ولتاژ، جریان، مقاومت – یک بار برای همیشه

مقدمه

وقتی که وارد دنیای الکترونیک میشویم، سه مفهوم وجود دارد که فهمیدن آن بسیار ضروری و اساسی است. این سه مفهوم، ولتاژ و جریان و مقاومت هستند. دانستن این مفاهیم مقدار مشکل هست. علت این موضوع هم اینه که ما نمیتونیم اون ها رو ببینیم. ما با چشم غیرمسلخ نمیتونیم جاری شدن انرژی و ولتاژ موجود در یک باتری رو ببینیم.

بار الکتریکی

الکتریسیته همان حرکت الکترون ها است. با استفاده از الکترون ها ما میتوانیم یک کار را انجام دهیم. لامپ ها، گوشی های تلفن و … همه نتیجه حرکت الکترون ها و انجام یک کار است. 

در دنیای الکترونیک سه مفهوم وجود دارد که ما میخواهیم این سه مفهوم را با استفاده از الکترون ها  و بار الکتریکی توضیح دهیم:

ولتاژ همان تفاوت بار الکتریکی در دو نقطه است.

 جریان در واقع نرخ حرکت بارهای الکتریکی است.  

 مقاومت در واقع، تمایل به جلوگیری از حرکت بارهای الکتریکی ( جریان الکتریکی) است.

وقتی که ما در مورد این سه پارامتر صحبت میکنیم، منظور ما حرکت بارهای الکتریکی است و در واقع رفتار الکترون هاست. یک مدار الکتریکی، یک حلقه بسته است که به الکترون ها برای جا به جایی از نقطه ای به نقطه دیگر کمک میکند. قطعاتی هم که در یک مدار الکتریکی وجود دارند، به ما اجازه کنترل بارهای الکتریکی و انجام کار توسط آن ها را می دهند. 

ولتاژ

ما ولتاژ را به صورت اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه در یک مدار تعریف می کنیم. یک نقطه بار الکتریکی بیشتری نسبت به نقطه ی دیگر دارد. در مدارات و شماتیک ها و فرمول ها، ولتاژ با حرف “V” نمایش داده می شود. 

ولتاژ و جریان و مقاومت، یک تشابه جذاب با یک منبع آب دارند که باعث فهم راحتتر آنها می شود. در این تشابه، آب به صورت بار الکتریکی، ولتاژ به صورت فشار آب و جریان الکتریکی به صورت حرکت آب ، تشبیه می شود. 

یک مخزن آب که در یک ارتفاع مشخصی از سطح زمین قرار گرفته است را درنظر بگیرید. در پایین این مخزن هم یک شلنگ آب وجود دارد. 

جریان الکتریکی

جریان الکتریکی را میتوان به صورت، میزان آبی که از شلنگ خارج می شود را در نظر گرفت. فشار بیشتر آب به این معناست که آب بیشتری هم از شلنگ خارج می شود و برعکس. ما میتوانیم میزان آب خارج شده از شلنگ در یک مدت زمان مشخص را اندازه گیری کنیم. به همین ترتیب میتوان، میزان بار الکتریکی جا به جا شده در یک مدت زمان مشخص، در یک مدار الکتریکی را اندازه گیری کرد.

واحد اندازه گیری جریان الکتریکی، آمپر است و آن را با I نشان می دهند. 

حال دو مخزن آب را در نظر بگیرید که از دو انتهای این مخزن، دو شلنگ آب خارج شده است. هر دو مخزن، آب یکسانی دارند، اما قطر شلنگ آب در یکی از مخازن از دیگری کمتر است. 

ما میزان فشار آب یکسانی رو در دو انتهای لوله ها احساس میکنیم. اما وقتی آب جاری میشود، نرخ آب خروجی در شلنگ پهن تر، بیشتر از نرخ آب خروجی در شلنگ باریک تر است.

به زبان ما، جریان جاری شده از لوله باریک تر، کمتر از جریان جاری شده از لوله پهن تر است. اگر ما میخوایم که نرخ آب جاری شده در دو لوله یکسان بشه، باید میزان آب موجود در مخزن دارای شلنگ باریک تر، بیشتر شود. 

پس همانطور که گفتیم برای این که جریان آب خروجی از دو شلنگ یکسان شود، باید مخزن با شلنگ باریکتر آب بیشتری داشته باشد.  این مفهوم به ما میگوید که برای افزایش جریان باید ولتاژ را افزایش دهیم. 

حال میخواهیم رابطه ی بین ولتاژ و جریان را بدست آوریم. ولی در اینجا یک پارامتر سومی هم وجود دارد که باید آن را در نظر بگیریم. پهنای شلنگ انتهای مخزن. در این شبیه سازی، پهنای لوله را میتوان به مشابه با مقاومت در نظر گرفت.

مقاومت

دوباره همان دو مخزنی که دارای قطر شلنگ های متفاوتی بودند را در نظر بگیرید. 

طبق صحبت های گفته شده در بالا، در هر لحظه از دو شلنگ با پهناهای متفاوت، آب یکسانی خارج نمی شود. این مفهوم دقیقا همان مقاومت است. شلنگ باریکتر، مقاومت بیشتر در مقابل آب دارد و از آن آب کمتری خارج میشود. 

در دنیای الکترونیک، این موضوع را میتوانیم به صورت مشابه با دو مدار که ولتاژ یکسان و مقاومت متفاوتی دارند، در نظر بگیریم. مداری با مقاومت بالاتر، به بارهای الکتریکی کمتری، اجازه حرکت کردن میدهد. به زبان دیگر در مداری با مقاومت بالاتر، جریان الکتریکی پایین تر است. 

واحد اندازه گیری مقاومت اهم است. یک اهم مقاومت بین دو نقطه از یک رسانا است که اگر اختلاف پتانسیل دو سر آن، 1 ولت باشد، 1 آمپر جریان از آن رسانا بگذرد. در  شماتیک ها و مدارهای الکتریکی، مقاومت ها را  با حرف یونانی “Ω” مشخص می شود که به صورت “اهم” تلفظ می شود. 

خوب دوستان به پایان این جلسه رسیدیم. اگه دوست دارید با رابطه این سه پارامتر با هم دیگر به صورت دقیق تر آشنا شوید پیشنهاد میکنم جلسه زیر رو از دست ندید: 

قانون اهم و انجام یک آزمایش ساده با آن