مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

قبل از ورود به دنیای الکترونیک لازم است شما با قانون اهم و مفاهیم مهم و اساسی مانند مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم بطور کامل آشنا شوید. تا درک بهتری از روابط بین این سه کمیت و کاربردهای گسترده آنها در دنیای الکترونیک داشته باشید!

همچنین شما میتوانید از قانون اهم برای محاسبه توان الکتریکی و نرخ تبدیل انرژی جنبشی به اشکال دیگری از انرژی مثل انرژی مکانیکی، انرژی گرمایی، انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی و یا میدان الکتریکی، استفاده کنید.

 

قانون اهم چیست

برای محاسبه جریان مدار، توان و مقدار قطعاتی مانند مقاومت و … لازم است شما با مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم که در اصل بیان کننده روابط میان ولتاژ، جریان و مقاومت است، آشنا شوید.

بر اساس این قانون (همانطور که در تصویر میبینید) جریان عبوری از مدار با ولتاژ رابطه مستقیم دارد و با مقاومت رابطه معکوس دارد.

 

کاربرد قانون اهم

محاسبه مقدار جریان، ولتاژ و مقاومت مدار الکتریکی

محاسبه توان الکتریکی

  • مولتی متر های DC هم از قانون اهم برای محاسبه جریان استفاده میکنند

 

محدودیت های قانون اهم

  • قانون اهم برای قطعات الکترونیکی یک طرفه مثل ترانزیستورها و دیودها قابل استفاده نیست، چون این قطعات جریان را فقط در یک جهت از خود عبور می دهند.
  • چون در قطعات الکترونیکی غیرخطی مانند خازن، سلف و مقاومت های وابسته متغییر”نسبت ولتاژ به جریان” در طول زمان ثابت نیستند، شما نمی توانید برای این قطعات از قانون اهم استفاده کرد.
  • قانون اهم و روابط استخراج شده از آن تا زمانی درست هستند که دمای کاری و سایر شرایط فیزیکی ثابت باقی باشد ( یعنی اگر شما قطعه ای در مدار دارید که همواره افزایش جریان باعث افزایش دما آن میشود، در این شرایط نمیتوانید از قانون اهم استفاده کنید).

 

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

 

تا به اینجا با قانون اهم،کاربردها و محدودیت های آن آشنا شدیم اما این آشنایی کلی کمی دور از هدف ما یعنی آشنایی با مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم است و در زمان طراحی مدار کمکی به شما نمی کند! بنابراین لازم است شما بطور کامل با مفاهیم مهم و اساسی مانند ولتاژ، جریان و مقاومت آشناشوید.

 

آشنایی با ولتاژ و جریان

به جاری شدن بار الکتریکی (الکترونها) از قطب (-) به سمت قطب (+) “جریان الکتریکی” گفته میشود . به عبارت دیگر جریان الکتریکی (I) نرخ تغییر بار الکتریکی(q) نسبت به زمان (t) تعریف شده است!

واحد اندازه گیری جریان، کولن بر ثانیه (C/t) است و آن را با نماد I نشان می دهند.

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

 

همانطور که میدانید با عبور الکترون ها بخشی از انرژی آن ها به دلیل برخود به سایر مولکول ها به صورت گرما تلف میشود، همین  مسئله هم باعث میشود که سطح پتانسیل الکتریکی برخی قسمت ها کمتر شود و یک اختلاف پتانسیل در مدار به وجود آید، به این اختلاف پتانسیل بین دو نقطه از مدار که عامل ایجاد جریان نیز هست، ولتاژ نام میگویند!

 

در دیدگاهی متفاوت، میتوان گفت:

هر بار الکتریکی سبب به وجود آمدن میدانی در اطراف خود می‌شود که به آن «میدان الکتریکی» گفته می‌شود و ممکن است در نقطه‌ای میدان قوی‌تر یا ضعیف‌تر باشد. قوی‌تر یا ضعیف‌تر بودن میدان به عامل ایجادکننده‌ی آن که «بار الکتریکی» است بستگی دارد.

واحد اندازه گیری ولتاژ، ژول بر کولن (J/C) است و آن را با نماد V نشان می دهند.

حالا که به صورت کامل با مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم آشنا شده اید، قصد داریم که با یک مثال رایج که در آن رابطه بین مقاومت، جریان و ولتاژ به یک مخزن آب تشبیه شده است، روابط قانون اهم را مجددا بررسی کنیم.

 

در شکل زیر که شامل یک تانکر و یک لوله است، هریک از المان ها نشان دهنده یکی از این 4 کمیت گفته شده در این جلسه است، این کمیت ها عبارتنداز:

 

آببار الکتریکی
فشار آبولتاژ
جریان آبجریان الکتریکی
عرض لولهمقاومت

 

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

نتایج :

  1. با افزایش مقدار آب موجود در تانکر، فشار آب و در نتیجه جریان آب عبوری از باریکه افزایش می‌یابد!

یعنی جریان الکتریکی رابطه مستقیمی با بار الکتریکی دارد.

  1. با افزایش ارتفاع تانکر(دقت کنید که فقط با افزایش ارتفاع نه افزایش مقدار آب) جریان عبوری از باریکه افزایش می یابد!

این به این معناست که جریان الکتریکی و ولتاژ الکتریکی رابطه مستقیم دارند.

  1. حال دو تانکر آب زیر را در نظر بگیرید که عرض باریکه یکی از آنها کم و عرض دیگری زیاد است.

واضح است مقدار آبی که از تانکر سمت چپ (پهن تر) خارج می شود بیشتر خواهد بود ( توجه داشته باشید که تمام شرایط جز عرض باریکه برابر است) .

 

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

 

مقاومت الکتریکی

عرض باریکه که در بخش های قبلی به آن اشاره کردیم، در واقع توضیحی ساده برای درک بهتر مفهوم ” مقاومت الکتریکی ” است. اگر کمی به شکل دقت کنید میبینید که باریکه ای که عرض کمتری دارد، در مقابل جریان آب از خود مقاومت بیشتری نشان می‌دهد اما باریکه ای که عرض بیشتری ، از خود مقاومت کمتری نشان میدهد!

عرض باریکه در دنیای الکترونیک در اصل قطر سیم است، این به این معنی است که هرچه قطر سیم کمتر باشد، مقاومت آن بیشتر خواهد بود.

شما میتوانید برای افزایش دانش خود درباره مقاومت الکتریکی و انواع آن  و سری و موازی مقاومت ها به آموزش های مرتبط در ربات افزار مراجعه کنید.

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

حال که با مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم و مقاومت بطور کامل آشنا شده ایم، قصد داریم که مفهوم مهم دیگری به نام ” توان ” را بررسی کنیم و ببینیم که چطور با کمک قانون اهم و مفاهیمی مانند ولتاژ، مقاومت و جریان میتوانیم این کمیت را بدست آوریم.

 

محاسبه توان الکتریکی با استفاده از قانون اهم

توان الکتریکی در اصل نرخ تبدیل انرژی جنبشی بارهای الکتریکی (q)  به اشکال دیگری از انرژی مثل انرژی مکانیکی، انرژی گرمایی، انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی و یا میدان الکتریکی است.

واحد توان الکتریکی برحسب وات (w) بیان می شود.

 

رابطه اصلی توان به صورت زیر است اما ما میتوانیم با کمک گرفتن از قانون اهم و جایگزینی مقادیر ولتاژ و جریان آن را به اشکال مختلف محاسبه کنیم.

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

 

  • حالت 1:

اگر مقدار ولتاژ و جریان در مدار مشخص باشد

P=V*I

  •  حالت 2:

اگر مقدار ولتاژ و مقاومت در مدار مشخص باشد

P=V*V/R

  • حالت 3:

اگر مقدار جریان و مقاومت در مدار مشخص باشد

P=I*I*R

نمودار کامل توان و قانون اهم

در پایان برای جمع بندی بهتر مطالب گفته شده نموداری از تمام روابط گفته شده برای شما تهیه شده است، امیدواریم که از این نمودار ومطالب گفته شده لذت برده باشید.

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

مقالات مرتبط

مقالات مرتبط

ترانزیستور خانواده FET

ترانزیستور خانواده FET

در آموزش ترانزیستور خانواده FET و انواع آن می خواهیم بیشتر شماها را با ترانزیستور...

دقیقه
مطالعه

35
ترانزیستور دو قطبی یا BJT

ترانزیستور دو قطبی یا BJT

پس از ورود به دنیای الکترونیک لازم است شما با قطعات پر کاربرد و مهمی...

دقیقه
مطالعه

30
تنظیم کننده های ولتاژ یا رگولاتور ولتاژ

تنظیم کننده های ولتاژ یا رگولاتور ولتاژ

پس از ورود به دنیای الکترونیک و آشنایی با قطعاتی مانند مقاومت، دیود و... که...

دقیقه
مطالعه

30
مشاهده

20678 

سری و موازی

سری و موازی

قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید با انواع مدار سری و موازی و مفاهیمی...

دقیقه
مطالعه

25
مشاهده

20298 

دیود و انواع آن

دیود و انواع آن

قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید بدانید دیود چیست و چطور کار میکند. همچنین...

دقیقه
مطالعه

29
مشاهده

16611 

سلف

سلف

قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید با قطعات پسیوی مانند سلف و انواع آن...

دقیقه
مطالعه

16
مشاهده

15417 

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

مفهوم ولتاژ و جریان و قانون اهم

قبل از ورود به دنیای الکترونیک لازم است شما با قانون اهم و مفاهیم مهم...

دقیقه
مطالعه

10
مشاهده

19783 

مقاومت و انواع آن

مقاومت و انواع آن

قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید با قطعات پسیوی مانند مقاومت و انواع آن...

دقیقه
مطالعه

32
مشاهده

19523 

خازن و انواع آن

خازن و انواع آن

قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید با قطعات پسیوی مانند خازن و انواع آن...

دقیقه
مطالعه

29
مشاهده

17058 

اگر می‌خواهید از آخرین و محبوب‌ترین مقالات ما در ایمیل خود مطلع شوید، همین الان ایمیل و شماره موبایل خود را در کادر زیر وارد کنید:
تعداد علاقه مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده اند: 3,592 نفر

چهارده + پنج =