قانون أوم – Ohm’s Law

ما هو قانون أوم؟ دليلك الشامل لفهم الجهد والتيار والمقاومة

يُعد قانون أوم (Ohm's Law) أحد أهم القوانين الأساسية في علم الكهرباء والإلكترونيات. ببساطة، يصف هذا القانون العلاقة بين ثلاث كميات أساسية في أي دائرة كهربائية: الجهد، والتيار، والمقاومة.

نص قانون أوم

ينص قانون أوم على أن:
"الجهد عبر موصل يتناسب طرديًا مع التيار المتدفق خلاله، بشرط ثبات جميع الظروف الفيزيائية ودرجة الحرارة."

هذا يعني أنه إذا زاد الجهد، سيزداد التيار بنفس النسبة، والعكس صحيح، طالما بقيت المقاومة ثابتة. وضع هذا القانون الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم بعد سلسلة من التجارب الدقيقة.

ملاحظة هامة: لا ينطبق قانون أوم إلا عند ثبات درجة الحرارة. ففي بعض المكونات، مثل فتيل المصباح الكهربائي، يؤدي ارتفاع التيار إلى زيادة درجة الحرارة، مما يغير من مقاومة الفتيل. في هذه الحالة، لا يمكن تطبيق قانون أوم مباشرة.

فهم المصطلحات الأساسية: الجهد والتيار والمقاومة

لفهم قانون أوم، يجب أولاً فهم المصطلحات الثلاثة التي يربط بينها:

1. الجهد الكهربائي (Voltage):
   هو القوة الدافعة التي تدفع الشحنات الكهربائية (الإلكترونات) للحركة في الدائرة. يمكن تشبيهه بضغط الماء في خرطوم؛ كلما زاد الضغط، زاد تدفق الماء.

2. التيار الكهربائي (Current):
   هو "تدفق" أو حركة الشحنات الكهربائية عبر الموصل. يمكن تشبيهه بكمية الماء المتدفقة في الخرطوم.

3. المقاومة الكهربائية (Resistance):
   هي "الممانعة" أو "الاحتكاك" الذي يواجهه التيار أثناء تدفقه عبر الموصل. يمكن تشبيهها بضيق الخرطوم؛ كلما كان الخرطوم أضيق، زادت مقاومته لتدفق الماء.

باختصار، الجهد هو الذي "يدفع"، التيار هو الذي "يتدفق"، والمقاومة هي التي "تعيق".

وحدات القياس: الفولت، الأمبير، والأوم

لكل كمية من هذه الكميات وحدة قياس ورمز خاص بها:

تمت تسمية هذه الوحدات تكريمًا لعلماء بارزين في مجال الكهرباء: أليساندرو فولتا (الفولت)، أندريه أمبير (الأمبير)، وجورج سيمون أوم (الأوم).

معادلة قانون أوم

عبر أوم عن اكتشافه في معادلة رياضية بسيطة تربط بين الكميات الثلاث:

V = I × R

(الجهد = التيار × المقاومة)

باستخدام الجبر، يمكننا إعادة ترتيب هذه المعادلة لحساب أي من الكميات الثلاث إذا عرفنا القيمتين الأخريين:

I = V / R
(التيار = الجهد / المقاومة)

R = V / I
(المقاومة = الجهد / التيار)

تقنية مثلث قانون أوم

لتسهيل تذكر هذه المعادلات، يمكن استخدام "مثلث قانون أوم". ببساطة، ضع الكميات الثلاث في مثلث كما في الشكل:

• لحساب الجهد (V): قم بتغطية V، يتبقى لديك I × R.

• لحساب التيار (I): قم بتغطية I، يتبقى لديك V / R.

• لحساب المقاومة (R): قم بتغطية R، يتبقى لديك V / I.

حساب القدرة الكهربائية

عندما يتدفق التيار عبر مقاومة، يتم تبديد طاقة (عادة على شكل حرارة). تُعرف هذه الطاقة المبددة بالقدرة (Power)، وتقاس بوحدة الواط (Watt). يمكن حساب القدرة (P) بسهولة باستخدام قانون أوم:

P = V × I
(القدرة = الجهد × التيار)

وبالتعويض من معادلات قانون أوم، يمكننا الحصول على صيغتين إضافيتين:

P = I² × R
P = V² / R

استخدامات قانون أوم

يُستخدم قانون أوم بشكل واسع في تحليل الدوائر الكهربائية وتشخيص أعطالها. على سبيل المثال:

• فحص المكونات: يمكن استخدامه للتحقق من القيم الصحيحة للمقاومات ومكونات الدائرة الأخرى.

• تشخيص الأعطال: إذا أظهر قياس التيار قيمة أعلى من المعتاد، فقد يعني ذلك انخفاضًا في المقاومة (دائرة قصر) أو زيادة في الجهد. أما إذا كان التيار أقل من المعتاد، فقد يشير ذلك إلى زيادة في المقاومة (اتصال ضعيف أو تآكل) أو انخفاض في الجهد.

يعد فهم قانون أوم وتطبيقه مهارة أساسية لأي شخص يعمل في مجال الكهرباء أو الإلكترونيات، من الهواة إلى المهندسين المحترفين.