ما هي المقاومة النوعية

المقاومة الكهربائية والمقاومة النوعية كلاهما مفاهيم تساعدنا في فهم الموضوعات المعقدة مثل الكهرباء والتيار. وفي هذا المقال شرح للمقاومة النوعية والفرق بين المقاومة النوعية والمقاومة الكهربائية.

تعريف المقاومة النوعية

المقاومة النوعية أو المقاومية (Resistivity) هي مقياس لخاصية المادة لمقاومة تدفق التيار الكهربائي. يتم التعبير عنها بوحدة أوم متر (Ω⋅m)، رمز المقاومة النوعية هو الحرف اليوناني رو (rho) ρ. كلما كانت قيمة المقاومة النوعية عالية تقل مقدرة المادة على توصل التيار الكهربائي.

ويمكن تعريف المقاومة النوعية أيضًا أنها المعاوقة التي يقدمها سلك بطول 1 متر من مادة مساحة مقطعه العرضي 1 متر مربع.

قانون المقاومة النوعية

المقاومة النوعية = المقاومة الكهربائية x مساحة مقطع السلك / طول السلك.

ρ = R⋅A / L

حيث أن ρ هي المقاومة النوعية، R المقاومة الكهربائية، A مساحة مقطع السلك، L طول السلك الموصل.

تختلف قيم المقاومة النوعية باختلاف درجة الحرارة وطبيعة المادة، في الجدول أدناه بعض القيم النموذجية للمقاومة النوعية لمواد مختلفة مقاسة عند درجة حرارة الغرفة 25C.

المقاومة النوعية للنحاس	1.7×10-8Ωm
المقاومة النوعية للألمونيوم	2.6×10-8Ωm
المقاومة النوعية للزجاج	1×1010Ωm
المقاومة النوعية للميكا	1×1013Ωm

لاحظ أن المقاومة النوعية للمواد جيدة التوصيل للكهرباء منخفضة جدًا، بينما قيمة المقاومة النوعية للمواد العازلة كبيرة جدًا.

العوامل المؤثرة على المقاومة النوعية

درجة حرارة المادة: المقاومة النوعية لبعض المواد تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة. مثل النحاس، تزداد المقاومة النوعية للنحاس مع زيادة درجة الحرارة. في الواقع، معظم المعادن الموصلة، تزداد المقاومة النوعية لها مع زيادة درجة الحرارة. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة اهتزازات الذرات في المعادن، مما يعيق حركة الإلكترونات. بينما في المواد الأخرى، مثل الكربون، تقل المقاومة النوعية مع زيادة درجة الحرارة. في العديد من المواد تكون العلاقة بين المقاومة النوعية ودرجة الحرارة خطية تقريبًا. وتعطى من المعادلة التالية.

[ρ = ρ₀[1+α(T-T₀)

حيث ρ هي المقاومة النوعية للمادة، T درجة الحرارة للمادة، α المعامل الحراري للمادة، ρ₀ المقاومة النوعية للمادة عند درجة حرارة T₀. عادة تؤخذ عند T₀ = 20C.

طبيعة المادة: تختلف بنية المواد باختلاف تركيب جزيئاتها فبعض المواد تقدم ممانعة كبيرة لمرور التيار مثل الخشب، بينما مواد أخرى تقدم ممانعة قليلة لمرور التيار مثل النحاس، وكل هذا بسبب الطبيعة الذرية للمادة.

المقاومة

المقاومة Resistance هي المعارضة التي تقدمها المادة لتدفق التيار. تحدث هذه المعارضة لأن ذرات وجزيئات المادة تسبب إعاقة لمرور التيار عبرها. بعض المواد (مثل المعادن كالفضة والنحاس والألومنيوم) تمتلك مقاومة قليلة جدًا لتدفق التيار الكهربائي وتسمى الموصلات. وتسمح بمرور التيار بشكل كبير. من ناحية أخرى، توجد مواد تمتلك مقاومة عالية لتدفق التيار الكهربائي تُسمى عوازل، مثل الزجاج والمطاط والميكا والخشب الجاف. وتقاس المقاومة الكهربائية بالأوم ويمكن ايجادها من خلال قانون اوم التالي:

المقاومة = الجهد / التيار R = V / I.

وهي ليست نفس المقاومة النوعية. في حين أن المقاومة النوعية هي خاصية مادية، فإن المقاومة هي خاصية جزء من المادة بناءًا على طوله ومساحة مقطعه، وتعتمد مقاومة مادة معينة بشكل أساسي على عدد من العوامل وهي طول الموصل ومساحته ودرجة حرارته ونوع مادة الموصل.

مثلًا السلك الموصل مقاومته النوعية تعتمد على نوع المادة ذاتها هل هي نحاس أم المنيوم أم مادة أخرى ولكل مادة قيمة نوعية مختلف، بينما المقاومة الكهربائية للموصل تعتمد على عدة متغيرات هي طبيعة مادة الموصل وطول الموصل ومساحة مقطعه.

ويمكن إيجاد قيمة المقاومة أيضًا من خلال القانون التالي:

R = ρ . L / A

حيث R هي المقاومة الكهربائية، ρ المقاومة النوعية للموصل، L طول الموصل، A مساحة مقطع الموصل.

تعتمد مقاومة الموصل الكهربائي على أربعة عوامل وهي: (أ) طول الموصل، (ب) مساحة المقطع العرضي للموصل، (ج) نوع المادة، (د) درجة حرارة الموصل.
المقاومة R تتناسب طرديًا مع الطول L للموصل، على سبيل المثال، إذا تمت مضاعفة طول قطعة من السلك ، فإن المقاومة تتضاعف.

مقاومة تدفق الشحنة في دائرة كهربائية مماثلة لتأثيرات الاحتكاك بين الماء وأسطح الأنابيب، هذه المقاومة هي التي تعيق تدفق المياه وتقلل من معدل التدفق. مثل مقاومة تدفق الماء فإن المقدار الإجمالي لمقاومة الشحنات المتدفقة في سلك كهربائي تتأثر ببعض المتغيرات وهي الطول، مساحة المقطع، ونوع المادة. تتغير قيمة المقاوم أيضًا مع تغير درجة الحرارة

الفرق بين المقاومة والمقاومة النوعية

المقاومة الكهربائية والمقاومة النوعية كلاهما مفاهيم تساعدنا في فهم الموضوعات المعقدة مثل الكهرباء والتيار. المقاومة الكهربائية هي مقياس لعدد الإلكترونات التي يمكن للمادة أن تعيق أو تقاوم مرورها. يعتمد ذلك على طول ومساحة المقطع العرضي ودرجة حرارة المادة. الرمز المستخدم للتعبير عنها هو R وتقاس بالأوم.

المقاومة النوعية من ناحية أخرى، هي مقياس للمقاومة الموجودة في مادة محددة لها أبعاد معينة. تظل غير متأثرة بالتغير في طول ومساحة نفس المادة ولكنها تتأثر بتغير درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة، تزداد المقاومة النوعية أيضًا. يتم التعبير عنها بالحرف اليوناني rho (ƿ) وتقاوس بالأوم متر.

المقاومة النوعية هي خاصية للمادة نفسها بشكل عام ولكن المقاومة هي خاصية لجزء معين من المادة. على سبيل المثال، خذ سلكين من النحاس بطول أو سماكة مختلفة، ما ستحصل عليه هو أن قيمة المقاومة النوعية لهما متساوية لأنهما مصنوعان من نفس المادة، لكن مقاومتهما مختلفة لأنهما يختلفان في الطول والسماكة. وفي الجدول أدناه مقارنة بينهما.

أساس المقارنة	المقاومة الكهربائية	المقاومة النوعية
التعريف	مقدرة المادة على مقاومة تدفق التيار	مقياس لتدفق التيار الكهربائي في المادة
وحدة القياس	أوم Ω	أوم متر Ωm
الرمز	رمزها R	رمزها ρ
العوامل المؤثرة عليها	طول الموصل، مساحة المقطع، طبيعية المادة، درجة الحرارة.	تعتمد فقط على طبيعية المادة الموصلة، ودرجة الحرارة للموصل.