در سلسله آموزش های مدارهای الکترونیکی به صورت پایه ای، قسمت دوم به معرفی معادلات پایه ای می پردازیم. از آنجاییکه مدارهای الکترونیکی بر پایه علم ریاضیات و فیزیک پیش می رود، لذا حهت توصیف مدارها از معادلات ریاضی بهره می بریم. این معادلات از ساده تا پیشرفته، به توصیف یک مدار ساده تا یک مدار پیچیده و پیشرفته، دسته بندی می گردد. اما تمام این مدارات از یک قانون پایه ای تعبیت می کند. این قانون که توسط دانشمند آلمانی، اهم تعریف شده، به قانونی به نام وی تحت عنوان قانون اهم تعریف شده است. این قانون پایه و اساس مدارهای الکترونیکی را از حیث رابطه ولتاژ/جریان و مقاومت الکتریکی بیان می کند. در این آموزش قصد داریم تا به مفهوم این قانون و البته دیگر قانون مهم، یعنی رابطه توان نیز بپردازیم. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.
قانون اهم و مفاهیم پایه ای
همانطور که پیشتر گفته شد، قانون اهم یکی از مهم ترین و پایه ای ترین قوانین در مدارهای الکترونیکی به شمار می رود. این قانون پایه ای به قدری اهمیت دارد که مدارات الکترونیکی پیشرفته نیز با همین قانون کار می کنند. مطابق این قانون، میزان اختلاف پتانسیل(اختلاف ولتاژ) بین دو سر یک مصرف کننده(مقاومت) در صورتیکه دمای محیط ثابت باشد و جریان گذرنده از مصرف کننده هم ثابت بماند، مقداری ثابت خواهد بود.
قانون اهم در حقیقت رابطه بین ولتاژ، جریان و میزان مقاومت الکتریکی را بیان می کند. در رابطه با مقاومت الکتریکی، قسمت سوم به طور کامل صحبت خواهد شد. در اینجا مقاومت الکتریکی را فعلا به صورت یک مصرف کننده در مدار در نظر بگیرید. یک مصرف کننده در مدار می تواند لامپ یا موتور باشد. در این حالت جهت محاسبه مقاومت الکتریکی کافیست اختلاف ولتاژ دو سر مصرف کننده را بر جریان عبوری از آن تقسیم کنیم.
در تصویر فوق یک مقاومت الکتریکی در مدار قرار گرفته است. از این مقاومت یک جریان الکتریکی توسط منبع تغذیه عبور می کند. با عبور جریان دو ولتاژ در دو سر مقاومت شکل می گیرد. این ولتاژ ها که در تصویر فوق با عبارات V1 و V2 شناخته شده اند، پتانسیل ها(ولتاژ) های ایجاد شده در دو سر مقاومت هستند. با محاسبه اختلاف این دو مقدار و تقسیم این اختلاف بر روی جریان مصرفی، میزان مقاومت الکتریکی مصرف کننده نیز محاسبه خواهد شد. حال که با مفاهیم پایه قانون اهم آشنا شدیم، قسمت بعد را به رابطه ریاضی این قانون اختصاص می دهیم.
رابطه ریاضی قانون اهم
در قسمت پیشین به مفهوم قانون اهم پرداختیم. همانطور که گفته شد، مطابق قانون اهم مقاومت الکتریکی یک مصرف کنند با جریان عبوری و ولتاژ اعمال شده به آن رابطه دارد. این رابطه به صورت زیر تعریف می گردد.
R=V/I
آنطور که در رابطه فوق مشاهده می کنید، مقاومت الکتریکی از تقسیم ولتاژ بر روی جریان حاصل شده است. از آنجاییکه این رابطه یک رابطه ریاضی است، لذا می توانیم با جا به جایی پارامترها، رابطه را به شکل دیگری تبدیل کنیم. در رابطه فوق چنانچه بخواهیم ولتاژ را محاسبه شود، خواهیم داشت:
V=IR
مطابق رابطه فوق، جهت محاسبه ولتاژ می توانیم جریان الکتریکی را در مقاومت مصرف کننده ضرب نماییم. آنطور که در جلسات آینده خواهیم دید، مقاومت الکتریکی غالبا در واحد کیلو اهم یافت می شود. با این تفاسیر، فرض کنید که جریان عبوری از مقاومت ۱ آمپر و میزان مقاومت الکتریکی ۲۲۰ اهم باشد. در این حالت ولتاژ دو سر مقاومت به صورت زیر محاسبه می گردد.
V=IR=> V=220*1=220V
توجه داشه باشید که میزان ولتاژ را به افتخار الکساندر ولتا با V وجریان را با A نمایش می دهند. در رابطه فوق ولتاژ قرار گرفته بر روی دو سر مقاومت، ۲۲۰ ولت است. در طرف دیگر، این رابطه را می توانیم به گونه ای تغییر دهیم که جریان را هم محاسبه کنیم. برای محاسبه جریان طبق رابطه داریم:
I=V/R
مطابق رابطه فوق، جریان الکتریکی از تقسیم ولتاژ دو سر مقاومت بر اندازه مقاومت بدست می آید. به عنوان مثال اگر ولتاژ منبع تغذیه برابر با ۱۲ ولت و مقدار مقاومت ۱۰ اهم باشد، جریان عبوری از مقاومت به صورت زیر محاسبه می گردد.
I=V/R=> I= 12/10=1.2A
با توجه به روابط فوق می توانیم میزان جریان گذرکننده و یا ولتاژ قرار گرفته بر دو سر مقاومت را محاسبه کنیم. در رابطه با ولتاژ و محاسبه آن نکته بسیار مهمی وجود دارد. این نکته مهم را در قسمت بعد بررسی خواهیم نمود.
نحوه محاسبه ولتاژ و جریان مصرف کننده در حالت های سری و موازی
در قسمت پیشین در رابطه با نحوه محاسبه ولتاژ، جریان و مقاومت الکتریکی طبق قانون اهم صحبت کردیم. در این قسمت نیز قصد داریم تا به یک مفهوم بسیار مهم بپردازیم. این مفهوم مربوط به موازی قرار گرفتن قطعات در مدار است. در یک مدار الکتریکی برخی از قطعات به صورت سری و برخی دیگر به صورت موازی قرار می گیرند. برای روشن تر شدن موضوع به تصویر زیر دقت کنید.
مطابق تصویر فوق دو مصرف کننده در مدار وجود دارد. در قسمت شماره ۱ مصرف کننده ها به صورت موازی و در قسمت ۲ مصرف کننده ها به صورت سری در مدار قرار گرفته اند. همانطور که مشاهده می کنید در حالت موازی دو مصرف کننده به گونه ای به یکدیگر متصل شده اند که جریان برق بین آن ها تقسیم می شود. در این حالت ولتاژ هر دو با هم برابر بوده و این ولتاژ برابر با ولتاژ منبع تغذیه خواهد بود. در کنار این، زمانیکه دو مصرف کننده در حالت سری قرار می گیرند، جریان آن ها با هم برابر بوده اما ولتاژ هر یک با دیگری متفاوت خواهد بود. در این حالت جمع ولتاژهای مصرف کننده ها برابر با ولتاژ منبع تغذیه است. از این رو زمانیکه دو المان به صورت سری یا موازی با یکدیگر در مدار قرار می گیرند، باید دقت نطر لازم را در نظر داشته باشید.
حال که با نحوه سری و موازی قرار گرفتن المان ها آشنا شدید، به نکته مهم قسمت قبلی باز می گردیم. در قسمت قبل جریان و میزان مقاومت را با ضرب در یکدیگر به عدد ۲۲۰ ولت رسیدیم. این عدد ۲۲۰ ولت تنها در صورتی ممکن است که مقاومت با یک منبع تغذیه ۲۲۰ ولتی موازی شده باشد. در رابطه با مقاومت ها بحث و نکته بسیاری وجود داشته که در آموزش سوم از این سلسله آموزش، به این نکات خواهیم پرداخت.
لوازم مورد نیاز
جمع بندی
در سلسله آموزش های آشنایی با مدارات الکترونیکی، قسمت دوم به معرفی بیشتر مدارهای الکترونیکی پرداختیم. در این آموزش ضمن تعریف قانون اهم، رابطه ریاضی آن مورد بررسی قرار گرفت. سپس در ادامه آرایش قرارگیری قطعات در مدارهای مختلف را بررسی کردیم. در قسمت بعد این سلسله آموزش قصد داریم تا به معرفی مقاومت و نقش آن در مدارها بپردازیم.
چنانچه مطالب این آموزش را گنک یافتید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در مطالب درج شده وجود دارد می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.
