الكهرباء (2)  Electricity (2)

الكهرباء (2)
الدائرة الكهربائية البسيطة	مكونات الدائرة الكهربائية البسيطة:	1- البطارية
2- الموصل (السلك)	3- الحمل الكهربائي والمقاومة الكهربائية	4- حماية الدائرة
5- المفتاح الكهربائي
الأجزاء: (1) 2 (3)

الدائرة الكهربائية البسيطة
Simple Electric Circuit

اجزاء (مكونات الدائرة الكهربائية) البسيطة

الجزء	الوظيفة	المواصفات	الرمز
البطارية مصدر تيار مستمر	مصدر القوة الدافعة الكهربائية والتيار الكهربائي	جهد البطارية (فولت) V سعة البطارية (أمبير ساعة) A h
مصدر تيار متردد	مصدر القوة الدافعة الكهربائية والتيار الكهربائي	جهد التيار (فولت)  V تردد التيار (هرتز) Hz 1-3 فاز 1- 3 phase
الحمل الكهربائي المقاومة	إضاءة تشغيل جهاز التحكم في تيار الدائرة	المقاومة (أوم) Ω
الموصل	السلك	طول السلك, مساحة السلك, المقاومة النوعية (أوم متر) Ω m
مفتاح كهربائي	التحكم في الدائرة غلق وفتح الدائرة الكهربائية	مفتاح يدوي, كهرومغناطيسي, حراري ...
فيوز (منصهر)	حماية الدائرة من زيادة  التيار	يفتح الدائرة عند زيادة التيار عن حد معين لحماية الدائرة

مكونات ورموز الدوائر الكهربائية والإليكترونية electrical & electronic symbols:

تتكون الدوائر الكهربائية من مكونات مختلفة للقيام بوظائف محددة بالدائرة, ويرمز لتلك المكونات برموز لإمكانية عمل رسم للدائرة الكهربائية. وفي الرابط التالي بعض لتلك المكونات ووصف مختصر لوظيفتها والرموز الخاصة بها.

http://www.rapidtables.com/electric/electrical_symbols.htm

عناصر (مكونات) الدائرة الكهربائية electric circuit component (elements) :

تتكون الدائرة البسيطة من عدة عناصر:
1- مصدر التيار (البطارية أو مصدر التيار المتردد) electric power source
2- الموصل (السلك) (توصيل التيار) conductor
3- الحمل الكهربائي أو المقاومة (تحويل الطاقة, مستهلك للقدرة) electric load (apparatus, device, resistance
4- حماية الدائرة (المنصهر, وقاطع التيار) fuses, circuit barker
5- مفتاح كهربائي (فصل ووصل الدائرة الكهربائية) On/Off switch

1- البطارية battery:

تتواجد البطاريات في الأسواق بأشكل وأحجام ومقاسات مختلفة, منها الجاف والسائل. وتستخدم البطاريات في تخزين الطاقة الكهربائية بتحويلها إلى صورة من صور الطاقة الكيميائية.

أنواع البطاريات:

- جافة – سائلة

- سائلة (حمضية) – قلوية

- قابلة للشحن – غير قابلة للشحن

- اسطوانية الشكل – قرصية- غير اسطوانية الشكل

مواصفات البطارية:
- المقاس size (A, AA, AAA, D, C, …)
- الجهد  volt(1.5 – 9 – 12 فولت)
- سعة البطارية capacity (تقاس سعة البطارية بمقدار الأمبير ساعة (كمية الشحنة خلال الزمن) ampere hour (A h) . مثال:  سعة بطارية سيارة 100 A h, تعني أن البطارية يمكنها أن تعطي 5 A لمدة 20 ساعة.

توصيل البطاريات battery connections:

يمكن توصيل البطاريات على التوازي parallel أو على التوالي series, أو على التوازي والتوالي معا.

توصيل على التوازي	توصيل على التوالي	توصيل على التوالي والتوازي
نفس الجهد, مضاعفة السعة	مضاعفة الجهد, نفس السعة	مضاعفة الجهد, مضاعفة السعة

فرق الجهد potential difference, voltage :

ويعرف بفرق الجهد بين نقطتين ΔV أو جول لكل كولوم J/C, أو الفرق بين طاقة الوضع لكل وحدة شحنة بين نقطتين. فرق الجهد هو مقدار الشغل المبذول, لكل وحدة شحنة, ضد مجال مغناطيسي ثابت لنقل شحنة بين نقطتين.  فرق الجهد يمكن أن يمثل مصدر للطاقة (electromotive force), أو يمثل فقد في الطاقة المخزنة (potential drop). يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد بين نقطتين في النظام.

2-  الموصل (السلك) توصيل اجزاء الدائرة الكهربائية conductor:

يتم مرور التيار بالدائرة الكهربائية في سلك يكون له خاصية التوصيل الكهربائي (موصل). تعتمد خاصية  توصيل السلك على تركيب ذرة مادة السلك. ويمكن تقسيم المواد عموما من ناحية التوصيل الكهربائي إلى مواد موصلة, مواد شبة موصلة, ومواد غير موصلة (عازلة). ويعتمد هذا التقسيم على توزيع الالكترونات حول نواة الذرة وخاصة المسار الخارجي. حيث تأخذ الالكترونات مدارات حول الذرة لكل مدار عدد محدود من الالكترونات, وعند اكتمال العدد المحدد بالمدار الأول تنتقل الالكترونات للمدار الثاني, وحتى اكتماله ثم تنتقل الالكترونات للمدار الثالث وهكذا.

المواد الموصلة:

يحتوى المدار الخارجي على عدد قليل من الاليكترونات (غالبا إليكترون واحد), مثل ذرة الذهب, والنحاس. هذا مما يسهل انتقال الالكترونات التي تكون الشحنة الكهربائية والتيار الكهربائي.

المواد الشبة موصلة:

يحتوي المدار الخارجي على عدد أكبر من الاليكترونات. مثل ذرة السليكون, و الرصاص. يحتاج انتقال الالكترونات إلى جهد كهربائي عالي.

المواد العازلة:

عدد الالكترونات بالمدار الخارجي تكون شبه مكتملة أو مكتملة. من الصعب انتقال الالكترونات من الذرة.

وتبين الأشكال التالية تصنيف لبعض المواد من ناحية القدرة على التوصيل الكهربائي, وكذلك التركيب الذري لذرة المادة.

التركيب الذري للمواد
الموصلات Conductors
أشباه الموصلات Semiconductors

2- السلك (الموصل)conductor (wire):

مقاومة أي جزء يعتمد على عاملين: نوع المادة المصنوع منها والشكل. لمادة معينة, فإن المقاومة تتناسب عكسيا مع مساحة المقطع؛ مثال: كبل سميك من النحاس يكون له مقاومة أقل من سلك رفيع من نفس معدن النحاس. أيضا, لنفس المعدن, فإن المقاومة تتناسب مع طول السلك؛ مثال: سلك طويل من النحاس له مقاومة أعلى من سلك مشابه له من النحاس أقصر طولا. المقاومة R resistance والتوصيلية conductance G لسلك له مقطع ثابت يمكن أن تحسب من المعادلة:

حيث:
R = المقاومة resistance (Ω)
G = التوصيلية conductance 
L = الطول wire length (m)
A = مساحة المقطع cross section area (m²)
ρ = معامل المقاومة الكهربائي electrical resistivity (Ω m)
σ = معامل التوصيل الكهربائي electrical conductivity (S/m)

أنواع الموصل (السلك):

التوصيلات الكهربائية موجودة بتشكيلة واسعة من الاشكال والمواد. الاسلاك الكهربائية الحديثة تتكون من موصل معدني محاط ومحمي بعازل غير موصل.

تصنيف الاسلاك حسب الشكل:

- السلك المعدني المصمت (الصلب) solid core. هو عبارة عن قطعة واحدة (سلك واحد) من المعدن, وهو سهل التوصيل, ولكنه يكون غير مرن في التمرير بالأماكن التي بها مسارات متعرجة. وفي حالة كسر السلك لا يصل التيار الكهربائي. وهو أرخص في التصنيع من السلك المكون من اسلاك رفيعة ويستخدم في التطبيقات التي لا تحتاج إلى مرونة عالية للسلك. وحيث إنه له مساحة سطحية أقل فإنه أقل عرضه للعوامل البيئية والصدأ.

- السلك المكون من مجموعة اسلاك رفيعة (حزمة) stranded core. وهو عبارة عن مجموعة من الاسلاك الرفيعة غير معزولة وملفوفة معا لتكون قلب السلك. وهذا يجعلها أكثر مرونة من السلك المصمت الذي له نفس مساحة المقطع ونفس المعدن. وفي حالة كسر عدة اسلاك من المجموعة, يظل التوصيل مستمر, ولهذا يستخدم في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للكلل المعدني (حركة مستمرة للسلك), مثال التوصيل بين ألواح الدوائر للأجهزة التي بها عدة ألواح, والتي قد يؤدي استخدام السلك الصلب إلى تولد إجهادات غير مرغوب بها إثناء التصنيع أو التشغيل, مثل الاسلاك الكهربائية التي تتحكم في الأجزاء المتحركة.

- السلك المكون من مجموعة اسلاك رفيعة  (حزمة) معزولة تسمى اسلاك ليتز Litz wire. هذا النوع من الاسلاك يستخدم في الدوائر الاليكترونية التي تنقل تيار متردد ذو ترددات عالية high frequencies. حيث تكون مساحة السطح لهذا النوع من الاسلاك أكبر من مساحة السلك الصلب أو من الاسلاك الرفيعة الغير معزولة.

التيار ذو الترددات العالية ينساب قرب السطح الخارجي مما يسبب ظاهرة التأثير السطحي skin effect والتي تؤدي إلى  نقص في المساحة الفعلية للموصل وزيادة المقاومة الكهربائية مؤدية إلى فقد في الطاقة المارة فيه, ولهذا تكون مقاومة انسياب التيار المتردد بالأسلاك أعلى بعدة مرات من مقاومة انسياب التيار المستمر عبرها.

- الاسلاك المضفرة (المبرومة) twisted pairs:

للترددات أعلى من 1 GHz, يستخدم كبل يتكون من أزواج من الأسلاك المبرومة. هذه تؤدي إلى تقليل الفقد من الإشعاع لموجات الكهرومغناطيسية electromagnetic radiation. حيث ينقل كل سلك كمية مساوية من التيار في اتجاه مخالف (مرور التيار في اتجاهين مختلفين). تؤدي تلك الموجات المشعة المختلفة الاتجاه من كل سلك بإلغاء تأثير بعضها البعض .

- الاسلاك المتدخلة coaxial cables:

يستخدم هذا النوع من الاسلاك للترددات الصوتية المسموعة وما فوقها. وهي تتكون من سلك موصل بالمركز يمر داخل أنبوبة موصلة, يفصل بينهما طبقة من مادة عازلة للكهرباء. مرور التيار في الموصل الداخلي يساوي و يضاد التيار المار بالأنبوب الموصل, ويكون المجال الكهرومغناطيسي داخل السلك متساوي ولا يصدر منه إشعاع للمجال. ويستخدم في بعض التطبيقات التي تخص أجهزة القياس الدقيقة والتي يؤدي المجال الكهرومغناطيسي إلى التشويش على الجهاز ودقة القياس.

- السلك المكون من مجموعة اسلاك منفصلة معزولة multiple conductor. هذه عبارة عن مجموعة اسلاك معزولة (مكونة من اسلاك صلبة أو مجموعة اسلاك رفيعة) داخل عازل خارجي مشرتك. كل واحد من تلك الأسلاك يكون معزول بمادة عازلة ذات لون خاص يسمى الترميز اللوني.

الترميز اللوني للأسلاك wire color code:

للتعرف على قواعد السلامة بسهولة عند استخدام الاسلاك, أصبح لجميع التوصيلات الكهربائية قواعد ترميز بألوان لعازل الأسلاك. هذا الترميز إجباري لبعض التوصيلات الكهربائية واختياري في توصيلات أخرى.  

لضمان سلامة العاملين في التمديدات الكهربائية تستخدم أسلاك ذات الوان خارجية متعارف عليها, فمثلا يستخدم اللون الأخضر وبه خطوط صفراء لإسلاك التوصيل الأرضي grounding (earth), ويستخدم اللون الأزرق في السلك الحياديwire  neutral, واللون البني في سلك الكهرباء hot wire.

تصنيف الاسلاك حسب معدن السلك:

- اسلاك نحاس Copper wiring: النحاس من المعادن التقليدية المستخدمة كسلك توصيل. وهو معدن مرن, له قابلية عالية للتوصيل الكهربائي, وله عمر تشغيلي عالي.

- اسلاك الومنيومAluminum wiring : يستخدم الأن الالومنيوم كأسلاك توصيل حيث إنه أرخص من النحاس. وهو موصل جيد للكهرباء, ولكنه ليس قوي كالنحاس.

- سبائك Alloys: في بعض الصناعات والتركيبات التي تحتاج إلى جهد عالي, تستخدم سبائك المعدن لضمان توصيل سليم وآمن.

- الألياف الزجاجية fiber optics: تستخدم عند زيادة تردد التيار عن 200 GHz.

مقاس السلك  :wi re gage

مقاس السلك هو قياس لأبعاد السلك, أما لقطر السلك wire diameter أو مساحة مقطع السلك wire cross sectional area. هذه الابعاد تقدر مقدار التيار الكهربائي التي يمكن للسلك نقله بأمان, بالإضافة إلى المقاومة الكهربائية للسلك, والوزن لكل وحدة طول.

المقاس يدل على قطر السلك. كلما كان الرقم أصغر, كلما كان القطر أكبر وقدرة أعلى لنقل التيار. القاعدة المبسطة إنه لكل نقص بمقدار 6 قياسات فإن مقدار القطر يتضاعف, ولكل مقدار نقص 3 قياسات فإن مقدار المساحة يتضاعف. ويبين الجدول اللاحق جزء من المقاس الأمريكي للسلك (AWG) American wire gauge, كما توجد مقاسات قياسية مختلفة للدول بالبلدان المختلفة (أوربا, انجلترا....). ويبين جدول المقاس, قطر السلك Diameter, مساحة السلكArea , مقاومة السلك بالنسبة للطول Resistance, أقصى تيار يسمح بمروره بالسلك Max Current, أقصى تردد للتيار يمر بالسلك Max Frequency.

التوصيلات الكهربائية المنزلية تستخدم أسلاك مقاس 12 و 14 12-gauge, 14-gauge. مقاس 12 له قطر يساوي 1/12 بوصة ومقاس 14 له قطر 1/14 بوصة. مقاس 12 (20 A) لوصلات مخرج التيار بالحائط outlet,  ومقاس 14 (15 A)  لوصلات الإضاءة.

AWG	Diameter  [inches]	Diameter  [mm]	Area [mm^2]	Resistance  [Ohms / 1000 ft]	Resistance  [Ohms / km]	Max Current  [Amperes]	Max Frequency  for 100% skin depth
0000 (4/0)	0.46	11.684	107	0.049	0.16072	302	125 Hz
000 (3/0)	0.4096	10.40384	85	0.0618	0.202704	239	160 Hz
00 (2/0)	0.3648	9.26592	67.4	0.0779	0.255512	190	200 Hz
0 (1/0)	0.3249	8.25246	53.5	0.0983	0.322424	150	250 Hz
1	0.2893	7.34822	42.4	0.1239	0.406392	119	325 Hz
2	0.2576	6.54304	33.6	0.1563	0.512664	94	410 Hz
3	0.2294	5.82676	26.7	0.197	0.64616	75	500 Hz
4	0.2043	5.18922	21.2	0.2485	0.81508	60	650 Hz
5	0.1819	4.62026	16.8	0.3133	1.027624	47	810 Hz
6	0.162	4.1148	13.3	0.3951	1.295928	37	1100 Hz
7	0.1443	3.66522	10.5	0.4982	1.634096	30	1300 Hz
8	0.1285	3.2639	8.37	0.6282	2.060496	24	1650 Hz
9	0.1144	2.90576	6.63	0.7921	2.598088	19	2050 Hz
10	0.1019	2.58826	5.26	0.9989	3.276392	15	2600 Hz
11	0.0907	2.30378	4.17	1.26	4.1328	12	3200 Hz
12	0.0808	2.05232	3.31	1.588	5.20864	9.3	4150 Hz
13	0.072	1.8288	2.62	2.003	6.56984	7.4	5300 Hz
14	0.0641	1.62814	2.08	2.525	8.282	5.9	6700 Hz

http://www.powerstream.com/Wire_Size.htm

(AWG) American wire gauge*

ويمكن معرفة مقاس السلك عن طريق أداة القياس المبين بالشكل اللاحق. بواسطة أداة القياس يمكن معرفة مقاس السلك, وبمعرفة مقاس السلك والاستعانة بالجداول الخاصة يمكن معرفة الخواص الكهربائية للسلك المستخدم (أقصى تيار, الوزن, المقاومة......) حسب معدن السلك المستخدم.

عدد الاسلاك بالحزمةnumber of strands :

كلما زاد عدد الاسلاك بالحزمة كلما زادت مرونته لنفس المساحة, ومقاومة الاجهاد والكسر. ولكن زيادة العدد تؤدي إلى زيادة التكلفة, والوزن لوحدة الطول. وأقل عدد 7 وتكون واحد في المنتصف ويحيط به 6 أخرون. والمستوى الذي يليه 19 حيث يكون هناك 12 سلك يحيط بالسبعة, وهكذا. والعدد 19 هو أقل عدد ينصح باستخدامه مع الأجزاء المتحركة.

عدد الاسلاك المستخدمة بالدائرة:

في الدوائر الكهربائية للتيار المتسمر يكون هناك عدد 2 سلك, سلك لمرور التيار من المصدر إلى الجهاز وسلك لرجوع التيار إلى المصدر (قد يستعاض عن سلك الرجوع بموصل مشترك لجميع الأجهزة مثل شاسية السيارة المعدني حيث يوصل به طرف الرجوع للجهاز ويتصل شاسية السيارة بأحد أقطاب البطارية Chassis ground. بالنسبة للتيار المتردد حيث يكون يتغير اتجاه التيار عدة مرات خلال الثانية الواحدة, يكون هناك للفاز (.....) الواحد single phase AC electricity  عدد 2 سلك واحد يسمى الفعال active و الأخر الحياد neutral.

التيار الداخل إلى المنازل ممكن أن يكون فاز واحد, وله فقط سلكان أو 3 فاز وله أربعة أسلاك (3 فعال وواحد حيادي). وتستخدم توصيلات 3 فاز لأجهزة التكييف بالمنازل, ويستخدم 1 فاز لمعظم الأجهزة الكهربائية والإضاءة بالمنزل.

الشحنة الكهربائية المارة بالسلك electric charge:

الشحنة الكهربائية قد تتوفر في شكلين, شحنة موجبة وشحنة سالبة. المواد التي بها شحنة من نفس النوع يكون بينها قوة تنافر والمواد التي بها شحنات مختلفة يحدث بينها تجاذب. وحدة الشحنة الكهربائية بالوحدات العالمية هي الكولوم coulomb (C), ويمكن استخدام وحدة أمبير.ساعة ampere-hour (A h) في التطبيقات الهندسية وهي وحدة ليست من الوحدات العالمية ولكن يسمح باستخدامها مع الوحدات العالمية.

الأجسام المشحونة كهربائيا تتأثر وتنتج مجال مغناطيسي. التفاعل بين الشحنة المنسابة والمجال المغناطيسي هو مصدر القوة الكهرومغناطيسية.

تلك الشحنة تأتي من تجميع شحنات صغيرة تسمى الشحنات الابتدائية “e” والتي تساوي 1.602x10^-19 C وتكون شحنة الكولوم تساوي 6.242x10¹⁸ e ويعرف الكولوم بآنه مقدار الشحنة التي تنساب خلال مقطع سطح موصل كهربائي يحمل واحد أمبير خلال ثانية واحدة. ويستخدم الرمز Q , q في التعبير عن الشحنة الكهربائية. يمكن قياس الشحنة مباشرة عن طريق استخدام مقياس الكهرباء electrometer, أو بطريقة غير مباشرة عبر بلاستيك جلفانوميتر ballistic galvanometer.

الشحنة تساوي عدد الإلكترونات مضروب في شحنة الاليكترون:

q = n e

حيث:
n = عدد الاليكترونات  number of electrons
e = شحنة الاليكترون (كولوم) (e = 1.6 x 10^-19 C) electron charge

التيار الكهربائي المار بالسلكelectric current :

التيار الكهربائي electric current هو معدل انسياب الشحنة الكهربائية electric charge  خلال وسيط موصل conductive medium . الشحنة هي حركة تدفق الإليكترونات خلال موصل مثل السلك.

وحدة قياس التيار(معدل انسياب الشحنة الكهربائية) بالوحدات العالمية هي الأمبير, وهي مقدار انسياب شحنة كهربائية خلال سطح بمعدل واحد كولوم في الثانية. ويتم قياس التيار باستخدام أميتر ammeter.

ويمكن حساب التيار في حالة انسياب منتظم للشحنة خلال سطح بالمعادلة التالية

حيث:

I = مقدار التيار أمبير (amperes A) electric current

q = مقدار الشحنة المنسابة خلال السطح (كولوم) , coulombs (C = A s) electric charge

t = الزمن بالثانية (second s) time

3- المقاومة الكهربائية أو الحمل الكهربائي or electrical load electrical resistance:

الحمل الكهربائي لجهاز كهربائي (مصباح كهربائي, سخان, موتور.......) أو المقاومة الكهربائية جزء من الدائرة الكهربائية هذا الحمل يمكن تمثيله في الدائرة بمقاومة. دائرة بدون حمل تعني تيار عالي يؤدي إلى ارتفاع عالي في الحرارة وانصهار السلك الموصل (دائرة قصر short circuit). وجود الحمل الكهربائي أو المقاومة بالدائرة تحدد كمية التيار المار بالدائرة, وفيهما تتحول الطاقة الكهربائية إلى صورة أخرى من صور الطاقة (power consumption). والدائرة ذات المقاومة الكهربائية العالية, تؤدي إلى مرور تيار ضعيف بالدائرة أو عدم مرور تيار (دائرة مفتوحة  open circuit).

المقاومة الكهربائية بالدائرة resistor:

تستخدم المقاومة بالدائرة الكهربائية للتحكم في مقدار التيار الكهربائي المار بالدائرة. مثل المقاومة المتغيرة بدائرة المذياع والتليفزيون التي تؤدي إلى خفض الصوت ورفع الصوت (تقليل قيمة المقاومة تزيد من قيمة التيار وترفع الصوت). ومثال أخر على ذلك المقاومات الثابتة القيمة بالدوائر الإليكترونية. ولمعرفة قيمة المقاومة يمكن قياس مقدارها عن طريق الأميتر ohmmeter. ولتسهيل معرفة القيمة المقاومات الثابتة توضع ألوان على جسم المقاومة من الخارج على شكل حلقات لتدل على مقدارها وتعرف بترميز الحلقات اللوني للمقاومة.

الترميز اللوني للمقاومة resistor color code:

الترميز اللوني للمقاومة هو طريق لبيان قيمة المقاومة. بدلا من كتابة قيمة المقاومة على جسم المقاومة, حيث في معظم الحالات يكون جسم المقاومة صغير للكتابة عليه. توضع الالوان على شكل حلقات تحيط بجسم المقاومة. هناك عشرة الوان مختلفة تمثل الأرقام من 0 إلى 9. أول حلقتين من الألوان هي الرقمين الأولين من اليسار إلى اليمين (رقم العشرات ورقم الاحاد), والرقم الثالث مقدار المضاعفات العشرية للرقم (1, 10, 100, 1000,....) وهي عدد الأصفار التي تضاف بعد الرقم أي أن مقاومة عليها أول ثلاث حلقات باللون الأحمر تعني 2 يتبعها 2 يتبعها عدد 2 صفر أي تكون المقاومة 2200 أوم. الحلقة الأخيرة هي حد السماح (الدقة).

بيان بالألوان ورموز القيم

مضاعفات العشرة	رقم الأحاد	رقم العشرات	color	اللون
×1	0	0	Black		أسود
×10	1	1	Brown		بني
×100	2	2	Red		أحمر
×1000	3	3	Orange		برتقالي
×10000	4	4	Yellow		أصفر
×100000	5	5	Green		أخضر
×1000000	6	6	Blue		أزرق
	7	7	Purple		بنفسجي
	8	8	Gray		رمادي
	9	9	White		أبيض
حد السماح:
1%±			Brown		بني
2%  ±			Red		أحمر
5%±			Gold		ذهبي
10 %  ±			Silver		فضي

أمثلة :
أصفر, بنفسجي, أحمر, ذهبي = 47 × 100 = 4700 أوم ± 5%
بني, أسود, أصفر, ذهبي = 10× 10000= 100000 أوم ± 5%
بني, أسود, أحمر, ذهبي = 10 × 100 = 1000 أوم ± 5%
بني, أسود, أخضر, فضي = 10 × 100000= 1000000 أوم ± 10%

* برنامج أكسل لحساب قيم المقاومة (الآلة الحاسبة لبيان قيمة المقاومة باستخدام الترميز اللوني للمقاومة):

الآلة الحاسبة لبيان ترميز المقاومة الكهربائية- Resistor color code calculator

توصيل المقاومات resistance connection:

عناصر الدائرة الكهربائية أو الدائرة الإليكترونية قد تتصل بعدة طرق بالدائرة الكهربائية. الطريقتين المبسطتين للتوصيل تسمى التوصيل على التوالي series والتوصيل على التوازي parallel وتجدهما في معظم الأحوال. العناصر المتصلة على التوالي تتصل في مسار واحد, حيث يمر بهم نفس التيار, ويقسم الجهد بينهم (الجهد المؤثر على الدائرة يساوي مجموع الجهد المؤثر على جميع العناصر). العناصر المتصلة على التوازي متصلة بحيث أن نفس الجهد يؤثر لكل عنصر, ويقسم التيار بينهم (التيار المار بالدائرة يساوي مجموع التيار المار بجميع العناصر.

الدائرة التي تتكون فقط من عناصر متصلة على التوازي تعرف بدائرة التوازي series circuit, والدائرة التي تتصل عناصرها على التوازي تعرف بدائرة التوازي parallel circuit.

وقد تتكون الدائرة من مقاومات متصلة على التوالي والتوازي بنفس الدائرة.

أنواع الدوائر الكهربائية, والمقاومة المكافئة Equivalent (total) resistance

دائرة التوالي:

V = V₁+V₂+V₃

I R = I R₁+ I R₂ + I R₃ = I (R₁+R₂+R₃)

R = R₁+ R₂+ R₃

دائرة التوازي:

I = I₁ + I₂ + I₃

V/R = V/R₁ + V/R₂ + V/R₃ = V(1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃)

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃

الغرض من الدائرة الكهربائية هي تشغيل جهاز أو إضاءة أو تدفئة, أو أي حمل كهربائي. وتحتاج الدائرة كما سبق بيانه إلى مصدر للطاقة الكهربائية, وسلك لتوصيل التيار الكهرباء عبر الدائرة للأحمال الكهربائية. ويتم التعبير عن تلك الأحمال بالمقاومة الداخلية للحمل. كما قد يوجد بالدائرة مقاومات للتحكم في كمية التيار المار بالدائرة. ويضاف إلى تلك المقاومات مقاومة السلك الناقل للكهرباء, والتي يجب تقليلها قدر المستطاع.

المقاومة الكهربائية لعنصر كهربائي هي مقاومة مرور التيار الكهربائي خلال ذلك العنصر, مقولب تلك الكمية (1/الكمية) يسمى التوصيل الكهربائي electric conductance, الذي يعبر عن سهولة مرور التيار. ويمكن تمثيل المقاومة الكهربائية في التطبيقات الكهربائية بالاحتكاك في التطبيقات الميكانيكية. وحدة المقاومة بالوحدات العالمية هي الأوم ohm (Ω), ويقاس التوصيل الكهربائي بوحدة سيمنز siemens (s).

وتعرف المقاومة للجزء بإنها النسبة بين فرق الجهد خلال ذلك الجزء إلى التيار المرر خلاله, وتكون التوصيل هي المقلوب.

هذه العلاقة ثابتة لمعظم المعادن (ولكن قد تعتمد على عوامل أخرى مثل الحرارة والانفعال)

مقاومة السلك wire resistance:

يفترض من السلك توصيل التيار الكهربائي بدون أي فقد في التيار أو خفض في الجهد, أي أن يكون السلك موصل جيد للتيار. ولكن هناك العديد من العوامل التي تكون مقاومة للسلك الموصل بالدائرة, كنوع مادة السلك (المقاومة النوعية للسلك), طول السلك, قطر السلك,

المقاومة النوعية electrical resistivity, specific electrical resistance:

وتتناسب مقاومة الموصل (السلك) ذو المقطع الثابت R طرديا مع مقاومته النوعية ρ وطول السلكL , وتتناسب عكسيا مع المساحةA . جميع المعادن لها مقاومة عدا المواصلات عالية التوصيل superconductors فإن مقاومتها تساوي صفر.

وتعبر المقاومة النوعية قياس لمدى مقاومة المعدن لانسياب التيار. ووحدة المقاومة النوعية بالوحدات العالمية هي أوم متر (ohm meter Ω m), وتمثل في العادة بالحرف اللاتيني رو rho (ρ).

حيث من التعريفات:
 ρ=E/J, E = V/L, J= I/A
فيصبح:
 ρ=E/J = (V/m) /J = (V/L) /(I/A)= V/I (A/L) = R A/L

ومنها تكون:
حيث:
E = المجال الكهربائي (فولت/ متر) electric field (N/C, V/m)
V = الجهد (فولت)electric potential, electric potential deference (V)
L = الطول ( متر) length (m)
I =التيار (امبير) current (A)
A = مساحة مقطع الموصل (متر²) cross sectional area of wire (m²)
ρ = المقاومة النوعية للسلك (أوم متر) specific electric resistance
J = مقدار الشحنة المنسابة خلال السطح (كولوم) (C) electric charge

الجدول التالي يبين قيمة المقاومة النوعية للمعادن المختلفة عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.

Material المعدن	Resistivity (Ω m) المقاومة النوعية (أوم متر)
Silver فضة	1.59 x 10^-8
Copper نحاس	1.7 x 10^-8
Gold ذهب	2.4 x 10^-8
Aluminum الومنيوم	2.8 x 10^-8
Tungsten تانجستين	5.6 x 10^-8
Iron حديد	10 x 10^-8
Platinum بلاتينوم	11 x 10^-8
Lead رصاص	22 x 10^-8
Nichrome نيكل-كروم	150 x 10^-8
Carbon كربون	3.5 x 10^5
Polystyrene بوليسترين	10^7- 10^11
Polyethylene بوليسترين	10^8- 10^9
Glass زجاج	10^10- 10^14
Hard Rubber مطاط	10^13

التوصيلية electrical conductivity, specific conductance:

وهي مقلوب المقاومة النوعية؛ (المقاومة النوعية1/ ), وهي مقياس جودة توصيل المعدن للتيار الكهربائي. ويعبر عنها في العادة بالحرف اللاتيني سيجما sigma σ. ووحدتها بالوحدات العالمية سيمنز لكل متر siemens per meter (S/m).

التيار الكهربائي المار بالسلك:

جميع المواد تتكون من ذرات (atoms), ولكل ذرة مركز يسمى النواة (nucleus). النواة تتكون من جزيئات لها شحنات موجبة تسمى بروتونات (protons), وجزئيات ليس لها شحنة (متعادلة) تسمى نيترونات (neutrons). يحيط بالنواة جزئيات لها شحنة سالبة تسمى إليكترونات. الشحنة السالبة للإلكترونات تساوي مقدار الشحنة الموجبة للبروتينات, وعدد الإلكترونات في الذرة في الغالب يساوي عدد البروتينات, ويكون هناك قوة متزنة داخلية بين الشحنتين بالذرة. عند تعرض الذرة لقوة خارجية فإن ذلك يؤثر على تلك القوة المتزنة الداخلية, ويؤدي ذلك إلى أن الذرة قد تكتسب أو تفقد إليكترون. عندما تفقد الذرة إليكترون, فإن الحركة الحرة لهذه الإلكترونات تشكل التيار الكهربائي.

أتجاه التيار(التيار المستمر) direct current (DC):
يمر التيار من القطب الموجب إلى السالب (الاتجاه الاصطلاحي)
يمر التيار من القطب السالب إلى الموجب (الاتجاه الفعلي) تدفق الإليكترونات

تحليل الدائرة الكهربائية circuit analysis:

هناك العديد من القوانين التي تحكم العلاقة بين عناصر الدائرة الكهربائية:

1- حساب شدة التيار المار في الدائرة الكهربائية (أمبير) A

2- حساب فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة (فولت) V

3- حساب قدرة الأجهزة المستخدمة في الدائرة (وات)W 

ومن تلك القانونين التالي:
- قانون أوم  Ohm’s law
- علاقة  القدرة power relationship
- قانون الفولت volt law
- قانون التيار current law

- قانون أوم Ohm’s law:

قانون أوم ينص على ان التيار المار بين نقطتين خلال موصل يتناسب مع فرق الجهد بين هاتين النقطتين وثابت التناسب هو المقاومة.

حيث: I  =شدة التيار (أمبير)     current (I), ampere “amp” (A)  R= المقاومة (أوم)  resistance (R), ohm (Ω)  V= الجهد (فولت) (V), volt (V) potential difference

- علاقة  القدرة power relationship:
P = I V = I²R = V²/R

حيث:

P = القدرة (وات) power (watt, W)

قوانين كيرشوف:

- قاعدة الدائرة loop rule:
مقدار التغيير في الجهد عبر أي دائرة كهربائية مغلقة يساوي صفر. (قانون المحافظة على الطاقة)

- قاعدة الوصلة junction rule:
عند أي وصلة بالدائرة مجموع التيار الداخل يساوي مجموع التيار الخارج (القانون كيرشوف الثاني)

- حالات خاصة للمقاومة:

· في حالة أن المقاومة تساوي ملا نهاية ∞ (الدائرة مفتوحة) يكون التيار:
I = V/R = V/∞ = 0

· في حالة أن المقاومة تساوي صفر (لا توجد مقاومة) سلك متصل يكون التيار:
 I = V/R = V/0 = ∞

* برنامج أكسل لحساب قيم التيار والقدرة المفقودة بالدائرة الكهربائية:

الدائرة الكهربائية- Electric Circuit

4- حماية الدائرة circuit protection:

يستخدم المنصهر fuse وقاطع التيار circuit breaker لحماية الأسلاك والأجهزة الكهربائية بالدائرة من التلف نتيجة زيادة التيار current أو دائرة قصر short circuit.

المنصهر (الفيوز) fuse:

هو عبارة عن وسيلة تركب على التوالي بالدائرة مع الأجهزة وبها سلك رفيع مصمم بحيث يسمح بمرور قيمة قصوى للتيار خلاله, زيادة التيار المار به يؤدي إلى انصهار السلك وفتح الدائرة  open circuit.

يستخدم المنصهر لحماية الاسلاك والأجهزة في السيارات من زيادة التيار المار بالدائرة عن قيمة معينة. توجد المنصهرات بالسيارة في علبة تسمى علبة الفيوز. في حالة عدم عمل أي جهاز كهربائي بالدائرة يجب فحص صندوق الفيوز لاكتشاف انصهار السلك داخل الفيوز أولا, مداومة انصهار نفس الفيوز يدل على أن أما الفيوز المستخدم له قيمة أقل من المنصوص عليها بالكتالوج أو أن هناك مشكلة بأسلاك التوصيل أو الجهاز .

الفيوزات  (المنصهرات) تأتي بأحجام وألوان مختلفة, حيث يوجد ترميز لوني لها يدل على القيمة القصوى للتيار المسموح له بالمرور خلاله كما هو مبين بالجدول اللاحق.

منصهر حجم كبير			منصهر حجم صغير ومتوسط
الأمبير	اللون		الأمبير	اللون
20	Yellow	أصفر	0.5	Dark Blue	أزرق غامق
25	Gray	رمادي	1	Black	أسود
30	Green	أخضر	2	Gray	رمادي
35	Brown	بني	3	Violet	بنفسجي
40	Orange	برتقالي	4	Pink	بمبى
50	Red	أحمر	5	Tan	عنبر
60	Blue	أزرق	7.5	Brown	بني
70	Amber/Tan	عنبر	10	Red	أحمر
80	Clear	شفاف	15	Blue	أزرق
100	Violet	بنفسجي	20	Yellow	أصفر
120	Purple	أرجواني	25	Clear	شفاف
			30	Green	أخضر
			35	Blue Green	أزرق مخضر
			40	Orange	برتقالي

قاطع التيار circuit breaker:

قاطع التيار هو مفتاح يعمل ذاتيا, ومصمم لحماية الدائرة الكهربائية من زيادة التيار ودائرة القصر. الوظيفة الاساسية له هو اكتشاف حالة وجود مشكلة بالدائرة فيقوم ذاتيا بقطع سريان التيار بالدائرة. اختلافا عن الفيوز, الذي يعمل لمرة واحدة (في حالة انصهار السلك داخل يجب استبداله), فإن قاطع التيار يمكن أعادة تشغيله مرة ثانية (أما يدويا أو ذاتيا) ليستمر بالعمل أي مرور التيار من خلاله لإكمال الدائرة الكهربائية.
ويأتي قاطع التيار بأحجام مختلفة مصممة لقيم قصوى للتيار المار بها. ويستخدم بالمنازل في علبة بها العديد من القواطع يختص كل منها بدائرة معينة بالمنزل حسب قيمة التيار المطلوب بالدائرة.

قاطع التيار	علبة قاطع التيار (تحتوى على العديد من القواطع)

5- المفتاح الكهربائيelectric switch :

هو جهاز يعمل على قطع وتوصيل الدائرة الكهربائية (فصل وفصل التيار) أو تغيير مسار التيار. وهو يتكون من نقاطتين توصيل أو أكثر متصلين بأسلاك الدائرة, مركبين على عازل بحيث يمكن ان يتم توصيلهم أو أبعادهم عن بعضهم بواسطة وسيلة تشغيل. التشغيل الأمثل للمفتاح: يجب أن لا يكون هناك انخفاض (فقد) في الجهد  عند غلق المفتاح (وضع التوصيل), وأن يكون التوصيل والفصل لحظيا, لا يحدث شرارة عند غلق وفتح المفتاح.

المفتاح يمكن أن يستخدم بواسطة شخص للتحكم في إشارة لنظام, مثل مفتاح لوحة الحاسب, أو التحكم في إضاءة مصباح كهربائي, أو تشغيل جهاز. ويمكن أن يتم التحكم فيه ذاتيا بالماكينات عن طريق دائرة تحكم إليكترونية. ويمكن للمفتاح الكهربائي يعمل عن طريق الضغط, الحرارة, الانسياب, التيار, الجهد, القوة, بواسطة حساسات ومشغلات للتحكم في عمل المفتاح.

بعض انواع مفاتيح الدوائر الكهربائية (يدوية التشغيل) الشائعة الاستخدام