קורס אלקטרוניקה

10: מוליכות, מוליכות סגולית והתנגדות



מוליכות והתנגדות
ראינו בדף 9 שיש חומרים שהם מוליכים חשמליים (Electrical conductors).
מוליכות חשמלית (Electrical conductance) של גוף מסוים היא מידת היכולת שלו להעביר דרכו זרם חשמלי, או מידת היכולת של זרם חשמלי לעבור דרך אותו גוף.

כאשר מדברים על ההבדלים במידת המוליכות של חומרים שונים, מדובר במוליכות סגולית, או מוליכות יחסית. דהיינו, לכסף יש מוליכות סגולית טובה יותר מאשר לנחושת, בעוד לנחושת יש מוליכות סגולית טובה יותר מאשר לברזל.
המוליכות בפועל של גוף מסוים נגזרת גם מהמוליכות הסגולית של החומר ממנו הוא עשוי וגם מהממדים שלו. אם ניקח שני חוטי נחושת, כל אחד מהם באורך של מטר אחד, כאשר החוט האחד הוא בקוטר של מילימטר אחד והחוט השני הוא בקוטר של שני מילימטר – לחוט העבה יותר תהיה מידה רבה יותר של מוליכות בפועל.
ניתן לחשב את המוליכות בפועל של כל אחד מהחוטים וכן ניתן למדוד את המוליכות של כל אחד מהחוטים. ניתן למדוד את המוליכות באמצעות רב מודד, למשל, שהוא מכשיר אשר בעצם מודד התנגדות חשמלית (Electrical resistance). התנגדות היא היפוכה של מוליכות. ככל שהמוליכות של גוף מסוים גבוהה יותר, כך ההתנגדות שלו נמוכה יותר. ככל שהמוליכות של גוף מסוים נמוכה יותר, כך ההתנגדות שלו גבוהה יותר.
במילים אחרות, המוליכות החשמלית היא מידת היכולת של גוף מסוים להעביר דרכו זרם חשמלי, בעוד ההתנגדות החשמלית היא מידת הקושי, או ההתנגדות, של גוף מסוים להעביר דרכו זרם חשמלי.

אוהם (אום) וסימנס
ניתן לחשב את ההתנגדות החשמלית וניתן לחשב את המוליכות החשמלית.
כמו כן, ניתן למדוד את ההתנגדות החשמלית וניתן למדוד את המוליכות החשמלית.
הן החישוב והן המדידה נעשים ביחידות מוסכמות ומקובלות במדע ובהנדסה.
ההתנגדות החשמלית, שהיא היפוכה של המוליכות החשמלית – נמדדת ביחידות הנקראות אוהם, או אום (Ohm) על שם ג'ורג' סימון אוהם (Georg Simon Ohm), פיזיקאי גרמני שחי בין השנים 1854 - 1789. הוא גילה את הקשר שבין מתח זרם והתנגדות וניסח את חוק אוהם, או חוק אום – אחד החוקים הבסיסיים בחשמל ובאלקטרוניקה. יחידות אוהם מצוינות על ידי האות היוונית אומגה שסימנה באות גדולה . מאחר ובמרבית המקלדות אין אותיות יווניות, בנוסחאות מסוימות ובשרטוטים חשמליים מסוימים מסמנים יחידות אוהם באות האנגלית אר שסימנה באות גדולה R ובאות קטנה r.
המוליכות החשמלית (Electrical conductance) נמדדת ביחידות הנקראות סימנס, או Mho (ההיפוך של Ohm) ומסמנים אותה באות היוונית אומגה כשהיא הפוכה, ראשה למטה ותחתיתה למעלה , או באות האנגלית אס שסימנה S, או בצמד האותיות SI, או באותיות MHO, או באות האנגלית ג'י שסימנה G. יחידות סימנס נקראות על שם הממציא והתעשיין הגרמני ארנסט וורנר פון סימנס (Ernst Werner von Siemens) או (Werner von Siemens) שחי בין השנים 1892 - 1816, אשר המציא מספר המצאות חשובות ורשם מספר פטנטים בתחום החשמל.
אם נסמן את המוליכות החשמלית באות G ואת ההתנגדות החשמלית באות R , נוסחת היחס בין מוליכות להתנגדות היא:   .

מוליכות סגולית (Specific conductance) או (Electrical conductivity)
המוליכות החשמלית הסגולית היא תכונה של החומר, לכל חומר מוליכות סגולית שונה. המוליכות הסגולית היא היפוכה של ההתנגדות החשמלית הסגולית (Electrical resistivity). את המוליכות החשמלית הסגולית מסמנים בדרך כלל באות היוונית דלתה קטנה ולפעמים באות האנגלית קיי גדולה שסימנה K או באות האנגלית וויי גדולה שסימנה Y. את ההתנגדות החשמלית הסגולית מסמנים בדרך כלל באות היוונית רהו, או רו, קטנה .
נוסחת היחס בין המוליכות החשמלית הסגולית לבין ההתנגדות החשמלית הסגולית היא זאת: .

המוליכות החשמלית הסגולית נמדדת ביחידות סימנס למטר.

כאשר מדובר בגוף בצורת מוט, או חוט, המוליכות בפועל נמצאת ביחס ישר לפני השטח בקצוות וביחס הפוך לאורך. בגוף בצורת גליל מוארך, או חוט, המוליכות בפועל נמצאת ביחס ישר לקוטר וביחס הפוך לאורך. דהיינו, ככל שהגליל, או החוט, ארוך יותר, המוליכות בפועל יורדת. ככל שהקוטר גדול יותר, המוליכות בפועל עולה.
היפוכו של דבר נכון לגבי ההתנגדות: ככל שהגליל, או החוט, ארוך יותר, ההתנגדות בפועל עולה. ככל שהקוטר גדול יותר, ההתנגדות בפועל יורדת.

אם ניקח שני חוטי מתכת, מחומרים שונים ובמידות זהות, דהיינו, אורך וקוטר זהים וכן בטמפרטורה זהה, לחומר בעל מוליכות סגולית גבוהה יותר תהיה מוליכות בפועל גבוהה יותר – והתנגדות נמוכה יותר.

כדי לחשב את מידת המוליכות החשמלית בפועל, או את מידת ההתנגדות החשמלית בפועל, של יחידת חומר מסוימת, יש לדעת את המוליכות הסגולית של אותו חומר, את הממדים הפיזיים של אותה יחידת חומר, וכן את הטמפרטורה.

ברשימה הבאה מספר חומרים הנחשבים למוליכים חשמליים, הממוינים על פי רמת המוליכות הסגולית שלהם, בסדר יורד דהיינו, החומר בעל המוליכות הסגולית הגבוהה נמצא בראש הרשימה והחומר בעל המוליכות הסגולית הנמוכה ביותר נמצא בתחתית הרשימה.
  • כסף
  • נחושת
  • זהב
  • חמרן (אלומיניום)
  • ברזל
  • כספית
הווה אומר, לכסף מוליכות סגולית גבוהה יותר מאשר לנחושת, בעוד לנחושת מוליכות סגולית גבוהה יותר מאשר לזהב.

במכשירים חשמליים ואלקטרוניים, החומר הנפוץ ביותר לחוטי חיבור הוא הנחושת, בשל המחיר הגבוה של כסף, לעומת נחושת. בזהב משתמשים בדרך כלל לציפוי מגעים של מפסקים, משום שזהב הוא מתכת אצילה, אשר אינה נתונה לשיתוך (קורוזיה).

הרחבות נוספות ניתן לראות בקישורים הבאים:
מוליכות חשמלית - ויקיפידיה
התנגדות חשמלית – אורט
מוליכות חשמלית סגולית – ויקיפידיה באנגלית
מוליכות חשמלית – ויקיפידיה באנגלית








לדף קודם       לתוכן העניינים         לדף הבא





שאלות, הערות והצעות יתקבלו בברכה: דואר אלקטרוני E-mail



כל הזכויות שמורות.
Copyright © - 2010 ליהושע גומא,
עזריאל