شرح قانون أوم: الجهد والتيار والمقاومة والقدرة الكهربائية
أتقن فهم قانون أوم من المبادئ الفيزيائية الأساسية. تعلم كيف يتفاعل الجهد والتيار والمقاومة والقدرة، مع صيغ واضحة وأمثلة عملية وجدول مرجعي شامل.
يعد قانون أوم (Ohm's Law) العلاقة الأكثر أهمية في مجال الهندسة الكهربائية والإلكترونيات بأكمله. بمجرد أن تفهمه، يتحول سلوك الدوائر الكهربائية من لغز محير إلى نظام واضح وقابل للتنبؤ بدقة. وسواء كنت هاوياً يبني دائرته الإلكترونية الأولى أو كهربائياً محترفاً يحدد سعة القواطع، فإن هذه الكميات الأربع تصف كل ما يحدث داخل أي موصل كهربائي.
الكميات الكهربائية الأربع
توصف أي دائرة كهربائية بشكل كامل من خلال أربع كميات مترابطة. وتحتاج دائماً إلى معرفة اثنتين منها فقط لحساب الكميتين الأخريين:
| الرمز | الكمية الفيزيائية | وحدة القياس | تشبيه أنبوب الماء |
|---|---|---|---|
| V | الجهد الكهربائي (Voltage) | فولت (V) | ضغط الماء |
| I | التيار الكهربائي (Current) | أمبير (A) | معدل تدفق المياه في الثانية |
| R | المقاومة الكهربائية (Resistance) | أوم (Ω) | ضيق أو انسداد الأنبوب |
| P | القدرة الكهربائية (Power) | واط (W) | الضغط × معدل التدفق (الشغل المنجز) |
فكر في أنبوب الماء: الجهد هو الضغط الذي يدفع الماء للأمام، والتيار هو حجم الماء المتدفق فعلياً كل ثانية، والمقاومة هي ضيق الأنبوب الذي يعيق التدفق، والقدرة هي إجمالي الشغل المبذول بواسطة حركة هذا الماء.
قانون أوم: الصيغة الأساسية
العلاقة الأساسية التي نشرها الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم عام 1827:
V = I × R
ويمكن إعادة ترتيبها لحساب أي متغير مجهول:
- الجهد: V = I × R
- التيار: I = V / R
- المقاومة: R = V / I
مثال تطبيقي 1:
بطارية بجهد 12V متصلة بمقاومة قيمتها 6 أوم. كم يبلغ التيار المار في الدائرة؟
I = V / R = 12 / 6 = 2 Amperes
مثال تطبيقي 2:
دائرة تسحب تياراً قدره 5A من مصدر جهد بقيمة 120V. ما هي المقاومة الكلية؟
R = V / I = 120 / 5 = 24 Ohms
معادلة القدرة الكهربائية (The Power Equation)
P = V × I
وبدمج هذه المعادلة مع قانون أوم، نحصل على جميع المعادلات المشتقة الـ 12:
| لحساب | باستخدام V + I | باستخدام V + R | باستخدام I + R |
|---|---|---|---|
| V | — | V = I × R | V = P / I |
| I | I = P / V | I = V / R | — |
| R | R = V² / P | — | R = P / I² |
| P | P = V × I | P = V² / R | P = I² × R |
لماذا تولد المقاومة حرارة؟
عندما يجبر التيار الكهربائي على المرور عبر المقاومة، تتبدد الطاقة الكهربائية على شكل حرارة (قانون جول الأول):
Q = I² × R × t
حيث Q هي كمية الحرارة بالجول، وI هو التيار بالأمبير، وR هي المقاومة بالأوم، وt هو الزمن بالثواني. وهذا هو السبب المباشر لسخونة الأسلاك ذات المقطع الصغير وسبب عمل قواطع الدائرة لحماية المنشآت من الأحمال الزائدة.
مثال عملي: حساب مقاومة مصباح LED
مصدر تغذية 9V، وجهد تشغيل LED هو 2.1V، وتيار التشغيل المطلوب 20 mA (أي 0.020 A):
- هبوط الجهد على المقاومة: 9 - 2.1 = 6.9V
- المقاومة المطلوبة: R = 6.9 / 0.020 = 345 Ω → تستخدم مقاومة قياسية 330 Ω أو 360 Ω
- القدرة المتبددة: P = 0.020² × 345 = 0.138 W → آمنة تماماً مع مقاومة 1/4 واط
جدول مرجعي سريع
| الجهد (V) | التيار (A) | المقاومة (Ω) | القدرة (W) |
|---|---|---|---|
| 5 V | 1 A | 5 Ω | 5 W |
| 12 V | 2 A | 6 Ω | 24 W |
| 24 V | 4 A | 6 Ω | 96 W |
| 120 V | 10 A | 12 Ω | 1,200 W |
| 120 V | 15 A | 8 Ω | 1,800 W |
| 240 V | 20 A | 12 Ω | 4,800 W |
استخدم حاسبة قانون أوم التفاعلية لحساب أي توليفة فوراً.
جاهز للقيام بالحسابات؟
احصل على نتيجتك فوراً وبخصوصية تامة داخل متصفحك.