبكية وتنسيقية غاية في الأهمية، فالتعلم من الآلة ومكوناتها ووظائفها وأدوارها من الأمور المهمة في البيان النظري والتدبير العملي.. "فاعتبروا يا أولي الأبصار".

twitter.com/Saif_abdelfatah