جریان الکتریکی و مدار های جریان مستقیم

خلاصه :

مفهموم جریان الکتریکی:

به مقدار بار عبوری در واحدی از زمان،از مقطعی ، جریان الکتریکی گفته میشود.

اگر بار در بازه ای از زمان بگذرد، جریان الکتریکی برابر با :

  در این رابطه واحد جریان الکتریکی کولن بر ثانیه است که به افتخار آندره ماری آمپر،آمپر نام گذاری شده.I = q/t

جهت جریان الکتریکی، جهت حرکت بار‌های الکتریکی مثبت فرض می‌شود. طبیعت جریان الکتریکی به جنس محیطی وابسته است که بار‌های الکتریکی در آن جریان یافته. برای نمونه در فلزات این الکترون‌ها هستند که حرکت می‌کنند. در الکترولیت‌های غیر رسانا، مجموعه‌ای از حرکات یون‌های مثبت و منفی هستند که جریان الکتریکی را بوجود می‌آورند؛ اما در حالت کلی بار‌های مثبت در جهت جریان الکتریکی و بار‌های منفی خلاف جهت جریان حرکت می‌کنند.

قانون اهم:

قانون اهم میگوید جریان موجود در بستر رسانا با اختلاف پتانسیل دو سر آن رابطه ای مستقیم دارد که به افتخار جرج سیمون اهم به این نام،نام گذاری شده. جرج اهم اولین کسی بود که این آزمایش را انجام داد.به ضریب ثابتی که جریان الکتریکی و اختلاف پتانسیل دو سر رسانا را به یکدیگر ارتباط میدهد، مقاومت الکتریکی گفته میشود.

V = I.R

 در این رابطه اختلاف پتانسیل بر حسب ولتاژ و جریان الکتریکی بر حسب آمپر است که با این شرایط به مقاومت الکتریکی بر حسب اهم است

رئوستا:

رئوستا دارای یک المان مقاومتی ، یک کنتاکت متحرک و یک کنتاکت ثابت می باشد که در مدارهای الکتریکی جهت تغییر جریان (دست یابی به جریان دلخواه) به کار می رود.

انواع مقاومت ها:

دو نوع مقاومت داریم به اسم های متغیر و ثابت که هر کدام زیرشاخه ای دارند.

مقاومت ثابت:

1-مقاومت فیلم کربنی

2-مقاومت فیلم فلزی

3-مقاومت لایه ای

4-مقاومت لایه ای

5-مقاومت شبکه ای

مقاومت متغیر:

1-پتانسیومتر

2-رئوستا

3-مقاومت وابسته به حرارت

4-مقاومت وابسته به نور

5-مقاومت وابسته به ولتاژ

6- مقاومت های وابسته به میدان مغناطیسی

کاربرد مقاومت در صنعت:

مقاومت در اکثر برد های الکتریکی دیده میشود . مقاومت ها برای تقسیم ولتاژ، کاهش جریان ،فراهم ساختن شرایط کاری مناسب برای تراشه های و ترانزیستور ها کاربرد دارد. و هر گاه با خازن ترکیب شود می تواند تولید موج و تاخیر به وجود آورد.

یکی از ساده ترین کاربرد های مقاومت استفاده از آن برای روشن کردن ال ای دی های نورانی است.

نیروی محرکه الکتریکی به ولتاژی گفته میشود که توسط یک باتری یا نیروی مغناطیسی (بر اساس قانون فارادی که بیان میکند یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان،جریان الکتریکی القا میکند)تولید میگردد . واحد نیروی محرکه الکتریکی ولت است.

در بیان ساده تر نیروی محرکه الکتریکی مقدار انرژی است که مولد به یک واحد بار الکتریکی میدهد تا به واسطه آن انرژی، واحد بار الکتریکی بتواند در مدار جاری شود.

انواع مولد الکتریکی:

1-پیل خشک

2-باتری اتومبیل

3-پیل شیمیایی

نحوه ساخت باتری با میوه و ساخت باتری قابل شارژ در لینک های زیر

http://aparat.com/v/RMukQ

http://aparat.com/v/AD6Br

توان الکتریکی:

توان مصرفی که عبارت است از مقدار انرژی الکتریکی مصرف شده در این مقاومت در واحد زمان ، از رابطه زیر بدست می آید.

  …..P = VI   ….P = RI²t / t =RI² => P = RI²    …..P = W / t

توان مفید:

درسنامه توان مفید را در بخش عکس ها مشاهده فرمایید همراه چند تست

کیلووات ساعت:

کلیووات ساعت یکی از یکاهای تجاری انرژی الکتریکی است . از آنجایی که انرژی حاصلضرب توان در زمان است و از سوی دیگر توان بر حسب وات یا کیلووات و زمان بر حسب ثانیه یا ساعت اندازه گیری میشود.واحد انرژی به صورت وات ساعت یا کیلووات ساعت خواهد بود. یک کیلووات ساعت برابر است با انرژی مصرف شده دستگاهی با توان 1000 وات در مدت یک ساعت.

با برخی از لوازم میتوان اندازه توان را تشخیص داد مثل ولت متر ، آمپر سنج و ... که عکس های آن در پایین قابل مشاهده است.

یکبار دیگر مقاومت الکتریکی را توضیح دهیم تا به ادامه بحث برسیم

به زبون ساده مقاومت الکتریکی یعنی مقاومت یک ماده در برابر عبور جریان الکتریکی.

مقاومت معادل چیست؟؟؟؟

وقتی چند مقاومت را کنار هم قرار میدهیم از مقاومت معادل استفاده میکنیم یا بهتر بگویم مقاومت معادل میگیریم.

دو نوع مدار سری و موازی داریم.

در حالت کلی مقدار مقاومت ها در مدار *سری* به شکل زیر محسوب میشود:

Req : R1 + R2 + R3 + …

اگر فرض کنیم مقاومت ها به ترتیب 5 اهم و 4 اهم و 6 اهم و 10 اهم باشد تمام مقادیر را جمع کرده یعنی در این حالت مقاومت معادل این مدار 25 اهم است.

در مقاومت ها *موازی* نیز فرمول به شکل زیر است

Req = R1 . R2 / R1 + R2

برای مثال اگر دو مقاومت موازی که یکی 15 اهم و دیگری 20 اهم باشد ابتدا دو مقدار را ضرب کرده سپس بر حاصل آنها تقسیم میکنیم که در این حالت 8.5 مقاومت معادل ما است.

عکس مدار های سری و موازی (متوالی) را در بخش گالری میتوانیم مشاهده کنیم که تفاوت ظاهری آنها مشخص است.

مدار ترکیبی:

مدار های ترکیبی نوعی از مدار های منطقی هستند که خروجی آنها در هر لحظه تابع مقادیر ورودی در همان لحظه است.این مدار ها در برابر مدار های ترتیبی مطرح میشوند.

کاربرد های مقاومت:

1-محدود کردن جریان : استفاده از مقاومت در مدارهای الکترونیک می‌تواند جریان را محدود کند. طبق قانون اهم اگر ولتاژ دو سر یک رسانا ثابت باشد می‌توانیم با تغییرات مقدار مقاومت مسیر، جریان را تحت کنترل درآوریم.

2-تقسیم ولتاژ : با استفاده از مقاومت می‌توانیم سطح ولتاژ را برای قسمتی از مدار کاهش دهیم. فرض کنید که از یک باطری 5V برای تغذیه یک مدار استفاده می‌کنیم ولی یک قسمتی از مدار به ولتاژ کمتری احتیاج دارد. در این شرایط مقاومت می‌تواند ولتاژ پایین‌تری که مورد نیاز می‌باشد را تامین کند.

برای ساخت مدار موازی یا سری ساده را میتوانیم در بخش عکس مشاهده کنیم