تطبيقات عملية على قانون أوم

مقدمة حول قانون أوم

قام علماء الفيزياء بتأسيس العديد من القواعد والمفاهيم الأساسية في مجال الكهرباء، ويُعتبر قانون أوم من بين أبرز هذه القواعد، خاصة فيما يتعلق بالدوائر الكهربائية. يُنسب هذا القانون إلى العالم الألماني جورج سيمون أوم، الذي سُميت وحدة قياس المقاومة الكهربائية باسمه تكريماً له. اكتشف أوم من خلال دراساته وتجاربه وجود علاقة مباشرة بين الجهد الكهربائي والتيار المار في الدائرة. هذه العلاقة، التي تُعرف بقانون أوم، تنص على أن:

إنّ فرق الجهد الكهربائي بين طرفي موصل يتناسب طردياً مع شدة التيار الكهربائي المار فيه، ويساوي حاصل ضرب كل من الموصل والتيار الكهربائي المار فيه.[١]

الصيغة الحسابية لقانون أوم

يمكن تمثيل قانون أوم بصيغة رياضية بسيطة وواضحة، وهي:

(الجهد الكهربائي = التيار الكهربائي × المقاومة)، أو ببساطة: (ج = ت × م)، حيث:

• يُقاس الجهد الكهربائي بوحدة الفولت (V).
• يُقاس التيار الكهربائي بوحدة الأمبير (A).
• تُقاس المقاومة الكهربائية بوحدة الأوم (Ω).

من خلال هذه الصيغة الأساسية، يمكننا استنتاج صيغ أخرى لحساب قيمة التيار أو المقاومة:

• التيار الكهربائي = الجهد الكهربائي ÷ المقاومة = (ت = ج ÷ م)
• المقاومة الكهربائية = الجهد الكهربائي ÷ التيار الكهربائي = (م = ج ÷ ت)

أمثلة تطبيقية على قانون أوم

المثال الأول

احسب قيمة الجهد الكهربائي في دائرة كهربائية يمر بها تيار شدته 10 أمبير، ومقاومتها 10 أوم؟

الحل:

ج = ت × م

ج = 10 × 10 = 100 فولت

إذًا، قيمة الجهد الكهربائي تساوي 100 فولت.

المثال الثاني

إذا كانت قيمة المقاومة في سلك من النحاس تساوي 20 أوم، وموصولة بمصدر كهربائي فرق الجهد بين طرفيه 100 فولت، فما هي قيمة التيار الكهربائي المار في المقاومة؟

الحل:

ت = ج ÷ م

ت = 100 ÷ 20

ت = 5 أمبير

المثال الثالث

ما هي قيمة القوة الدافعة الكهربائية (الجهد) لبطارية مقاومتها الداخلية 0.8 أوم، لكي يمر بها تيار كهربائي شدته 0.4 أمبير في دائرة خارجية مقاومتها 2 أوم؟

الحل:

في هذا التمرين، لدينا نوعان من المقاومة: المقاومة الخارجية للدائرة الكهربائية والمقاومة الداخلية للبطارية. لحساب المقاومة الكلية للدائرة، نجمع المقاومتين معًا.

المقاومة الكلية = 2.8 أوم (0.8 + 2)

ثم نعوض القيم في القانون:

ج = ت × م

ج = 0.4 × 2.8

ج = 1.12 فولت

المثال الرابع

إذا كانت مقاومة مقدارها 5 أوم متصلة ببطارية قوتها الدافعة الكهربائية 2.2 فولت، وكان فرق الجهد بين طرفي المقاومة في الدائرة الكهربائية يبلغ 2 فولت، فكم تبلغ شدة التيار الكهربائي المار في هذه الدائرة، وما هي المقاومة الداخلية للبطارية؟

الحل:

أولاً: حساب شدة التيار الكهربائي:

ت = ج ÷ م

ت = 2 ÷ 5

ت = 0.4 أمبير

ثانياً: حساب المقاومة الداخلية للبطارية:

الجهد الكهربائي للبطارية = التيار الكهربائي × المقاومة

2.2 = 0.4 × (المقاومة الخارجية + المقاومة الداخلية)

2.2 = 0.4 × (5 + م)

2.2 = 2 + 0.4 م

2.2 – 2 = 0.4 م

0.2 = 0.4 م

م = 0.2 ÷ 0.4

المقاومة الداخلية = 0.5 أوم