المقاومة النوعية، أو المقاومة الخاصة، هي خاصية مادية للمادة تُعبر عن مدى مقاومتها لتدفق التيار الكهربائي عبرها. تعطي المقاومة النوعية فكرة عن قدرة المادة على مقاومة مرور الكهرباء، وتعتمد بشكل رئيسي على طبيعة المادة وظروفها البيئية.
الصيغة الرياضية للمقاومة النوعية:
الصيغة التي تربط المقاومة الكهربائية بالمقاومة النوعية هي:
ρ=R×(A/L)
حيث:
- ρ هي المقاومة النوعية (بوحدة الأوم-متر أو Ω·m).
- R هي المقاومة الكهربائية (بوحدة الأوم أو Ω).
- A هي مساحة المقطع العرضي للمادة (بوحدة متر مربع أو m²).
- L هو طول المادة (بوحدة متر أو m).
وحدة المقاومة النوعية:
الوحدة الدولية لقياس المقاومة النوعية هي الأوم-متر (Ω·m).
العوامل المؤثرة على المقاومة النوعية:
- نوع المادة:
- الموصلات الجيدة مثل النحاس والألومنيوم تتمتع بمقاومة نوعية منخفضة، مما يجعلها موصلة جيدة للكهرباء.
- العوازل مثل الزجاج والمطاط لها مقاومة نوعية عالية، مما يمنع مرور التيار الكهربائي.
- شبه الموصلات مثل السيليكون تتغير مقاومتها النوعية مع التغير في درجة الحرارة وغيرها من العوامل.
- درجة الحرارة:
- الموصلات: ترتفع مقاومتها النوعية بزيادة درجة الحرارة بسبب زيادة اهتزازات الذرات التي تعيق حركة الإلكترونات.
- العوازل: تختلف مقاومتها النوعية حسب المادة، حيث تتغير بطرق مختلفة مع تغير درجة الحرارة.
- 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.
- التركيب البلوري والشوائب: وجود عيوب في التركيب البلوري أو شوائب في المادة يؤثر على مقاومتها النوعية.
- الحالة الفيزيائية للمادة: تختلف المقاومة النوعية بين الحالة الصلبة، السائلة، والغازية.
أهمية المقاومة النوعية:
- تصميم الدوائر الكهربائية: يساعد فهم المقاومة النوعية في اختيار المواد المناسبة للأسلاك والموصلات لتحقيق كفاءة عالية في نقل الطاقة.
- تحليل المواد: تُستخدم المقاومة النوعية في مجالات العلوم والهندسة لتحليل وتحديد المواد المختلفة.
- الصناعات الكهربائية والإلكترونية: تُعتبر المقاومة النوعية ضرورية في تصنيع المقاومات والمكونات الأخرى.
أمثلة على المقاومة النوعية لبعض المواد:
| المادة | المقاومة النوعية (Ω·m) |
|---|---|
| النحاس | 1.68×10-8 |
| الألومنيوم | 2.82×10-8 |
| الذهب | 2.44×10-8 |
| الفولاذ | 10-7 |
| السيليكون | 5×103 |
| الزجاج | 1012 |
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. |
الخلاصة:
المقاومة النوعية هي خاصية جوهرية تحدد قدرة المادة على مقاومة التيار الكهربائي. فهم هذه الخاصية يساعد في اختيار المواد المناسبة للتطبيقات الكهربائية والإلكترونية، مما يساهم في تحسين أداء وكفاءة الأنظمة الكهربائية.
