آشنایی با برق و الکترونیک

آشنایی با برق

رسانای الکتریکی (هادی) به هر ماده ای که بتواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد رسانای الکتریکی یا هادی الکتریک (هدایت کننده جریان الکتریکی) گویند مانند فلزات و به هر ماده که نتواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد نارسانا یا غیرهادی گویند مانند پلاستیک، چرم، کاغذ و غیره.

مقاومت چیست؟

هر هادی الکتریکی در برابر عبور جریان مقداری مقاومت از خود نشان می دهد این مقاومت باعث می شود که جریان عبوری از هادی محدود شود، مثال دو لیوان آب را به یاد بیارید وقتی بین دو لیوان که مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله ای وصل کردیم آب از طرف لیوان پرتر به طرف لیوان نصفه در درون لوله به حرکت در آمد حالا اگر یک شیر سر راه این لوله قرار دهیم چنانچه شیر را به سمت بسته شدن بچرخانیم لوله ارتباطی تنگ تر می شود در نتیجه جریان آب کاهش پیدا می کند یعنی مقاومت سر راه لوله را افزایش داده ایم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعیین کننده مقدار جریان آب عبوری از لوله است در واقع شیر یک وسیله برای کنترل جریان آب است به همین صورت با کم و زیاد کردن مقاومت موجود در مسیر یک مدار می توان جریان کل مدار را کنترل کرد. مقدار مقاومت بستگی به جنس هادی و طول آن دارد که آن را بر حسب اهم می سنجند یک اهم عبارتست از مقدار مقاومتی که اگر به دو سریک منبع ولتاژ یک ولتی وصل شود جریان یک آمپر از آن عبور کند.
هنگام درگیری سربازهای سیم و سربازهای الکترونی، الکترون ها با سلاح های گرم به جان سیم می افتند و در اثر این جنگ و آتش سوزی مقداری از انرژی سربازهای الکترونی بصورت گرما هدر می رود پس یکی از کارهایی که مقاومت انجام داد این بود که مقداری از جریان را تبدیل به گرما کرد در بعضی جاها ما عمدا برای تولید گرما از مقاومت استفاده می کنیم مثل مقاومت تنگستن لامپ یا سیم مقاومت داری که در سماورهای برقی یا بخاری برقی ها استفاده می کنیم که به آن المنت هم می گویند.
در این جور مواقع که گرما کار مورد نیاز ما را انجام می دهد می گوییم سیم یا دستگاه انرژی الکتریکی رو مصرف کرده اما هر وقت که این گرما را لازم نداشته باشیم و بی علت تولید بشود می گوییم مقاومت سیم مقداری انرژی الکتریکی را تلف کرده مثل گرمایی که در سیم های انتقال انرژی (سیم های رابط) تولید می شود.

شکل ظاهری مقاومت ها

مقاومت ممکن است چندین حلقه سیم مسی نازک که به دور هسته ای پیچیده شده است باشد، و یا از مواد نیمه رسانا مانند کربن ساخته شده باشد. مواد نیمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بیشتری در برابر عبور جریان از خود نشان می دهند. مقاومت ها به اشکال و اندازه های مختلفی ساخته می شوند که رایجترین آن ها، مقاومت های رنگی هستند که از آن ها در جریان های پایین استفاده می شود و در جریان های بالا معمولا از مقاومت های سرامیکی یا آجری استفاده می شود که نسبت به مقاومت های رنگی حجم بیشتری دارند.

رابطه بین این سه کمیت مقاومت، جریان، ولتاژ

مثال لیوان آب
گفتیم اگه یه شیر سر راه لوله رابط دو لیوان قرار دهیم می تونیم جریان آب را کنترل کنیم حالا فرض کنید شیر آب را به اندازه ای تنظیم کردیم که در هر ثانیه یک سی سی آب وارد لیوان نصفه می شود حالا به جای لیوان پر آب یه گالن پر آب وصل می کنیم آیا بازم همون مقدار آب وارد لیوان نصفه می شود؟
مسلما اینطور نیست چون فشار آب زیاد شده. به ازای یک ثانیه آب بیشتری از لوله عبور می کند. پس هرچه فشار آب را زیاد کنیم (اختلاف سطح آب ها) جریان آب بیشتر می شود و به همین صورت هم در مدار الکتریکی هر چه فشار الکتریکی (ولتاژ) را افزایش دهیم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جریان نیز بیشتر می شود.

جریان × مقاومت = ولتاژ

مثال فرض میکنیم که یک مقاومت 5 اهمی داریم دوسرش را به یک منبع ولتاژ 10 ولتی وصل کرده ایم می خواهیم ببینیم که چه جریانی از مقاومت عبور می کند (جریان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان می دهند) I=10/5 = 2 A پس جریان دو آمپر از مقاومت عبور میکند حالا اگر به جای مقاومت 5 اهمی مقاومت 4 اهمی قرار بدهیم جریانی که مقاومت از منبع تغذیه دریافت میکند 5/2 آمپر می شود.
پس نتیجه می گیریم که هر مقاومت یا هر مصرف کننده فقط به اندازه مورد نیاز خود از منبع تغذیه، جریان می کشد. توجه داشته باشید وقتی یک منبع به مقاومتی جریان می دهد این جریان از خود منبع تغذیه هم عبور می کند. چون سطح آب درون لیوان ها متفاوت است جریان آب برقرار می شود اما پس از اینکه آب هر دوتا یه اندازه شد دیگر جریان آبی وجود ندارد (بله درست است چون دیگر اختلافی وجود ندارد) ولی در منبع تغذیه اینطور نیست چون الکترون ها دائما توسط نیروی خارجی به یک سمت کشیده می شوند.
پس برای لیوان هم می توان فرض کرد که یک پمپ آب بالای سر لیوان ها وجود دارد که توسط یک شیلنگ به هراندازه که آب وارد لیوان نصفه می شود به همان اندازه آب را برمی دارد و به لیوان پر می ریزد و هیچ گاه نمی گذارد که سطح آب درون لیوان ها تغییر کند همان کاری را که نیروی خارجی بر روی یک سیم انجام می داد (آهنربا) پس چون همیشه اختلاف ثابت است در نتیجه همیشه جریان ثابت و پایدار است.
همان جریانی که از لوله پایینی لیوان ها می گذرد همان جریان هم از شیلنگ و پمپ بالا می گذرد. این مجموعه را می توان به دو قسمت کلی تقسیم کرد.

1. منبع تغذیه (شامل دو لیوان و پمپ و شیلنگ)
2. مصرف کننده (لوله پایینی و شیر) پس نتیجه می گیریم که در یک مدار بسته جریان بصورت حلقه ای از کل عناصر مدار عبور می کند (حتی از خود منبع تغذیه) که مقدارش در تمام نقاط برابر است.

حالا اگر شیر آب را کمی زیاد کنیم کل جریانی که در حال گردش است زیاد می شود این بدان معناست که اگر در یک مدار که بصورت حلقه بسته است چنانچه یکی از عناصر آن را تغییر دهیم جریان در کل مدار تغییر میکند.