در حوزه الکترونیک، میدانیم که مواد به دو دسته پایه تقسیم می‌شوند: رسانا و نارسانا. رساناها (مانند فلزات) جریان برق را از خود عبور می‌دهند. نارساناها (مانند پلاستیک و چوب) معمولا مانع عبور جریان برق می‌شوند. اما همه‌چیز آنقدر هم ساده نیست، هر ماده‌ای جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهد اگر ولتاژ کافی باشد؛ حتی هوا که که معمولا نارسانای الکتریکی است؛ اگر ولتاژ درون ابرها بسیار بالا باشد، هوا به یک رسانا تبدیل می‌شود و این همان چیزی است که به عنوان رعد و برق می‌شناسیم. حالا به جای آنکه در مورد رسانا و نارسانا صحبت کنیم، اجازه دهید تا مفهوم جدیدی را با هم بررسی کنیم.
مقاومت : به میزان سهولت عبور جریان الکتریکی از چیزی، گفته می‌شود. یک رسانا مقاومت کمی دارد اما در مقابل، میزان مقاومت نارسانا بالا است. مقاومت، قطعه‌ای است که این امکان را به ما می‌دهد تا میزان مقاومت مدار را تعیین کنیم. با آکادمی روبویونیک همراه باشید تا نگاه دقیق‌تری به مقاومت و مفهوم مقاومت داشته باشیم.
مقاومت چیست؟
الکتریسیته یا برق به وسیله الکترون‌ها (ذره کوچک باردار آزاد در اتم) از درون مواد عبور می‌کند؛ به بیان دیگر، جریان برق سبب عبور الکترون‌ها از مواد رسانا می‌شود. برای مثال فلزات؛ اتم‌های فلز با ساختار کریستالی محکم به هم زنجیر شده‌اند. یا اینکه اکثر الکترون‌ها در جایگاه خود در اتم ثابتند اما برخی از آن‌ها توان جابجایی الکتریسیته را دارند. علت رسانایی خوب فلزات هم همین است که فلزات، به نسبت الکترون‌هایی که درون آن‌ها در جریانند مقاومت ایجاد می‌کنند. این موضوع در مورد پلاستیک کاملا متفاوت است؛ اگرچه ساختار پلاستیک نیز محکم است اما اگر بخواهیم فلز و پلاستیک را مقایسه کنیم، به هیچ‌وجه ساختاری کریستالی مشابه ندارند. مولکول‌های سازنده پلاستیک (که معمولا ساختاری بسیار کشیده و تکراری دارند و به هم زنجیر شده‌اند – به آن پلیمر گفته می‌شود) به هم متصلند، مانند الکترون‌های درون اتم که ساکنند. تعداد الکترون‌های آزاد پلاستیک بسیار کم است و توان عبور جریان را ندارد.
مقاومت چطور کار می‌کند؟
کسانیکه با برق سر و کار دارند، معمولا میزان معینی مقاومت را در مدار تعیین می‌کنند. آن‌ها این کار را به کمک قطعاتی به نام مقاومت انجام می‌دهند. مقاومت‌ها پکیج کوچکی هستند که مقاومت ایجاد می‌کنند. آن را در مدار قرار داده و میزان جریان را به میزان معینی کاهش دهید. انواع مقاومت‌ها ظاهر یکسانی دارند. مقاومت قطعه‌ای کوتاه و کرمی‌شکل است که بر بدنه آن خطوط رنگی قرار گرفته است. در هر طرف دو پایه دارد که به کمک آن‌ها می‌توان قطعه را در مدار قرار داد.
درون مقاومت‌ها چه خبر است؟
اگر یک مقاومت را باز کنید، معمولا سرامیکی نارسانا وجود دارد که یک سیم مسی به دور آن پیچیده است. به مقاومت‌هایی با این ساختار، مقاومت‌های سیمی گفته می‌شود. میزان پیچش سیم مسی به دور سرامیک، شدت مقاومت را تعیین می‌کند؛ هر چه این پیچش بیشتر و مس نازکتر باشد، میزان مقاومت بالاتر خواهد بود. برای مقاومت‌های کوچک که برای مدارهایی با جریان کم طراحی شده‌اند، به جای سیم‌پیچ مسی، کربن با ساختار مارپیچ قرار دارد که نسبت به مقاومت‌های سیمی ارزان‌تر است. به این نوع مقاومت‌ها فیلم کربن گفته می‌شود. معمولا مقاومت‌های سیمی استوارتر و دقیق‌تر هستند و در دمای بالا نیز به خوبی عمل می‌کنند.
چطور اندازه مقاومت بر مقاومت مدار اثر می‌گذارد؟
فرض کنید که می‌خواهید آب را با شدت از درون لوله عبور دهید. لوله‌ها در شکل و اندازه مختلف، در کیفیت خروجی آب تاثیر دارند. مثلا لوله‌های نازکتر در برابر جریان آب مقاوم‌تر هستند یا لوله‌های کوتاه‌تر مقاومت کمتری نسبت به لوله‌های بلندتر دارند. اگر درون لوله‌ها را با اسفنج یا سنگ‌ریزه پر کنید، آب از میان آن ها می‌گذرد اما با سرعت کمتر. به عبارت دیگر طول لوله، قسمت درونی لوله و محتویات درون لوله بر کیفیت مقاومت آب اثر می‌گذارد.
مقاومت‌های الکتریکی نیز بسیار شبیه به مثال جریان آب در لوله هستند و از همان سه عامل تاثیر می‌گیرند. اگر یک سیم را نازکتر یا بلندتر کنید، کار الکترون‌ها برای گذر از آن سخت‌تر خواهد بود. همانطور که پیش‌تر گفتیم، عبور الکترون‌ها از برخی مواد (نارسانا) بسیار سخت‌تر از دیگر مواد (رسانا) است.
مقاومت و دما
مقاومت پایدار نیست، حتی اگر طول و حدود ماده مشخص باشد. مقاومت با بالا رفتن دما افزایش می‌یابد. چرا؟ هر چقدر دمای یک ماده بیشتر باشد، جنب و جوش اتم‌های سازنده آن نیز بیشتر می‌شود و این عمل باعث سخت شدن حرکت الکترون‌ها می‌شود. این اتفاق باعث می‌شود الکترون‌ها به مرحله بالاتر مقاومت الکتریکی منتقل شوند. به بیان دیگر، مقاومت اکثر مواد با افزایش دما بطور خطی افزایش می‌یابد (اگر دما را 10 درجه افزایش دهید، میزان مقاومت به همان اندازه افزایش می‌یابد، و اگر 10 درجه دیگر نیز به آن اضافه کنید، میزان مقاومت به همان میزان افزایش می‌یابد). اگر یک ماده را خنک کنید، میزان مقاومت کاهش می‌یابد و اگر دما را به حد زیادی کم کنید میتوانید مقاومت را ناپدید کنید؛ به این پدید اَبَر رسانایی گفته می‌شود.
کدهای رنگی مقاومت
از طریق الگوهای رنگی روی مقاومت، میتوانید مقاومت آن را حساب کنید. واحد اندازه‌گیری مقاومت‌ها اُهم (Ohm) میباشد. اﻟﺒﺘﻪ ﺑﺮاى ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻫﺎى ﺑﺎ ﻣﻘﺪار اﻫﻤﻲ زﻳﺎد ﻣﻌﻤﻮﻻ از واﺣﺪﻫﺎى ﺑﺰرﮔﺘﺮى ﻣﺎﻧﻨﺪ ﻛﻴﻠﻮ اﻫﻢ (K) و ﻣﮕﺎ اﻫﻢ (M) اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ . هر هزار اهم برابر 1 کیلو اهم و هر 1000 کیلو اهم برابر 1 مگا اهم میباشد.
- اکثر مقاومت‌ها سه نوارهای رنگی دارند که نوار چهارمی هم با فاصله از آن سه رنگ قرار دارند. رنگ نوار چهارم معمولا قهوه‌ای، قرمز، طلایی و نقره‌ای است.
- مقاومت را در حالتی قرار دهید که سه نوار رنگی، سمت چپ قرار بگیرد.
- دو نوار رنگی اول، دو رقم ابتدایی مقاومت را نشان می‌دهند. فرض کنید مانند نمونه مقاومت بالا، چهار نوار رنگی قهوه‌ای، مشکی، قرمز و طلایی داشته باشید. از جدول رنگ‌های پایین استفاده کنید. همانطور که میبینید، قهوه‌ای 1 و سیاه 0 است. پس بنابراین مقاومت با 10 شروع می‌شود. شماره نوار سوم، عدد به دست آمده در دو نوار اول را به ضریب 10 می‌رساند. 100=10×10 پس عدد به دست آمده را ضربدر 10 می‌کنیم و مقاومت ، به‌دست می‌آید که 1000 اهم است.
- حدود و تلورانس مقاومت را نشان می‌دهد. اگر رنگ انتخابی مقاومت طلایی باشد، مقاومت 5% بیشتر یا کمتر است. با توجه به مثال بالا، مقاومت بین 950 تا 1050 است.
- اگر مقاومت شما 5 رنگی باشد، سه نوار اول، ارزش مقاومت ، نوار چهارم درصد افزایش و نوار پنجم تلورانس را نشان می‌دهد.
تمرین : مقدار مقاومت های زیر را محاسبه کنید:
