X
تبلیغات
فیزیک علم بی پایان - مقاومت ها

تئوری آزمایش

وقتی دمای سیم ثابت باشد و بین دو سر سیم اختلاف پتانسیلهای مختلفی برقرار گردد، شدت جریانهایی که از سیم می‌گذرد متناسب با اختلاف پتانسیلهای دو سر آن است. اگر دو سر رسانای R به اختلاف پتانسیل V مربوط باشد و جریانی به شدت I از آن عبور کند، همواره نسبت اختلاف پتانسیل به شدت جریان مقداری است ثابت که به آن مقاومت الکتریکی رسانا می‌گویند:

) V/I = R مقدار ثابت) یا V = IR


این رابطه نشان می‌دهد که منحنی نمایش تغییرات اختلاف پتانسیل بر حسب شدت جریان خطی است. موقعی که جریان الکتریکی از سیم عبور می‌کند، مطابق قانون ژول در آن گرما ایجاد می‌شود و گرمای حاصل باعث تغییر مقاومت رسانا می‌شود. در این آزمایش از تغییرات دما صرف نظر می‌شود، پس هر بار که شدت جریان در مدار تغییر داده می‌شود، به کمک کلید جریان را قطع کرده و چند دقیقه صبر کرده ، مجددا کلید وصل شود.

هدف آزمایش

بررسی قانون اهم و بهم بستن مقاومتها بطور متوالی (سری) ، موازی (انشعابی) و ترکیبی

وسایل آزمایش

پتانسیومتر - چند مقاومت معلوم - ولت‌ سنج - میلی آمپرسنج - منبع تغذیه - سیمهای رابط - کلید قطع و وصل

روش آزمایش

دو سر پتانسیومتر را به باتری وصل کرده و در سر راه آن یک کلید قطع و وصل قرار دهید. یک طرف پتانسیومتر را به مقاومت مجهول و طرف دیگر را به آمپرسنج ببندید. طرف دیگر آمپرسنج را به قسمت متحرک پتانسیومتر متصل کنید. ولت سنجی را بطور انشعابی با مقاومت مجهول قرار دهدید تا اختلاف پتانسیل دو سر آنرا نشان دهد. کلید را وصل کرده و مقادیر اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت و شدت جریانی را که از آن می‌گذرد را بوسیله ولت سنج و آمپرسنج بخوانید و مقادیر مربوط به آنرا یادداشت کنید. سپس قسمت لغزنده پتانسیومتر را تغییر دهید و هر بار اختلاف پتانسیل و شدت جریان مربوط به آنرا در جدولی یادداشت کنید.

حال منحنی نمایش تغییرات اختلاف پتانسیل بر حسب شدت جریان را رسم کنید. شیب خط برابر مقاومت است.

tagӨ = V/I = Rx  (شیب خط)

 

بهم بستن مقاومتها بطور متوالی

سه مقاومت معلوم R1 و R3 و R2 را بطور متوالی به یکدیگر مربوط کنید و مجموعه را با یک آمپرسنج و مولد بطور موازی بهم ببندید.

مقاومت معادل

 

مقاومت معادل را از رابطه R = R1 + R2 + R3 بدست آورید.

مقاومتی را معادل چند مقاومت دیگر گویند که اگر آنرا بجای چند مقاومت فوق در مدار و در همان شرایط قرار دهند، شدت جریان کل تغییری ننماید. متناسب با احتیاجی که در کاربرد مقاومتها پیش می‌آید می‌توان آنها را بطور متوالی یا بطور موازی بهم بسته و در مدار جریان قرار داد. اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه مقاومتها را با ولت سنج اندازه گیری کرده و شدت جریانی را که از آنها می‌گذرد از روی آمپرسنج بخوانید و با استفاده از قانون اهم مقاومت مجموعه را بدست آورید. مقاومت معادل را که از دو راه بدست آورده‌اید، با یکدیگر مقایسه کنید.

بهم بستن مقاومتها بطور موازی

سه مقاومت معلوم R1 و R3 و R2 را بطور موازی به یکدیگر ببندید. دو سر مجموعه را بطور متوالی به آمپرسنج و کلید قطع و وصل و مولد ببندید و ولت سنجی را که بطور انشعاب وصل کنید. کلید را وصل کنید و مقادیر اختلاف پتانسیل دو سر مقاومتها و شدت جریان اصلی را بخوانید و مطابق قانون اهم مقدار مقاومت مجموعه را بدست آورید. مقاومت معادل را یک بار هم از رابطه R-1 = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 محاسبه کنید. دو مقداری را که برای مقاومت معادل بدست آورده‌اید، باهم مقایسه کنید.

  بهم پیوستن ترکیبی

دو مقاومت R1 و R2 را بطور موازی بهم مربوط کنید و مجموعه را با مقاومت R3 و کلید قطع و وصل و مولد بطور متوالی بهم ببندید. شدت جریان اصلی و فرعی در هر یک از انشعابها را با آمپرسنجی اندازه گیری کنید. با ولت سنجی اختلاف پتانسیل دو سر تک تک مقاومتها را و همچنین اختلاف پتانسیل سطح بین کلیه مقاومتها را اندازه گیری کنید.
جدول زیر را پر کنید.

R

VA - VC

VB - VC

VA - VB

i2

i1

I

...

...

...

...

...

...

...


مقاومت معادل را از رابطه VA - VC = RI بدست آورده و آنرا با مقاومت معادل که از راه محاسبه حاصل شده است مقایسه کنید و درصد خطا را بدست آورید.

پاسخ دهید.

  1. آیا قانون اهم در جریانهای خیلی بالا و خیلی پایین همین شکل را دارد؟
  2. آیا قانون اهم در جریان متناوب نیز برقرار است؟
  3. در چه مواردی از بهم پیوستن متوالی استفاده می‌کنند؟
  4. در سیم کشی منازل از چه نوع بهم بستن استفاده می‌شود؟ چرا؟
  5. اگر سیم بدون مقاومت باشد، آیا جریان الکتریکی از آن عبور خواهد کرد؟ اگر مقاومت سیم بی‌نهایت باشد چطور؟
  6. تغییرات شدت جریان را در بهم بستن متوالی و موازی مقایسه کنید.
  7. ولت متر و آمپرسنج چگونه در مدار قرار می‌گیرد؟

 انواع مقاومت ها

مقاومت ها به صورتهای مختلفی در مدارهای الكتریكی و الكترونیكی بكار میروند مقاومت ها را می توان از نظر روش ساخت و كاربرد به انواع مختلف تقسیم نمود .

یكی از تقسیم بندی های مقاومتها از نظر كاربرد ، تقسیم بندی مقاومتهابه مقاومتهای ثابت و متغییر است .

مقاومتهای ثابت:

مقاومتهای ثابت معمولا در اندازه های استاندارد و در توانهای مشخص استاندارد ساخته می شوند. اندازه استاندارد مقاومتهای ثابت عبارتند از :

Ω1

8.2

6.8

5.6

4.7

3.9

3.3

2.7

2.2

1.8

1.2

1

Ω10

8.2

6.8

5.6

4.7

3.9

3.3

2.7

2.2

1.8

1.2

1

Ω100

8.2

6.8

5.6

4.7

3.9

3.3

2.7

2.2

1.8

1.2

1

1

8.2

6.8

5.6

4.7

3.9

3.3

2.7

2.2

1.8

1.2

1

1

8.2

6.8

5.6

4.7

3.9

3.3

2.7

2.2

1.8

1.2

1

توانهای استاندارد مقاومتهای ثابت عبارتنداز :

وات W

10

5

2

1

0.5

0.25

0.125

از نظر روش ساخت ، مقاومتهای ثابت به طرق مختلف ساخته می شوند كه می توان از مقاومتهای ذغالی (Thin Film)و تركیبی  (Composition)نام برد .

 روش ساخت مقاومتهای ذغالی:

 روش ساخت مقاومتهای ذغالی به این ترتیب است كه روی یك استوانه از سرامیك مخصوص ، لایه نازكی از كربن پوشانده شده و سپس شیار نازكی به صورت مارپیچ روی این لایه نازك ایجاد می گردد . بنابراین نواری بصورت مار پیچ از جنس كربن با ضخامت بسیار كم و طول دلخواه در روی سطح استوانه سرامیكی ایجاد می گردد .در اینجا استوانه سرامیكی صرفا نقش نگهدارنده دارد . با تنظیم عرض نوار به سادگی میتوان مقادیر مختلف را تولید نمود . این نوع مقاومتها در فركانسهای بالا خاصیت سلفی از خود نشان میدهند.

روش ساخت مقاومتهای تركیبی (Composition)

 به این ترتیب است كه خمیری از جنس مخصوص تهیه می گردد و به صورت استوانه شكل می گیرد از این نوع مقاومت در مواردی استفاده می گردد كه می خواهیم مقاومت از خود خاصیت سلفی نشان ندهد .

از آنجا كه مقاومتهای ثابت نوعا در ابعاد بسیار كوچك ساخته می شود برای مشخص نمودن مقدار مقاومت از كد های رنگی استفاده می شود . كدهای رنگی روی مقاومت معمولا با 4 یا 5 رنگ استاندارد روی مقاومت نشان داده می شود .

در مقاومتهای با پنج رنگ ، چهار رنگ اول مبین مقدار مقاومت و رنگ پنجم نشان دهنده تلرانس آن می باشد . جدول زیر كدهای رنگی مقدار مقاومتها را نشان می دهد.

سفید

خاكستری

بنفش

آبی

سبز

زرد

نارنجی

قرمز

قهوه ای

سیاه

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

 

 جدول زیر كدهای رنگی تلرانس مقاومتها را نشان می دهد.

طلایی

نقره ای

بیرنگ

رنگ

5

10

20

در صد تلرانسTolerance)

برای خواندن كدهای رنگی  مقاومتهای با چهار رنگ مقاومت را طوری در دست می گیریم كه رنگ مربوط به تلرانس در سمت راست قرار گیرد . سپس از سمت چپ عدد مربوط به رنگهای اول ، دوم را در كنار یكدیگر قرار داده و به تعداد مربوط به رنگ سوم جلوی آنها صفر قرار می دهیم به مثال زیر توجه نمائید .

طلایی

قرمز

نارنجی

آبی

تلرانس 5 %

تعداد صفر 2 تا

3

6

مقدار مقاومت برابر است با5% ±Ω6300

 

مقاومت های متغییر

مقاومت متغیر مقاومتی است که مقدارش می‌تواند توسط یک حرکت مکانیکی تعیین شود، برای مثال توسط دست تنظیم شود. مقاومتهای متغیر می‌توانند از نوع ارزان و تک دور یا از نوع چند دور با یک عنصر مارپیچی باشند. برخی از آنها حتی دارای نمایشگر مکانیکی تعداد دور نیز هستند. بطور سنتی مقاومتهای متغیر نامطمئن بوده‌اند، چرا که سیم یا فلز خورده یا فرسوده می‌شوند. یک روش دیگر کنترل که در واقع یک مقاومت نیست اما شبیه آن عمل می‌کند، شامل یک سیستم سنسور فتو الکتریک است که چگالی نوری یک ورقه را اندازه می‌گیرد. بدلیل اینکه سنسور ورقه را لمس نمی‌کند، پوسیدگی رخ نمی‌دهد.از انواع مقاومت های متغیر كه در صنعت استفاده می شوند میتوان از ولوم دستگاهای صوتی نام برد. یک پتانسیومتر نوعی از مقاومتهای متغییر است که بسیار عام است. یکی از استفاده‌های عمومی آن به عنوان کنترل صدا در تقویت کننده‌های صوتی است. یک واریستور اکسید فلزی ، یا MOV نوع بخصوصی از مقاومت است که دارای دو مقدار مقاومت بسیارمتفاوت است، یک مقاومت بسیار بالا در ولتاژ پایین (زیر ولتاژ راه انداز) و یک مقاومت بسیار کم در ولتاژ بالا (بالاتر از ولتاژ راه انداز). این نوع از مقاومت معمولا برای حفاظت اتصال کوتاه در برقگیر تیر برق خیابانها یا به عنوان یک اسنابر استفاده می‌‌‌شود. یک مقاومت با ضریب دمایی مثبت/PTC یک مقاومت وابسته به دما است که دارای یک ضریب دمایی مثبت است.
وقتی که دما افزایش می‌یابد، مقاومت هم زیاد می‌شود PTC ها اغلب در
تلویزیون ها بصورت سری با سیم پیچ دمغناطیس کننده یافت می‌شوند که یک جرقه جریان کوتاه را از طریق سیم پیچ در هنگام روشن کردن تلویزیون ایجاد می‌کند. یک نسخه تخصصی یک PTC چند سوییچ است که مانند یک فیوز خود تعمیر عمل می‌کند. یک مقاومت با ضریب دمایی منفی/NTC نیز یک مقاومت وابسته به دماست، اما دارای یک ضریب دمایی منفی است. وقتی که دما افزایش می‌یابد مقاومت NTC کاهش می‌یابد  NTC ها عموما در آشکار سازهای دمای ساده و در ابزارهای اندازه گیری بکار می‌روند.  از مقاومت های متغییری كه كاربرد آزمایشگاهی دارند میتوان از رئوستا و جعبه مقاومت نام برد..

رئوستا:

رئوستا مقاومت متغییری است كه دارای سه سر می باشد و مقادیر دو سر ثابت آن معمولا در رنج های 10 الی 330 اهم می باشد و قابلیت تحمل جریانهای زیاد تا یك آمپر را دارد . رئوستا ها معمولا درجه بندی شده نیستند و به صورت پیوسته تغییر می كنند . بنابراین برای یافتن مقدار مقاومت بكار رفته باید از اهمتر استفاده گردد.از رئوستا می توان به صورت پتانسیومتر نیز استفاده نمود . كاربرد پتانسیومتر در مواردی است كه می خواهیم از یك منبع تغذیه ACیا DC ولتاژهایی با مقادیر و دامنه های دلخواه و دقیق داشته باشیم.

 

جعبه مقاومت:

جعبه مقاومت ، مقاومت متغییری است كه دارای دو سر است و معمولا از نظر مقدار مقاومت دارای رنج وسیعی می باشد لاكن جریان ماكزیمم آن بسیار محدودتر و به مقادیر صدم و دهم آمپر محدود می گردند . جعبه مقاومت ها مندرج می باشند و بنابراین مقدار مقاومت بكار رفته را می توان مستقیما یادداشت نمود.

مقاومت الکتریکی

یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعی نمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند که در برابر تغییرات دما و دیگر عوامل محیطی ، نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند. مقاومتهای متغیر پتانسیومتر یا رئوستا نیز خوانده می‌شوند و این اجازه را می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییر کند.
برخی از مقاومتها بلند و نازک هستند و ماده مقاوم حقیقی در وسط آنها قرار دارد و یک پایه هادی در هر انتهای آن نصب شده است. به این مقاومت بسته محوری گفته می‌شود. تصویر سمت راست یک ردیف از مقاومتهایی را نشان می‌دهد که عموما در یک بسته بندی قرار داده می‌شوند. مقاومتهای استفاده شده در کامپیوترها و دیگر وسایل ، نوعا خیلی کوچکتراند و اغلب در بسته‌های با پایه سطحی (فن آوری پایه سطحی) بدون سیمهای رابط بکار می‌روند. مقاومتهای با توان بالاتر را در بسته‌های محکمتری قرار می‌دهند و بگونه‌ای طراحی شده‌اند که گرما را بطور موثری از بین ببرند، اما تمامی آنها دارای همان ساختار قبلی مقاومتها هستند.

مقاومتها به عنوان بخشی از شبکه‌های الکتریکی بکار می‌روند و در علم میکرو الکترونیک و ابزارهای نیمه هادی شرکت دارند. اندازه گیری دقیق یک مقاومت بصورت نسبت ولتاژ به
جریان است و واحد آن در دستگاه SI، اهم است. یک عنصر دارای مقاومت 1 اهم است اگر یک ولتاژ 1 ولتی دو سر عنصر منجر به یک جریان 1 آمپر شود که معادل جریان یک کولمب بار الکتریکی (تقریبا 6.242506 X 10 18 الکترون) در ثانیه در جهت مخالف است.

یک جسم فیزیکی نوعی مقاومت است. اکثر فلزات، مواد هادی هستند و در برابر جریان الکتریسته مقاومت کمی دارند. بدن انسان ، یک تکه
پلاستیک ، یا حتی یک خلا دارای مقاومتهایی هستند که قابل اندازه گیری است. موادی که دارای مقاومتهای بسیار بالایی هستند عایق نامیده می‌شوند.

رابطه بین ولتاژ ، جریان و مقاومت در یک جسم توسط یک معادله ساده که از قانون اهم گرفته شده و اغلب با آن اشتباه می‌شود، بیان می‌شود:

V = IR


که در آن V ولتاژ دو سر مقاومت بر حسب ولت ، I جریان عبور کننده از مقاومت بر حسب آمپر و R مقدار مقاومت بر حسب اهم است. اگر V و I دارای یک رابطه خطی باشند که به مفهوم ثابت بودن R در یک محدوده است، آنگاه این ماده در آن محدوده اهمی خوانده می‌شود. یک مقاومت ایده آل دارای مقاومت ثابت در تمامی فرکانسها و مقادیر ولتاژ و جریان است. مواد ابر رسانا در دماهای بسیار پایین دارای مقاومت صفر هستند. عایقها ( نظیر آزمایشهای مربوط به هوا ، الماس ، یا مواد غیر هادی) ممکن است دارای مقاومتهایی بسیار بالا (اما نه بینهایت) باشند. لکن تحت ولتاژهای به میزان کافی زیاد، دچار شکست می شوند و جریان بزرگی را از خود عبور می‌دهند.

مقاومت یک عنصر را می‌توان از مشخصه‌های فیزیکی آن محاسبه کرد. مقاومت با طول عنصر و مقاومت ویژه (یک خاصیت فیزیکی ماده) آن بطور مستقیم متناسب است و با سطح مقطع آن رابطه عکس دارد. معادله محاسبه مقاومت یک بخش ماده مانند زیر است:
R = rL/A


که در آن r مقاومت ویژه ماده ، L طول و A مساحت سطح مقطع است. این معادله را می‌توان برای موادی که از نظر شکل پیچیده‌ترند، بصورت انتگرالی نیز نوشت. اما این فرمول ساده برای سیمهای استوانه‌ای و اغلب هادیهای عمومی قابل استفاده است. این مقدار می‌تواند در فرکانسهای بالا به علت اثر پوستی ، که سطح مقطع در دسترس را کاهش می‌دهد، تغییر کند. مقاومتهای استاندارد را در مقادیری از چند میلی اهم تا حدود یک گیگا اهم به فروش می‌رسانند. تنها محدوده مشخصی از مقادیر که مقادیر ترجیح داده شده نام دارند در دسترس هستند.
در عمل ، اجزای گسسته فروخته شده به عنوان مقاومت ، یک مقاومت کامل آنگونه که در بالا تعریف شد، نیستند. مقاومتها معمولا توسط خطایشان (حداکثر تغییرات مورد انتظار نسبت به مقاومت مشخص شده) بیان می‌شوند.
در یک مقاومت با رنگ کد گذاری شده باند منتهی الیه سمت راست. اگر به رنگ نقره‌ای باشد خطای 10 درصد ، اگر به رنگ طلایی باشد خطای 5 درصد ، اگر به رنگ قرمز باشد خطای 2 درصد و اگر به رنگ قهوه‌ای باشد خطای 1 درصد را نشان می‌دهد. مقاومتهای با خطای کمتر هم وجود دارند که مقاومتهای دقیق خوانده می‌شوند.
یک مقاومت دارای حداکثر ولتاژ و جریانی است که فراتر از آنها ، مقاومت ممکن است تغییر کند (در بعضی موارد به شدت) یا از نظر فیزیکی از بین برود (برای مثال بسوزد). اگر چه که برخی از مقاومتها دارای ولتاژ و جریان نامی‌اند، اغلب آنها توسط یک توان فیزیکی حداکثر که توسط اندازه فیزیکی تعیین می‌شود، ارزیابی می‌شوند. عموما توان نامی برای مقاومتهای کامپوزیت کربن و مقاومتهای ورقه فلزی 1.8 وات ، 1.4 وات و 1.2 وات است. مقاومتهای ورق فلزی نسبت به مقاومتهای کربنی در برابر تغییرات دما و گذر زمان پایدارترند.
مقاومتهای بزرگتر قادرند که گرمای بیشتری را بدلیل سطح وسیعترشان از بین ببرند. مقاومتهای سیم پیچی شده و پر شده با شن هنگامی بکار می‌روند که توان نامی بالاتری مانند 20 وات مورد نیاز باشد. بعلاوه تمامی مقاومتهای حقیقی کمی خواص
سلفی و خازنی از خود نشان می‌دهند که رفتار دینامیکی مقاومت ، ناشی از معادله ایده آل آن را تغییر می‌دهد.
هر کدام از مقاومتهای یک ساختار مداری سری و موازی دارای اختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند. برای محاسبه مقاومت معادل کل آنها:

Req-1 = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn


خاصیت موازی بودن را می‌توان برای ساده سازی معادله ، با دو خط موازی (مانند هندسه) در معادلات نمایش داد. برای دو مقاومت موازی داریم:
Req = R1R2/(R1 + R2)

جریان هر مقاومت در مدارهای سری و موازی ثابت است، اما ولتاژ در طول هر مقاومت ممکن است متفاوت باشد. مجموع اختلاف پتانسیلها (ولتاژ) برابر ولتاژ کلی است. برای محاسبه مقاومت کلی آنها:
R = R1 + R2 + … + Rn

یک شبکه مقاومتی که ترکیبی از مدارهای سری و موازی است را می‌توان به اجزا کوچکتری تجزیه کرد که یکسان یا غیر یکسانند. برای مثال:
Req = R1R2/(R1 + R2) + R3

 

+ نوشته شده توسط حسینی در 89/02/30 و ساعت 21:39 |


Powered By
BLOGFA.COM



جدیدترین قالبهای بلاگفا


جدیدترین کدهای موزیک برای وبلاگ