مفهوم مدار الکتریکی

مدار الکتریکی چیست؟ آشنایی با مفاهیم اتصال کوتاه و مدار باز

مقدمه

یکی از اولین مفاهیمی که وقتی میخوایم الکترونیک رو یاد بگیریم باهاش مواجه میشیم ، مفهوم مدار هست. در این جلسه قصد داریم در مورد این مفهوم صحبت کنیم. ضمن این که به مفهوم ولتاژ هم نگاهی دقیق تر خواهیم داشت.

دوست عزیز ، خواندن این جلسه بدون انجام تمرینات آن و گام به گام پیش رفتن با درس تاثیر چندانی ندارد. لطفا همین الان یک قلم و کاغذ بردارید و گام به گام با محاسبات و مراحل این جلسه پیش بروید تا خودتان به درک عمیقی از این مطالب برسید و یک بار برای همیشه بتوانید الکترونیک را خوب یاد بگیرید و مدارها را دقیق تحلیل کنید.

چند مفهوم پایه ای

پریزها و باتری ها منبع برق های ما هستند. اما با یک شرط میتوانیم از این برق استفاده کنیم. آن هم این است که به الکترون ها قابلیت حرکت بدهیم. مثل دوچرخه که برای استفاده از آن حتما باید پدال بزنیم. 

 برق فقط میتونه از طریق موادی که خاصیت رسانایی دارند ( مثل سیم های مسی) عبور کنه. اگه شما یک سیم رو به یک باتری یا پریز برق وصل کنید.  ( تذکر : پریز برق بسیار خطرناک است و اصلا این کار رو انجام ندید) به برق یک مسیر برای جاری شدن دادید ، اما اگه این سیم به جایی وصل نباشه ، برق  نمیتونه جایی بره و در واقع انگار اصلا جا به جا نشده.

برق فقط در صورتی میتونه جاری بشه که از یک ولتاژ بالاتر به یک ولتاژ پایین تر حرکت کنه. اگه شما یک مسیر رسانا بین یک ولتاژ بالا و یک ولتاژ پاین ایجاد کنید، آنگاه ، برق از اون مسیر میتونه حرکت کنه و اگه قطعه مفیدی( مثل LED )رو در میانه این مسیر قرار بدید ، آنگاه برق برای شما یه کار مفید رو انجام میده.( مثلا LED رو روشن میکنه. )

خوب. حالا از کجا میتونیم ولتاژ بالا و ولتاژ پایین گیر بیاریم؟ در اینجا باید به یه سری نکات توجه کنیم:

  اول این که هر منبع برقی ، حداقل دو سر داره. شاید باتری ها رو دیده باشید که روی سرشون دارای دو تا کلاهک آهنی هستند. یا پریزهای برق که 2 تا ( یا بیشتر) سوراخ داره. در باتری و سایر منابع تغذیه DC ، به این دو سر اغلب میگن سر مثبت (+) و سر منفی (-)

 علت دو سر بودن منابع تغذیه مثل باتری این است که به الکترون ها خاصیت حرکت بدهیم. یعنی از ولتاژ بالاتر (سر مثبت) به ولتاژ پایین تر (سر منفی)حرکت کنند. 

تا حالا چه چیزهایی را یادگرفتیم؟

 ولتاژ همان پتانسیل هست اما برق برای این که بتونه برای ما کاری رو انجام بده باید بتونه حرکت کنه.

 الکتریسیته برای حرکت نیاز به یک مسیر داره. این مسیر میتونه یک سیم مسی باشه.

 برق از ولتاژ بالاتر به ولتاژ پایین تر حرکت میکنه.

 همه منابع تغذیه DC دارای دو سر هستند. به یک سر میگن سر مثبت و به سر دیگه میگن سر منفی که ولتاژ سر مثبت از سر منفی بالاتر هست.

بررسی یک مدار الکتریکی ساده

یک LED را به کمک یک مقاومت به یک باتری وصل کنید. مطابق شکل زیر. در این صورت یک مدار الکتریکی ساخته ایم. (فرض کنید که مقادیر ولتاژ و مقاومت و … مناسب انتخاب شده است.)

شکل بالا نمونه ای از یک مدار الکتریکی است که الکترون ها جا به جا می شوند و کار مفیدی برای ما انجام می دهند. شکل زیر نمونه ای از یک مدار الکتریکی ساده را نشان می دهد : 

 

معرفی یک قرار داد :
بنجامین فرانکلین ابتدا قرارداد کرد که جریان از طرف مثبت به طرف منفی جاری میشه . اما جریان در مقیاس اتمی ، از طرف منفی به طرف مثبت حرکت میکنه. الان هم که ما این مباحث رو توضیح دادیم در واقع داشتیم با توجه به اون قرارداد این حرف ها رو میزدیم که البته اشتباه بوده. ولی صحبت کردن در مورد این جزییات اصلا موضوع مهمی نیست و امروزه هم همه از همین قرارداد استفاده میکنن و ما هم میتونیم مدارهامون رو مطابق با همین قرارداد بسازیم و تحلیل کنیم ، بدون این که به مشکلی بخوریم.

اتصال کوتاه و مدار باز

در ادامه قصد داریم چند مفهوم پایه ای را با یکدگیر معرفی کنیم. 

منظور از بار چیست؟

علت این که ما یک مدار الکتریکی میسازیم اینه که  ما میخوایم اون مدار الکتریکی برای ما کار مفیدی رو انجام بده. در این مدار یه سری قطعات قرار میدیم تا برق برای ما روی اون قطعات یک کار مفید انجام بده. مثلا  یک LED رو روشن کنه یا یک موتور حرکت کنه و …

به هر کدوم از این قطعات میگن بار. چون از انرژی منبع تغذیه استفاده میکنن. وقتی خود ما انسان ها هم یک بار رو حمل میکنیم. ( مثلا کیفمون رو) عملا بعد از مدتی خسته میشیم. ممکنه منبع تغذیه هم بعد از مدتی انرژی اش کم بشه.

منظور از بار چیست ؟

اتصال کوتاه ( Short Circuit ) :

مداری که حاصل از اتصال سر مثبت منبع تغذیه به سر منفی آن است ، را مدار اتصال کوتاه می نامند. این مدار یک مدار خطرناک است. اما چرا؟

اگه شما یک بار رو در مسیر جریان قرار بدید ، جریانی که در مدار شما است ، به جریان مصرفی قطعه شما محدود میشه. معمولا جریان مصرفی یک قطعه الکترونیکی مقدار محدودی هست و بنابراین جریانی که در مدار شما حاکم میشه هم مقدار محدودی خواهد داشت. اما اگه هیچ قطعه ای رو در مسیر جریان الکتریکی قرار ندید ، آنگاه هیچ چیزی هم جریان عبوری از مدار رو محدود نخواهد کرد و جریان تلاش میکنه که برسه به بی نهایت! شکل زیر را ببینید: 

نمونه ای از یک مدار اتصال کوتاه

منبع تغذیه ای که ما استفاده میکنیم ، نمیتونه جریان بی نهایت رو تامین کنه. اما ماکزیمم جریانی که میتونه رو تامین میکنه که ممکنه مقدار بزرگی باشه. در این صورت ممکنه سیم شما ، توان عبور چنین جریانی رو نداشته باشه و بنابراین میسوزه و به منبع تغذیه آسیب میزنه یا باتری تون رو تخلیه میکنه و اتفاقاتی از این دست میفته.

البته یک حالت دیگر نیز وجود دارد که شبیه به اتصال کوتاه است. آن هم این است که از مقاومت های اشتباهی برای محدود کردن جریان استفاده می کنیم. مثلا برای یک LED مقاومت بسیار کوچکی استفاده کنیم. شکل زیر را ببینید: 

سوختن LED به علت عدم استفاده از مقاومت مناسب

مفهوم مدار باز (Open circuit)  :

در مقابل مفهوم اتصال کوتاه ، مفهوم مدار باز قرار داره. این حالت وقتی اتفاق میفته که یک جایی از مدارتون قطعی داشته باشه و یک سیم به سیمی دیگه متصل نشده باشه. به عبارت صحیح تر ، اصلا مداری تشکیل نشده باشه. شکل زیر رو ببینید:

یک مدار باز

بر خلاف مدارتی که اتصال کوتاه شده اند ، این گونه مدارات هیچ گونه آسیبی به قطعات وارد نخواهند کرد. البته مدار الکتریکی شما هم کار نخواهد کرد. اگه در زمینه بستن مدار تازه کار باشید ، شاید پیدا کردن نقاط قطعی یه خورده براتون مشکل باشه ، به خصوص وقتی که از بردبرد استفاده میکنید.

دوست عزیز به پایان این جلسه رسیدیم. اگر مایل هستید، با الکترونیک و قطعات الکترونیک با زبان ساده اما دقیق و یک بار برای همیشه آشنا شوید، میتوانید از لینک زیر استفاده کنید:

دوره آموزشی الکترونیک به زبان ساده

15 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

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