ولتاژ، جریان، مقاومت و آشنایی با مفاهیم آنها از طریق مقایسه با جریان آب

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. به منظور تشخیص انتقال انرژی، ما باید از ابزارهای اندازه گیری مثل مولتی متر، لاجیک آنالایزر یا اسیلوسکوپ استفاده کنیم تا دقیق بفهمیم که حرکت بارها در یک سیستم به چه شکلی اتفاق می افتد. در این آموزش ما قصد داریم، ابتدا با مفاهیم ولتاژ و جریان و مقاومت آشنا بشیم و سپس رابطه بین این سه رو با هم دیگه بررسی کنیم. 

آنچه در این جلسه خواهیم گفت:

  • رابطه ی بین ولتاژ و جریان و مقاومت با بارالکتریکی چیست؟
  • مفهوم ولتاژ و جریان و مقاومت

پیشنهاد میکنم برای فهم بهتر این مطلب، ابتدا جلسات زیر را بخوانید:

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. 

اجازه بدید وارد اصل مطلب بشیم و این سه مفهوم رو با هم دیگه مرور کنیم. 

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. اختلاف بار الکتریکی بین این دو نقطه را ولتاژ می نامند. واحد اندازه گیری ولتاژ، ولت است.واحد ولت، به افتخار دانشمند ایتالیایی، Alessandro Volta که اولین باتری را اختراع کرده است، نام گذاری شده است. ( اگر چه تحقیقات جدید نشان میدهد که اولین باتری توسط ایرانیان ساخته شده است. ) 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. بنابراین به طور خلاصه خواهیم داشت:

آشنایی با مفاهیم ولتاژ و جریان و قانون اهم

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. 

فشار در نقطه انتهایی شلنگ را میتوان به صورت ولتاژ در نظر گرفت. آب موجود در مخزن را به عنوان بارالکتریکی میتوانیم فرض کنیم. آب بیشتر به معنای وجود بار الکتریکی بیشتر است و بار الکتریکی بیشتر، یعنی ولتاژ بیشتر و این یعنی فشار بیشتر. يك باتری چراغ قوه را در نظر بگيريد كه تا زماني كه باتری پر از بار الكتريكی است نور چراغ قوه به شدت می تابد و با گذشت زمان كه بار الكتريكی درون باتری كم مي شود شدت نور هم كم ميشود. توجه کنید که فشار را در نقطه انتهایی شلنگ اندازه گیری میکنیم.

این مخزن آب را میتوانیم به یک باتری تشبیه کنیم. جایی که ما یک مقدار مشخص، انرژی الکتریکی ذخیره میکنیم و در مواقع مورد نیاز، آن را آزاد میکنیم. اگر ما آب مخزن را کمی تخلیه کنیم، فشار آب در نقطه انتهایی شلنگ، کاهش پیدا میکند که ما میتوانیم این موضوع را به صورت کاهش ولتاژ در نظر بگیریم. دقیقا مثل چراغ قوه ای که باتری آن کمی ضعیف شده است و نور کمتری دارد. فشار کمتر به معنای این است که آب کمتری هم جاری میشود که این موضوع ما را به سمت جریان الکتریکی، هدایت می کند

مطلب مرتبط :   بخش دوم آموزش مقاومت ها { خواندن مقدار مقاومت های SMD و PTH }

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 کرد. 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. یک آمپر را میتوان جا به جایی 1018 * 6.241 الکترون ( یک کولمب ) در یک ثانیه، از یک نقطه از مدار را تعریف کرد. در مدارات الکتریکی جریان الکتریکی را با حرف I نمایش 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. 

مفهوم ولتاژ و جریان

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. بنابراین نیاز داریم که یک پارامتر دیگر هم به شبیه سازی خودمان اضافه کنیم. این پارامتر پهنای شلنگ است:

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. 

مفهوم مقاومت در الکترونیک

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. 

نقشه راه دوره الکترونیک: 

[rev_slider alias=”electronic-course”]
مطلب مرتبط :   مقاومت چیست چیست ؟ شناخت انواع مقاومت ها { بخش اول }
100 پاسخ
« دیدگاه های قدیمی تر
  1. فرضی says:

    سلام مهندس جان دستت درد نکنه خیلی خوب توصیخ دادین من که مکانیک خوندم برام همیشه گنگ و مبهم بود خدا خیرت بده ممنونم

    پاسخ
  2. میلاد says:

    سلام اگه دستگاهی 2 امپر باشه با اداپتور 1 امپر کار میکنه؟با ولتاژ یکسان12

    پاسخ
    • حامد قاسمی says:

      با سلام.
      خیر ! – آن دستگاه به دو آمپر جریان نیاز دارد و با یک آمپر نمیتواند کار کند و احتمال آسیب رسیدن به منبع تغذیه و دستگاه وجود دارد.
      موفق باشید.

      پاسخ
  3. مجید says:

    سلام صبح بخیر . من یه برد بلوتوث 3/7 ولت دارم (که میخوام ضبط JVC قدیمی خودمو به بلوتوثی و فلشس خور تبدیل کنم) اداپتور مناسب اون رو پیدا نمیکنم.اگه به اداپتور 5 ولت بزنم ممکنه برد بسوزه؟ آیا امپر اداپتور مهمه؟ ممنون میشم روش مناسب بهم معرفی منید

    پاسخ
    • حامد قاسمی says:

      با سلام.
      باید ببینید ماژول بلوتوث شما تا چند ولت میتواند عمل کند و محدوده اعمالی ولتاژ چه مقداری می باشد. اگر ولتاژ ورودی بتواند از 5 ولت هم بیشتر شود ، از این بابت مشکلی وجود ندارد.
      در مورد آمپر هم معمولا جریانی که ماژول های بلوتوث می کشند بسیار کم می باشد و آداپتورها حداقل تا نیم آمپر جریان دهی دارند. به همین دلیل از لحاظ جریان احتمالا مشکلی وجود ندارد ولی بار دیگر مشخصات ماژول خود چک کنید و جریان مصرفی آن را نگاه کنید و حداقل از آداپتوری استفاده کنید که جریان مورد نیاز را تامین کند.
      موفق باشید.

      پاسخ
  4. رضا اشرفی says:

    سلام اقای مهندس
    سوالی دارم مگر با کاهش سطح فشار بیشتر نمیشودp=f/a پس چگونه شما میفرمایین که فشار کاهش پیدا میکند با کوچکتر شدن قطر

    پاسخ
    • پشتیبان فنی says:

      سلام و احترام
      با توجه به فرمولهایی که در درس های سیالات و یا در فیزیک برای مایعات خواندیم فشار سیالات دارای ارتفاع به صورت P=pgh به دست می آمد که در آن ترم p کوچک معرف چگالی و g نشان دهند شتاب گرانش بر حسب متر بر مجذور ثانیه و ترم h معرف ارتفاع می باشد که تنها پارامتر متغیر در فرمول است و اگر سطح دو سیال یکسان باشد فشار آن دو نیز یکسان می شود.
      موفق باشید

      پاسخ
  5. امین شریعتی says:

    سلام
    بسیار کامل و ساده بود ممنون
    یه سوال داشتم:
    اگر ولتاژ ثابت باشد و آمپر بیشتر شود نور لامپ ثابت می ماند؟یا بیشتر میشود؟

    پاسخ
    • حامد قاسمی says:

      با سلام.
      ببینید لامپ هر چقدر جریان بخواهد از منبع شما جریان می کشد. در واقع رابطه V=RI همواره برقرار است و چون مقاومت لامپ ثابت است جریانی که می کشد حتما متناسب با ولتاژ اعمالی است و اینطور نیست که یکی ثابت بماند و ما بتوانیم دیگری را تغییر دهیم.
      موفق باشید.

      پاسخ
« دیدگاه های قدیمی تر

دیدگاه خود را ثبت کنید

اگر سوالی برایتان پیش آمده ، میتوانید در زیر آن را مطرح کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *