قانون أوم — العلاقة بين التوتر والتيار والمقاومة الكهربائية — العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة متوسط — المنهاج الجزائري

بعد أن تعرفنا على التيار الكهربائي والتوتر الكهربائي في السنوات السابقة، حان الوقت لربط هذه المفاهيم معاً في قانون فيزيائي جميل يُسمى «قانون أوم». هذا القانون هو حجر الأساس في دراسة الكهرباء، ويسمح لنا بفهم كيفية تفاعل التوتر والتيار والمقاومة في الدارات الكهربائية. اكتشفه العالم الألماني جورج سيمون أوم عام 1827، وهو من أهم القوانين في الفيزياء.

الأهداف التعليمية

• أن ينص التلميذ على قانون أوم كتابة ورياضياً
• أن يحسب التلميذ قيمة المقاومة الكهربائية باستخدام قانون أوم
• أن يستعمل التلميذ قانون أوم لحساب التوتر أو التيار أو المقاومة
• أن يمثل التلميذ بيانياً العلاقة بين التوتر والتيار
• أن يطبق التلميذ قانون أوم في دارة كهربائية بسيطة

الشرح المبسط

أولاً: مفهوم المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية هي خاصية فيزيائية لمادة ما تُعيق مرور التيار الكهربائي عبرها. ترمز لها بالحرف R وتُقاس بوحدة تسمى الأوم (Ω). كلما زادت قيمة المقاومة، قلّ التيار المار في الدارة عند نفس التوتر.

أنواع المقاومات في الدارات الكهربائية:

• المقاومة الأومية (الناقل الأومي): مادة (مثل سلك من النيكل-كروم) تتبع قانون أوم بدقة
• المصابيح الكهربائية: لها مقاومة تختلف بتغير درجة حرارتها
• المقاومات الضوئية (LDR): تتغير مقاومتها بتغير شدة الإضاءة
• الثرمستورات: تتغير مقاومتها بتغير درجة الحرارة

ثانياً: نص قانون أوم

ينص قانون أوم على أن: شدة التيار الكهربائي المار في ناقل أومي تتناسب طردياً مع التوتر الكهربائي المطبق بين طرفيه، وعكسياً مع مقاومته الكهربائية.

الصيغة الرياضية لقانون أوم:

U = R × I

حيث:

• U = التوتر الكهربائي بوحدة الفولط (V)
• R = المقاومة الكهربائية بوحدة الأوم (Ω)
• I = شدة التيار الكهربائي بوحدة الأمبير (A)

ملاحظة مهمة: الصيغة U = R × I مخصصة للنواقل الأومية التي تتبع قانون أوم. بعض العناصر الكهربائية (كالصمام الثنائي الديود) لا تتبع هذا القانون.

ثالثاً: حساب المقاومة والتيار من قانون أوم

من قانون أوم U = R × I، يمكننا استخراج صيغ أخرى:

• R = U ÷ I — لحساب المقاومة
• I = U ÷ R — لحساب شدة التيار

رابعاً: التمثيل البياني لقانون أوم

إذا قسنا التوتر U والتيار I عبر مقاومة ثابتة R وغيرنا التوتر، نحصل على نقاط تشكل خطاً مستقيماً يمر من نقطة الأصل. ميل هذا الخط المستقيم يساوي قيمة المقاومة R. كلما زاد الميل، زادت قيمة المقاومة. هذا الخط المستقيم يؤكد أن العلاقة بين U وI هي علاقة خطية طردية.

خامساً: تطبيقات قانون أوم

• تصميم الدارات الكهربائية: يستخدم المهندسون قانون أوم لتحديد المقاومة المناسبة لتمرير تيار معين بوجود توتر معين
• تحديد الأعطال: إذا كان التيار كبيراً جداً في دارة، فهذا يعني أن المقاومة صغيرة جداً (قد يكون هناك تماس كهربائي)
• أجهزة القياس: يعمل جهاز الأوميتر (مقياس المقاومة) بتطبيق قانون أوم: يطبق توتراً معلوماً ويقيس التيار ليحسب المقاومة
• أنظمة الإنارة: لحساب التيار الذي يمر في مصباح كهربائي، نستخدم قانون أوم

أمثلة محلولة

المثال 1: حساب شدة التيار

وصلت مقاومة قيمتها 100Ω بمولد توتره 12V. أحسب شدة التيار المار في الدارة.

الحل:
باستخدام قانون أوم: I = U ÷ R
I = 12V ÷ 100Ω = 0.12A = 120mA
إذن شدة التيار المار في الدارة هي 0.12 أمبير.

المثال 2: حساب قيمة المقاومة

مر تيار شدته 0.5A في مقاومة عند ربطها بمولد توتره 9V. أحسب قيمة المقاومة.

الحل:
باستخدام قانون أوم: R = U ÷ I
R = 9V ÷ 0.5A = 18Ω
إذن قيمة المقاومة هي 18 أوم.

المثال 3: التركيب التجريبي

أنجز التركيب التالي: بطارية متغيرة التوتر موصولة على التسلسل مع مقاومة R = 47Ω وأمبيرمتر (مقياس التيار). ثبت فولطمتراً على طرفي المقاومة. غيّر توتر البطارية وسجل قيم U و I في جدول. ماذا تلاحظ؟

الحل:
الجدول النموذجي:

U (V)	0	2	4	6	8	10	12
I (A)	0	0.043	0.085	0.128	0.170	0.213	0.255

نلاحظ أن: U / I = 47Ω = قيمة ثابتة = قيمة المقاومة. وهذا يثبت صحة قانون أوم. العلاقة بين U وI هي علاقة خطية طردية: كلما زاد التوتر، زادت شدة التيار بنفس النسبة.

تمارين تطبيقية

1. مقاومة قيمتها 220Ω مر بها تيار شدته 0.05A. احسب التوتر بين طرفيها.
2. وُصلت مقاومة بمولد توتره 24V فمر بها تيار شدته 0.3A. احسب قيمة المقاومة.
3. ارسم دارة كهربائية تحتوي على: مولد (12V)، مقاومة متغيرة، أمبيرمتر على التسلسل، فولطمتر على التفرع مع المقاومة.
4. إذا زادت مقاومة دارة كهربائية بمقدار الضعف مع بقاء التوتر ثابتاً، ماذا يحدث لشدة التيار؟ علّل إجابتك باستخدام قانون أوم.
5. جهاز كهربائي يعمل على توتر 220V ويمر به تيار شدته 5A. احسب مقاومته الداخلية.

نشاط منزلي

ابحث عن أي جهاز كهربائي في منزلك (مثل مجفف الشعر، المكواة، المصباح الكهربائي) واقرأ البيانات المدونة عليه. غالباً ما تجد التوتر (V) والاستطاعة (W). باستخدام قانون أوم واحسب شدة التيار المار في الجهاز. علماً أن الاستطاعة P = U × I، إذن I = P ÷ U. دوّن نتائجك في جدول.

---

📍 دروس مشابهة

• التيار الكهربائي المتناوب (السيروري) — العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة متوسط
• السلسلة الطاقوية وتحويل الطاقة — العلوم الفيزيائية للسنة الثالثة متوسط