المقاومة Magneto Resistor ما هي؟ ما عملها،أنواعها، مميّزاتها؟

اكتشف الرّياضي والفيزيائيّ المهندس الأسكتلندي الإيرلندي ويليام تومسون William Thomson أثناء تجاربه مع قِطَع الحديد ظاهرةً تدعى الممانعة المغناطيسيّة magneto-resistance، استخدمت هذه الظّاهرة فيما بعد في بناء مقاومة متغيّرة من نوع خاص عرف بال magneto-resistor.

ما هي magneto-resistor؟

وجد ويليام تومسون عند وضع القطع الحديدية في حقل مغناطيسيّ أنّ مقاومتها الكهربائيّة تتغيّر بطريقة ما بتغيّر اتّجاه الحقل المغناطيسيّ وتغيّر اتّجاه تدفق التّيار المارّ عبرها، ووجد النّتيجة ذاتها في تجاربه مع معدن النّيكل.

ومن هنا قُدّمَت للعالم ظاهرةٌ جديدة سمّيت magneto-resistor ودُرسَت فيما بعد، وتشكَّلَ نوع جديد من المقاومات المتغيرة والتّي تتغيّر قيمتها تبعاً لتغيّر شدّة الحقل المغناطيسيّ حولها، كما يتغيّر التّيّار المارّ عبرها بتغيّر القوّة المغناطيسيّة المطبّقة عليها.

كما نعلم فإن الحقل المغناطيسي هو كمّية شعاعيّة محدّدة الاتّجاه والمقدار كما التّيّار، لذا سنعرّف magneto-resistor بسطر واحد كما يلي:

(مقاومة متغيّرة من نوع خاص تعتمد قيمتها على قوّة مغناطيسيّة خارجيّة مطبقة عليها.)

رمز magneto-resistor:

تُمثَّل magneto-resistor في مخطّط الدّارات الإلكترونيّة بالرّمز الموضّح بالشّكل ، السّهم المارّ عبر رمز المقاومة يدلّ على مقاومة متغيّرة، بينما “X” ترمز إلى أنّ المقاومة المتغيّرة المستخدمة هي magneto-resistor.



مبدأ العمل:

لفهم مبدأ العمل دعونا بداية نذكّر بالعلاقة التّي تربط بين اتّجاه التّيّار والقوّة المغناطيسيّة.
تكون شدّة الحقل المغناطيسيّ أعلى ما يمكن عندما يكون التّيّار بنفس اتّجاه القوّة المغناطيسيّة،
وأضعف إذا كان اتّجاه التّيّار عمودي على القوّة المغناطيسيّة.

كيف يؤثّر هذا على مقاومة المواد؟
التّيّار هو عبارة عن تدفّق للإلكترونات الحرّة، فعند وضع مادّة دون وجود أيّ قوى مغناطيسيّة تتحرّك هذه الإلكترونات بشكل منتظم، عادةً خط مستقيم.

وبمجرّد تعرّضها لقوى مغناطيسيّة تهيج الإلكترونات الحرّة، وتبدأ بالحركة بطريقة ملتوية مشكّلة تصادما فيما بينها، هذا التّصادم يُقيّد تدفّق الإلكترونات الحرّة وبالتّالي تقييد تدفّق التّيّار، ممّا يعني أنّ المقاومة الكهربائيّة تزداد بازدياد قوّة الحقل المغناطيسيّ.

لذلك فإنّ مقاومة magneto-resistor تزداد بازدياد شدّة الحقل المغناطيسيّ وتنقص بنقصانه.

تُصنّف magneto-resistor في ثلاث مجموعات كما يلي:

1-المقاومة العملاقة Giant Magneto-resistance:

اكتشفها العالمان ألبيرت فيرت Albert Fert– بيتر غرنبيرغ Peter Grunberg, وتُلاحَظ عادةً في المواد عالية النّفاذيّة.
تعتمد المقاومة هنا على كون الطبقات المتجاورة العالية النّفاذيّة متوازية أو غير متوازية، إذا كانت متوازية فالمقاومة منخفضة، بينما تكون المقاومة عالية في حال عدم توازيها.

2-المقاومة الاستثنائيّة Extraordinary Magneto-resistance:

اكتُشِفَتْ عام2000 وتحصل في أنصاف النّواقل الهجينة تحت تأثير حقل مغناطيسيّ عرضي، المقاومة هنا تزداد بوجود حقل مغناطيسي عرضي وتنخفض عند غيابه.
التّأثير على المقاومة في هذا النّوع أكبر من التّأثير في النّوع السّابق.

3-المقاومة النّفقيّة Tunnel Magneto-resistance:

اكتشفها إم جوليير  M. Julliere عام 1975، وهنا تعتمد كميّة التّيّار المارّ عبر النفق – الذّي هو عبارة عن عازل يصل بين الأقطاب المغناطيسيّة – على اتّجاه المغنطة، فعندما تكون مغنطة الأقطاب المغناطيسيّة متوازية فيما بينها يكون التّيّار المارّ عبر النّفق عالي والعكس بالعكس.

مميزات magneto-resistor:

نلاحظ من المنحني للمقاومة المغناطيسيّة الموضَّح بالشّكل التالي أنّ حساسيّة المقاومة magneto-resistor تتغيّر مع شدّة الحقل المغناطيسيّ.

من المنحني نلاحظ أنّه عندما تكون الشّدّةالمغناطيسيّة (0) فالحساسيّة (0)، وبازدياد شدّة الحقل المغناطيسيّ تُظهِرالمقاومة المغناطيسية ارتفاعاً بالقيمة، ثمّ يبدأ المنحني بالانحناء بعد نقطة محدّدة (C) وذلك بسبب تشبّع الحقل المغناطيسي، فإذا زاد الحقل المغناطيسي بعدها فإنّ المقاومة تبدأ بالانخفاض.

استعمالات وتطبيقات magneto-resistor:

بسبب اعتمادها على الحقل المغناطيسيّ تُستخدَم هذه المقاومات في أجهزة الاستشعار المغناطيسيّة، وتضمّ البوصلات الكهرومغناطيسيّة مقاييس المغنطة magnetometers التّي تقيس اتّجاه وشدّة الحقل المغناطيسيّ،حسّاسات الموقع، حسّاسات كشف المعادن،الحسّاسات الحيويّة وسوّاقات القرص الصّلب.

————————————————————————————————-

المصدر:  هنا
ترجمة: سلام أحمد ، تدقيق لغوي: سلام أحمد ، تحرير: قحطان غانم ، مراجعة: علي العلي

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *