تحقیق کاروفناوری هشتم و نهم
پودمان های برق و الکترونیک
آشنایی با کمیت های الکتریکی
قانون اهم و ارتباط بین کمیت ها
متن کامل در ادامه مطلب
جریان الکتریکی
اگر الکترون ها در طول یک هادی (رسانا) جابه جا شوند، می گوییم در طول هادی جریان برقرار است. همچنین اگر در یک هادی جریانی برقرار شود حتما در آن هادی کار انجام خواهد شد. بنابراین جابه جایی بارهای الکتریکی در واحد زمان را جریان الکتریکی می نامند.
به عبارتی دیگر اگر بتوانیم با دادن انرژی الکترون های لایهٔ آخر اتم را آزاد کنیم و در یک مسیر حرکت دهیم جریان الکتریکی به وجود می آید. به مقدار بار الکتریکی (الکترون های آزاد) که از یک سطح مشخص در طی مدت زمانی معین عبور کند شدت جریان الکتریکی گفته می شود
شدت جریان الکتریکی را با حرف I نشان می دهند و واحد آن برحسب A آمپر بیان می شود.بنابراین اگر در یک ثانیه از یک نقطه از سیم یک کولن ( 28 10* 6/28 الکترون ) عبور کند شدت جریان یک آمپر خواهد بود. واحد های کوچکتر از آمپر، میلی آمپر و میکرو آمپر و واحد های بزرگتر از آمپر را کیلو آمپر می نامند.
وسیله ای که برای اندازه گیری شدت جریان به کار می رود آمپرمتر نام دارد. آمپر متر در مدار به صورت سری بسته می شود.
پتانسیل الکتریکی (ولتاژ)
به اختلاف بار الکتریکی در دو نقطه اختلاف پتانسیل می گویند. اختلاف پتانسیل (ولتاژ) باعث حرکت الکترون های آزاد می شود.
جسمی را که دارای بار الکتریکی مثبت است در نظر بگیرید. این جسم کمبود الکترون دارد ، لذا می خواهد از هر طریقی که مقدور باشد الکترون ها را به سمت خود جذب کند، پس دارای نیروی جاذبه است. می توان گفت دلیل وجود نیروی جاذبه، ذخیره شدن انرژی در جسم است. به این انرژی ذخیره شده پتانسیل می گویند. هنگامی که جسم دارای کمبود الکترون است می گوییم دارای پتانسیل مثبت است و آن را با علامت + نشان می دهیم.
اگر جسمی دارای الکترون های اضافی باشد بار الکتریکی آن منفی است. در این حالت چون جسم الکترون اضافی دارد می خواهد الکترون های اضافی خود را به جسمی که کمبود الکترون دارد بدهد. پس این جسم نیز دارای انرژی است. می گوییم دارای پتانسیل منفی است و آن را با علامت - نشان می دهیم. به عبارت دیگر مقداری انرژی در جسم ذخیره شده است که می تواند الکترون اضافی را جذب و یا دفع کند. این انرژی نهفته در جسم را، انرژی پتانسیل می گویند.
جسمی که با از دست دادن الکترون باردار شده باشد دارای پتانسیل مثبت و جسمی که با دریافت الکترون باردار شود، دارای پتانسیل منفی است.
اختلاف پتانسیل را می توان با اختلاف دما، که سبب انتقال گرما در یک جسم می شود یا اختلاف سطح مایع بین دو ظرف به هم پیوسته که سبب جاری شدن مایع بین دو ظرف می گردد، مقایسه کرد. همان طوری که اختلاف دما جهت انتقال گرما و اختلاف فشار مایع جهت حرکت مایع را مشخص می کند، اختلاف پتانسیل نیز جهت جریان الکتریکی را نشان می دهد.
وقتی روی موکت راه می روید، بدن شما دارای بار الکتریکی می شود. حال اگر با دست خود دستگیره درب اتاق را لمس کنید، احساس برق گرفتگی در شما به وجود می آید. دلیل این برق گرفتگی وجود اختلاف پتانسیل بین بدن شما و زمین است. وقتی شما درب را لمس می کنید، جریان الکتریکی از طریق بدن شما و دستگیره درب و زمین برقرار می شود.
اختلاف پتانسیل یا ولتاژ را با حرف V یا E نشان می دهند و واحد آن برحسب ولت بیان می شود. طبق قرارداد، همیشه اختلاف پتانسیل از پتانسیل بیش تر (مثبت) به سمت پتانسیل کم تر (منفی) جاری می شود.
وسیله ای که برای سنجش اختلاف پتانسیل به کار می رود ولت متر نام دارد. که در مدار به صورت موازی بسته می شود. از جمله منابع ولتاژ، باتری خشک قلمی دارای ولتاژ 1/5 ولت، باتری اتومبیل دارای ولتاژ 12 ولت، برق شهر دارای ولتاژ 220 ولت و برق های صنعتی دارای ولتاژ 380 ولت را می توان نام برد. به اختلاف پتانسیل نیروی محرکه الکتریکی نیز می گویند.
مقاومت الکتریکی
مقاومت الکتریکی خاصیتی از ماده است که با عبور جریان الکتریسته از خودش مخالفت می کند پس به ایستادگی ذرات هادی در مقابل عبور جریان الکتریکی مقاومت الکتریکی گفته می شود. بنابراین خاصیت ایستادگی جسم در مقابل حرکت الکترون ها یا جریان الکتریکی را مقاومت الکتریکی می نامند مقاومت الکتریکی را با حرف R نشان می دهند و برحسب Ω اُهم محاسبه می شود. وسیله ای که برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی به کار می رود اُهم متر نام دارد از مقاومت های اهمی برای کنترل جریان الکتریکی و جلوگیری از عبور جریان اضافی در مسیر وسایل الکتریکی استفاده می شود.
قانون اهم
جرج سیمون اهم فیزیکدان آلمانی در سال 1828 براساس تحقیقاتی که انجام داد توانست به بررسی ارتباط بین شدت جریان الکتریکی جاری در یک مدار با ولتاژ و مقاومت الکتریکی آن بپردازد. وی نتایج خود را تحت عنوان قانون اهم بیان کرد. بر اساس قانون اهم، مقدار مقاومت نسبت مستقیم با ولتاژ و نسبت معکوس با جریان دارد.در رابطه قانون اهم، مقدار ولتاژ بر حسب ولت، جریان بر حسب آمپر و مقاومت بر حسب اهم است. به عبارت دیگر در یک مدار، اگر ولتاژ ثابت باشد، هر قدر مقدار مقاومت بیشتر شود، مقدار جریان عبوری از آن کمتر می شود.
اهم، پس از آزمایش های زیاد، به این نتیجه رسید که هرگاه در یک مدار ولتاژ مدار را افزایش دهیم جریان عبوری از مدار نیز افزایش می یابد. هم چنین اهم به این نتیجه رسید که هرگاه مقدار مقاومت یک مدار را افزایش دهیم جریان عبوری از مدار کاهش می یابد. وی نتایج آزمایش های خود را چنین بیان کرد.
در یک مدار جریان مستقیم جریان با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت عکس دارد.
فرمول های قانون اهم را در تصاویر زیر مشاهده می کنید.
