فهرست مطالب
- مقدمه: سه رکن اصلی برق
- تشبیه آب در لوله
- ولتاژ چیست؟ (فشار الکتریکی)
- جریان چیست؟ (مقدار الکتریسیته)
- مقاومت چیست؟ (مانع جریان)
- قانون اهم: رابطه این سه
- مقایسه عملی با مثالهای واقعی
- نحوه اندازهگیری
- کاربرد در زندگی روزمره
- نتیجهگیری
۱. مقدمه: سه رکن اصلی برق
اگر بخواهید فقط سه مفهوم از برق را یاد بگیرید که ۸۰٪ مسائل را حل میکنند، همینها هستند:
- ولتاژ (Voltage) → نیروی محرکه
- جریان (Current) → مقدار برق
- مقاومت (Resistance) → مانع حرکت
این سه مثل سه پایه یک میز هستند. بدون یکی، بقیه معنی ندارند.
۲. تشبیه آب در لوله
برای درک ساده، سیستم آبرسانی را تصور کنید:
| سیستم آبرسانی | سیستم الکتریکی |
|---|---|
| مخزن آب مرتفع | باتری یا منبع ولتاژ |
| فشار آب | ولتاژ |
| مقدار آب جاری | جریان |
| قطر لوله | مقاومت (لوله باریک = مقاومت زیاد) |
| شیر آب | کلید قطع و وصل |
۳. ولتاژ چیست؟ (فشار الکتریکی)
تعریف علمی:
ولتاژ اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه است. یعنی نیرویی که الکترونها را به حرکت وامیدارد.
واحد و نماد:
- واحد: ولت (Volt)
- نماد: V یا U
- نماد در مدار:
+ ──┤ ├── -
مثالهای واقعی:
| منبع | ولتاژ تقریبی | کاربرد |
|---|---|---|
| باتری قلمی | ۱.۵ ولت | چراغ قوه، ریموت |
| باتری ماشین | ۱۲ ولت | استارت، چراغها |
| پریز خانه (ایران) | ۲۲۰ ولت | یخچال، تلویزیون، کولر |
| خطوط انتقال فشار قوی | ۴۰۰,۰۰۰ ولت | انتقال بین شهرها |
| برق صنعتی | ۳۸۰ ولت (سهفاز) | موتورهای بزرگ |
نکته مهم:
ولتاژ خطرناک است! ولتاژ بالای ۵۰ ولت برای انسان خطرناک است.
۴. جریان چیست؟ (مقدار الکتریسیته)
تعریف علمی:
جریان مقدار بار الکتریکی است که در ثانیه از مقطع سیم عبور میکند. یعنی تعداد الکترونهای در حال حرکت.
واحد و نماد:
- واحد: آمپر (Ampere)
- نماد: I یا A
- جهت: از مثبت به منفی (جریان قراردادی)
مثالهای واقعی:
| وسیله | جریان تقریبی | توضیح |
|---|---|---|
| لامپ LED کوچک | ۰.۱ آمپر | ۱۰۰ میلیآمپر |
| شارژر موبایل | ۱-۲ آمپر | ۱۰۰۰-۲۰۰۰ میلیآمپر |
| لامپ رشتهای ۱۰۰ وات | ۰.۵ آمپر | در ۲۲۰ ولت |
| کولر آبی | ۵-۱۰ آمپر | بستگی به قدرت موتور |
| کولر گازی | ۱۰-۱۵ آمپر | هنگام استارت بیشتر است |
| کل خانه معمولی | ۲۵-۵۰ آمپر | فیوز اصلی |
نکته ایمنی:
جریان کشنده است! فقط ۰.۱ آمپر (۱۰۰mA) میتواند باعث مرگ شود.
۵. مقاومت چیست؟ (مانع جریان)
تعریف علمی:
مقاومت خاصیت مواد در مقابل عبور جریان الکتریکی است.
واحد و نماد:
- واحد: اهم (Ohm)
- نماد: R یا Ω
- نماد در مدار:
────/\/\/\/────
مقاومت مواد مختلف:
| ماده | مقاومت نسبی | کاربرد |
|---|---|---|
| مس | بسیار کم | سیمکشی، کابل |
| آلومینیوم | کم | خطوط انتقال |
| آهن | متوسط | برخی موتورها |
| نیکل کروم | زیاد | المنت بخاری، توستر |
| پلاستیک، چوب | بینهایت | عایق |
عوامل مؤثر بر مقاومت:
۱. جنس ماده (مس بهتر از آهن)
۲. طول (هرچه طول بیشتر، مقاومت بیشتر)
۳. قطر (هرچه قطر بیشتر، مقاومت کمتر)
۴. دما (در فلزات: دما↑ مقاومت↑)
مقاومتهای متغیر:
- پتانسیومتر: مثل ولوم رادیو
- تریستور: کنترل سرعت موتور
- LDR: مقاومت نوری (تغییر با نور)
- ترمیستور: تغییر با دما
۶. قانون اهم: رابطه این سه
فرمول طلایی:
V = I × Rولتاژ = جریان × مقاومت
مثلث قانون اهم:
V
/ \
I R- V = I × R (ولتاژ)
- I = V ÷ R (جریان)
- R = V ÷ I (مقاومت)
مثال عملی ۱:
یک لامپ با مقاومت ۴۴۰ اهم به برق ۲۲۰ ولت وصل شده:
I = V ÷ R = ۲۲۰ ÷ ۴۴۰ = ۰.۵ آمپرلامپ ۰.۵ آمپر جریان میکشد.
مثال عملی ۲:
میخواهیم به یک LED با ولتاژ ۳ ولت از باتری ۹ ولت استفاده کنیم:
نیاز به مقاومت: R = (۹ - ۳) ÷ ۰.۰۲ = ۳۰۰ اهم۷. مقایسه عملی با مثالهای واقعی
مثال ۱: شیلنگ آب
| شیلنگ آب | معادل الکتریکی |
|---|---|
| شیلنگ ضخیم | سیم با مقاومت کم (جریان راحت) |
| شیلنگ نازک | سیم با مقاومت زیاد (جریان سخت) |
| پمپ قوی | ولتاژ بالا |
| پمپ ضعیف | ولتاژ پایین |
| آب زیاد جاری | جریان بالا |
مثال ۲: جاده و ماشینها
| ترافیک جاده | معادل الکتریکی |
|---|---|
| عرض جاده | قطر سیم |
| طول جاده | طول سیم |
| تعداد ماشینها | جریان |
| سرعت ماشینها | ولتاژ |
| چراغ قرمز، سرعتگیر | مقاومت |
۸. نحوه اندازهگیری
ابزار اندازهگیری:
| پارامتر | ابزار | نحوه اندازهگیری |
|---|---|---|
| ولتاژ | ولتمتر | موازی با مصرفکننده |
| جریان | آمپرمتر | سری در مدار |
| مقاومت | اهممتر | جدا از مدار |
روش صحیح اندازهگیری:
ولتاژ:
باتری ────┬─── لامپ ────
│
ولتمترجریان:
باتری ──── آمپرمتر ──── لامپ ────اشتباه رایج:
❌ هرگز آمپرمتر را مستقیم به باتری وصل نکنید! (اتصال کوتاه)
۹. کاربرد در زندگی روزمره
۱. انتخاب سیم صحیح:
- جریان بالا → سیم ضخیمتر (مقاومت کمتر)
- مثال: کولر گازی نیاز به سیم ۴ میلیمتر دارد
۲. محاسبه مصرف برق:
توان (وات) = ولتاژ (ولت) × جریان (آمپر)مثال: یخچال ۲۲۰V × ۱A = ۲۲۰ وات
۳. طراحی مدارهای ساده:
- تقسیم ولتاژ با مقاومت
- محدود کردن جریان LEDها
- ساخت مدارهای کنترل
۴. عیبیابی الکتریکی:
- اگر وسیله روشن نمیشود:
۱. ولتاژ ورودی را چک کن
۲. مقاومت وسیله را اندازهگیری کن
۳. جریان کشی را بررسی کن
۱۰. نتیجهگیری
خلاصه مقایسه:
| مفهوم | ولتاژ | جریان | مقاومت |
|---|---|---|---|
| تعریف | نیروی محرکه | مقدار برق | مانع حرکت |
| واحد | ولت (V) | آمپر (A) | اهم (Ω) |
| تشبیه | فشار آب | مقدار آب جاری | قطر لوله |
| خطر | شوک الکتریکی | سوختگی، مرگ | گرمای زیاد |
| کنترل | ترانسفورماتور | فیوز، قطعکننده | مقاومت متغیر |
فرمولهای کلیدی:
۱. V = I × R (قانون اهم)
۲. P = V × I (توان)
۳. I = P ÷ V (جریان از روی توان)
توصیه عملی:
۱. همیشه ولتاژ را قبل از کار چک کن
۲. برای هر وسیله سیم مناسب انتخاب کن
۳. مقاومت اضافی برای محافظت استفاده کن
۴. قبل از محاسبات، واحدها را یکسان کن
تمرین عملی:
سوال: یک بخاری برقی ۲۰۰۰ وات به برق ۲۲۰ ولت وصل است.
- جریان آن چقدر است؟
- اگر روزی ۴ ساعت روشن باشد، ماهیانه چند کیلوواتساعت مصرف میکند؟
(پاسخ: جریان ≈ ۹.۱ آمپر، مصرف ≈ ۲۴۰ کیلوواتساخت)
نویسنده: علیرضا برین
سطح: مبتدی
زمان مطالعه: ۸ دقیقه
آخرین بهروزرسانی: 1404/10/14
بازتاب: مدار سری و موازی: تفاوت + فرمولها + کاربرد عملی - برقی دانش آموزش برق