ولتاژ، جریان، مقاومت – یک بار برای همیشه

آنچه در این جلسه می آموزیم:

آشنایی با مفهوم بار الکتریکی و ولتاژ

جریان الکتریکی دقیقا چیست ؟ استفاده از مثال مخزن آب برای درک بهتر

مقاومت از نگاهی دیگر

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.

دوست عزیز ، این جلسه از جلسات بنیادین و بسیار مهم این وبسایت می باشد. متاسفانه مفهوم ولتاژ و جریان هیچ وقت به درستی به ما آموزش داده نشده اند. اگر میخواهید یک بار برای همیشه با این مفاهیم آشنا شوید ، لطفا این جلسه را کاملا دقیق مطالعه کنید و این مشکل را یک بار برای همیشه حل کنید.

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. 

آشنایی با مفاهیم ولتاژ و جریان و قانون اهم

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. 

یک مثال برای درک بهتر: 

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.

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. 

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.

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. 

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

اشتراک گذاری:
مطالب زیر را حتما بخوانید

110 دیدگاه

به گفتگوی ما بپیوندید و دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید.

  • سلام دوست گرامی
    من قبلا برق تک فاز 25 امپر داشتم و تمام وسایل کارگاهم تک فاز بود الان کارگاه جدید گرفتم که کنتور 3فاز 32 امپر داره ایا با وجود 3فاز شدن کنتور فقط 7 امپر میتونم بیشتر مصرف کنم منظورم این هست که هر فاز از 3فاز کنتورم تقریبا 11 امپر هست
    سپاس

    • با سلام. متاسفانه ما در زمینه برق قدرت تجربه ای نداریم. بهتر است سوال خود را از اداره برق محل و یا متخصصین برق قدرت بپرسید.
      با تشکر.

    • در فرض مساله اگر کنتور شما سه فاز 32 آمپر باشد به مفهوم این است که شما میتوانید از هر فاز مستقلا 32 آمپر بار بکشید . که این آمپراژ حتما در روی فیوز ها نیز قید میشود .

  • چرا با جریان نا برابر و ولتاژ یکسان نور دو لامپ با هم برابر است؟؟جریان تاثیری در نور لامپ ندارد؟؟

    • با سلام. خیر! چنین چیزی امکان ندارد.
      لامپی که نور می دهد در واقع توانی هست که تبدیل به نور می شود. اگر شرایط دو لامپ مساوی باشد ، باید نور هر دو لامپ نیز یکی باشد ، مگر آن که مقاومت های دو لامپ با یکدیگر متفاوت باشد.
      موفق باشید.

      • سلام
        پاسخ رو خوب متوجه نشدم جریان تاثیر دارد یا خیر؟؟چون جریان هم جزو شرایط روشن شدن لامپ هست و یکی از فرمول های توان P=RI² هست

        • با سلام مجدد.
          در سوال قبل فرمودید که “چرا با جریان نا برابر و ولتاژ یکسان نور دو لامپ با هم برابر است؟؟جریان تاثیری در نور لامپ ندارد؟؟” و جواب این بود که قطعا جریان تاثیر دارد. برای روشنایی هم جریان لامپ و هم ولتاژ آن تاثیر دارد و اگر ولتاژ و جریان دو لامپ مساوی باشد ، امکان ندارد که نور تولید شده توسط لامپ برابر نباشد .
          موفق باشید.

  • سلام و عرض سپاس

    آیا با فرض ثابت بودن مقاومت، هر ولتاژی، با یک مقدار جریانِ مشخص، تناظر ثابتی داره؟

    • با سلام.
      لطفا سوال خود را دقیق تر و واضح تر بپرسید تا توضیحات لازم داده شود.
      با تشکر.

      • سلام مجدد
        طبق برداشت من، مثال شما نشون میده که اگه فشار/ولتاژ ثابت باشه و مقاومت هم ثابت، پس جریان هم یک مقدار مشخص و واحده.

        مشکل من اینجاست که مثلاً گفته می شه، فلان دستگاه الکتریکی، همزمانیِ جریان و ولتاژ رو به هم می زنه و به قول مهندسا، پس فاز، پیش فاز، ایجاد می کنه.
        سوالم اینه که چه طور همچین اتفاقی می افته؟ در حالت عادی، در نقطه ای که نمودار سینوسیِ ولتاژ متناوب به اوج میرسه، جریان هم به اوج می رسه، یعنی دو نمودار بر هم منطبق می شن. سوالم اینه که به هم خوردن این نظم، چه طور واقع می شه؟ چه جوری موج جریان، از ولتاژ عقب می مونه؟
        به عبارت دیگه، چه جوری می شه که در لحظه ای که بیشترین ولتاژ رو داریم، بیشترین جریان رو نداریم، و بر عکس؟ چه جوری همین ولتاژ، و همین مقاومت، قبل از رسیدن به این دستگاه، یه جریان ایجاد می کرد، و بعد از این دستگاه، یه جریان دیگه ایجاد می کنه؟

        • با سلام.
          موضوعی که میفرمایید به خاطر خاصیت سلفی و خازنی بودن است که این باعث عدم همزمانی ولتاژ و جریان میشود. واقعیت این است که در عمل همه قطعات خاصیت سلفی و خازنی را دارند ولی بعضی از آنها آنقدر مقدار یکی کم است و دیگری زیاد است که فقط یکی از خاصیت ها در نظر گرفته می شود. برای یک مقاومت واقعی هم هر دو خاصیت سلف و خازن آن قدر پایین است که این خاصیت ها در نظر گرفته نمی شوند. علت این تاخیر نیز به عنوان مثال برای خازن این است که چون خازن مشتق ولتاژ را میگیرد و طبق قانون لنز با تغییرات سریع مخالفت می شود ، به همین علت این تاخیر به وجود می آید.
          موفق باشید.

          • با سلام و تشکر از پاسخ جنابعالی

            پس من این طور فهمیدم که شکل مورد استفاده در مثال شما، مفاهیم سلف و خازن را نشان نمی دهد. در واقع صورتی ساده شده از واقعیت است.

            حالا اگر می خواستید این دو مفهوم رو هم با همین مثال آب توضیح بدید، شکل شما چه طور می بود؟

          • با سلام.
            بله- این مثال صرفا برای قانون اهم و مفاهیم ولتاژ و جریان و مقاومت است و متاسفانه قابلیت تعمیم به خازن و سلف را ندارد.
            موفق باشید.

  • سلام
    لطف می کنید بگویید برای ساختن یک مدار الکتریکی ساده مانند ساخت یک چراغ مطالعه با لامپ های ال ای دی که قابلیت کم و زیاد کردن نور را داشته باشد ، به چه قطعات الکترونیکی نیاز داریم ؟

    • با سلام.
      برای ساخت یک چراغ مطالعه قطعات مختلفی نیاز دارید. برخی از مهمترین این قطعات در زیر آورده شده است :
      1-رگولاتور 7805
      2- آیسی 555
      3- پتانسیومتر
      4- تعدادی مقاومت و خازن
      5-باتری
      6 و …
      از آیسی 555 برای تنظیم نور LED ها به کمک پتانسیومتر استفاده می شود.
      از لینک زیر میتوانید نحوه ساخت یک چراغ مطالعه را ببینید:
      آموزش ساخت یک چراغ مطالعه
      موفق باشید.

دیدگاهتان را بنویسید