آشنایی با مفاهیم ولتاژ و جریان و مقاومت

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

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. 

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 اضاه 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: 

91 نظر

  • امین شریعتی

    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؟

    • حامد قاسمی

      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.

  • سیدمحمد واعظی

    سلام ممنون واقعا خیل خوب توضیح دادید

  • نوشتن نظر

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