قانون اهم چیست ؟ انجام یک آزمایش از قانون اهم

مقدمه

در این جلسه قصد داریم در مورد یکی از مهمترین قوانین دنیای الکترونیک با نام قانون اهم صحبت کنیم. پیشنهاد میکنم برای فهم بهتر این مطلب، ابتدا جلسه مربوط به مفاهیم ولتاژ و جریان و مقاومت را از لینک زیر بخوانید:

• ولتاژ جریان و مقاومت

قانون اهم

[post_shop]

با استفاده از ترکیب ولتاژ و جریان و مقاومت ، میتوانیم قانون اهم را بدست آوریم. این قانون مطابق زیر است:

که در آن:

• V : ولتاژ بر حسب ولت
• I : جریان بر حسب آمپر
• R : مقاومت بر حسب اهم

به عنوان مثال فرض کنید یک مدار داریم که در آن اختلاف پتانسیل برابر 1 ولت و جریان 1 آمپر نیز از آن میگذرد. در این صورت مقدار مقاومت این مدار برابر است با 1 اهم. زیرا: 

یا به عنوان مثالی دیگر، اگر مقاومت افزایش بماند ولی ولتاژ مدار ثابت بماند در این صورت مقدار جریان چه تغییری می کند؟

اما مقدار جریان در معادله بالا چقدر است؟ واضح است با بالا رفتن مقاومت و ثابت ماندن ولتاژ، جریان مطابق این فرمول کاهش پیدا میکند.

در ادامه یک آزمایش ساده را در مورد قانون اهم انجام می دهیم.

انجام یک آزمایش از قانون اهم

در این آزمایش ما قصد داریم یک باتری 9 ولت را به یک LED متصل کنیم. همانطور که می دانید اگر از LED جریان زیادی عبور کند، آن LED میسوزد. هر LED یک ماکزیمم نرخ جریان عبوری دارد که باید به این نرخ حتما توجه کنیم تا LED دچار آسیب نشود. 

قطعات مورد نیاز: 

برای انجام این آزمایش به قطعات زیر نیاز داریم: 

• یک مولتی متر
• یک باتری 9 ولت
• یک مقاومت 560 اهم ( یا یک مقاومت نزدیک به این مقدار ) 
• یک LED

تذکر:LED ها به عنوان قطعاتی غیر اهمی شناخته می شوند و این یعنی رابطه بین ولتاژ و جریان و مقاومت یک LED به صورت V=IR نیست. LED ها مفهومی به نام افت ولتاژ را در مدار معرفی می کنند که این افت ولتاژ، باعث تغییر جریان عبوری از آن می شود. اگر چه ما در این آزمایش از LED برای عبور جریان زیاد، محافظت می کنیم. اما نسبت به مشخصه های LED هم بی توجه خواهیم بود و از قانون اهم استفاده خواهیم کرد تا مطمین شویم که جریان عبوری از LED بیشتر از 20 میلی آمپر نمی شود. 

در این آزمایش ما از یک باتری 9 ولتی استفاده می کنیم و جریان عبوری از یک LED قرمز نیز در حالت ماکزیمم برابر 20 میلی آمپر است. ما LED را در حالت ماکزیمم راه اندازی نمیکنیم و از جریان 18 میلی آمپر استفاده میکنیم. اگر ما یک LED را به صورت مستقیم به یک باتری متصل کنیم، طیق قانون اهم خواهیم داشت: 

و چون مقاومتی نداریم پس:

که تقسیم بر صفر به ما جریان بی نهایت را می دهد. اگر چه در دنیای واقعی ما مقداری مقاومت داریم ولی جریان عبوری از LED بسیار زیاد خواهد بود و این باعث سوختن LED میشود. به همین دلیل پیشنهاد می کنیم که حتما از یک مقاومت سر راه LED استفاده شود. مداری که در نهایت بسته ایم باید چنین شکلی داشته باشد:

حال میتوانیم از قانون اهم برای محاسبه میزان دقیق مقاومت استفاده کنیم. در این حالت چون LED را در 18 میلی آمپر راه اندازی کرده ایم و ولتاژ 9 ولت به آن متصل کرده ایم، در این صورت خواهیم داشت:

که مقدار مقاومت برابر خواهد شد با:

بنابراین ما برای محدود کردن جریان LED نیاز به یک مقاومت 500 اهم داریم. 

مقدار 500 اهم یک مقدار استاندارد برای یک مقاومت نیست. به همین دلیل ما یک مقاومت نزدیک به مقاومت 500 اهم را باید انتخاب کنیم. مقاومتی که در اینجا انتخاب کرده ایم، یک مقاومت 560 اهم است. 

پس از بستن مقاومت به LED و باتری ، باید با چنین مداری روبرو باشیم:

خوب تا اینجا ما با قرار دادن مقاومت موفق شدیم که جریان عبوری از LED رو به مقدار مورد نظر خودمون محدود کنیم. 

ترکیب LED و مقاومت یک ترکیب معروف در دنیای الکترونیک هست و تقریبا ما هر جایی که یک LED میبینیم ، یک مقاومت هم برای محدود کردن جریان میبینیم. مثالی دیگر از این ترکیب را در برد Lilypad میتوان مشاهده کرد:

در شکل بالا، اگر دقت کنید کنار LED یک مقاومت SMD قرار گرفته است و به همین دلیل نیازی نیست که ما خودمان یک مقاومت دیگر اضافه کنیم. 

مقاومت را قبل از LED قرار دهیم یا بعد از LED ؟

برای جواب دادن به این سوال کافی است که اون رو در عمل امتحان کنید. خواهید دید که هیچ تفاوتی از این بابت وجود نخواهد داشت و در هر دو حالت، مدار به درستی کار خواهد کرد. 

البته بسیاری از کسانی که تازه قصد یادگیری الکترونیک را دارند، معمولا با این قضیه مشکل دارند و فکر می کنند که باید حتما مقاومت را قبل از LED قرار دهیم تا مدار به درستی کار کند. در حالی که وقتی ما مقاومت را بعد از LED هم میگذاریم، مدار به درستی کار خواهد کرد. اما علت چیست؟

یک رودخانه را تصور کنید که در یک حلقه دایره است و آب در آن به صورت پیوسته در حال حرکت کردن است. اگر ما در قسمتی از این رودخانه یک سد قرار دهیم، جاری شدن آب متوقف خواهد شد. حال تصور کنید که به جای این سد از یک چرخ در رودخانه استفاده کنیم. در این صورت حرکت آب به کندی صورت خواهد گرفت ( و در واقع سرعت حرکت آب کاهش پیدا میکند) این موضوع ربطی به این ندارد که ما چرخ را در کجای رودخانه قرار داده ایم و در کل رودخانه جریان کاهش پیدا میکند.

این مثال دقیقا مثل همین هست که ما یک مقاومت رو در یک مدار قرار بدیم. فرقی نداره که مقاومت رو در کجا قرار میدیم. در هر صورت مدار به درستی کار خواهد کرد. 

اگه بخوایم یه خورده پاسخ علمی تری به این موضوع بدیم، باید از قانون ولتاژ کیرشهف استفاده کنیم. بر طبق این قانون ما مقاومت را در هر سمتی از LED قرار دهیم، تاثیری یکسانی دارد و جریان به همان میزان محدود می شود. 

برای انتشار از مطالبی که در آینده منتشر می شود و یا مطالبی که در کانال ما ارسال می شود می توانید ما را در محیط های مجازی دنبال کنید: