ولتاژ، جریان و توان

مقدمه

اولین قدم در یادگیری الکترونیک، درک مفهوم درستی از ولتاژ، جریان و توان می باشد. برای این منظور در این مقاله سعی خواهیم کرد به زبان ساده برخی از مفاهیم مناسب در این زمینه را بیان کنیم.

ولتاژ

ولتاژ عملاً فشاری است که باعث حرکت الکترون های باردار در یک مدار الکتریکی بسته می شود. واحد اندازه گیری ولتاژ، ولت بوده و با علامت V نمایش داده می شود. هر چه مقدار ولتاژ بالاتر باشد، این فشار بالاتر بوده و الکترون ها تمایل بیشتری برای حرکت دارند. به صورتیکه در ولتاژهای بسیار بالا (چند ده کیلو ولت) ممکن است الکترون ها حتی از مواد عایق مانند هوا هم عبور کنند. در این حالت، عبور الکترون ها به صورت جرقه قابل مشاهده است.

در کل دو نوع ولتاژ وجود دارد. 1- ولتاژ مستقیم؛ 2- ولتاژ متناوب. در ولتاژ مستقیم، پلاریته ثابت بوده و سر مثبت و منفی منبع تأمین کننده ولتاژ همواره ثابت است. در حالت متناوب عملاً پلاریته مثبت و منفی مرتباً بین دو سر منبع تأمین کننده عوض می شود. در شکل بعد، نمایی از این دو نوع ولتاژ را مشاهده می کنید.

ولتاژ مستقیم – در این نوع منابع، همیشه الکترون ها از سمت پایانه منفی به مثبت در حرکت هستند
ولتاژ متناوب – جهت حرکت الکترون ها در هر سیکل برعکس می شود

از منابع برق مستقیم می توان به تمامی باطری ها، آداپتورهای DC، ژنراتورهای DC و … اشاره کرد. از منابع ولتاژ متناوب می توان به برق شهر، اینورترها، خروجی ژنراتورهای AC، دینام و … اشاره کرد.

مدارات الکترونیکی، معمولاً فقط با ولتاژ مستقیم کار می کنند. هر چند در مواردی استثنا وجود دارد، ولی در تمام مقاله هایی که در اینجا به بررسی آن ها خواهیم پرداخت، محور تمام طراحی ها، ولتاژ مستقیم خواهد بود.

جریان

جریان نماینده میزان یا شدت حرکت الکترون ها در داخل یک رسانا می باشد. به این ترتیب، مشابه ولتاژ، جریان هم به دو نوع مستقیم و متناوب تقسیم می شود. به ازای یک مصرف کننده مشخص، با افزایش مقدار ولتاژ، جریان عبوری از مصرف کننده نیز افزایش می یابد. واحد اندازه گیری جریان آمپر می باشد. در مدارات برای نمایش جریان از علامت I استفاده می شود.

توان

مقدار انرژی منتقل شده به مصرف کننده و یا میزان انرژی مصرف شده در واحد زمان را توان می نامند. واحد آن وات بوده و با علامت W نمایش داده می شود. توان یک مصرف کننده مقاومتی ( مانند یک هیتر) به سادگی و با ضرب ولتاژ در جریان مصرفی به دست می آید. هنگامی که واحد جریان آمپر و واحد ولتاژ ولت باشد، توان به دست آمده بر حسب وات خواهد بود.

نکات آموزنده در مورد ولتاژ، جریان و توان

می توان این سه پارامتر را برای فهم ساده تر به صورت زیر بیان کرد. فرض کنید یک منبع آب در یک ارتفاع مشخص داریم. به این منبع یک لوله مطابق شکل بعد متصل است. ارتفاع آب داخل مخزن معادل ولتاژ و مقدار آب عبوری از لوله، معادل جریان می باشد. حجم آب خارج شده از لوله در واحد زمان هم معادل توان مصرفی می باشد.

قطر لوله نماینده مقاومت مصرف کننده می باش. به ازای قطر لوله مشخص، با افزایش ارتفاع آب، مقدار آب خارج شده افزایش می یابد. به این ترتیب، با افزایش ولتاژ، جریان و توان مصرفی افزایش می یابد. بنابراین اگر این منبع آب را معادل یک باطری با ظرفیت محدود در نظر بگیرید، با کاهش مقاومت مصرف کننده (معال با افزایش قطر لوله آب)، توان مصرفی افزایش یافته و منبع زودتر خالی می شود.

حتماً بسیاری از شما، به جای استفاده از باطری، از آداپتورهای با جریان مستقیم (مانند شارژ گوشی) استفاده کرده اید. بر روی آداپتورها دو پارامتر ذکر شده است؛ 1- ولتاژ خروجی و 2- حداکثر جریان خروجی. به این ترتیب با ضرب این دو پارامتر حداکثر توان قابل تحمل توسط آداپتور مشخص می شود. بنابراین با در نظر گرفتن این توان، هیچگاه مصرف کننده با توان مصرفی بالاتر از این مقدار را به آداپتور متصل نکنید. در صورتیکه مدار داخلی آداپتور شما در برابر اضافه بار حفاظت نشده باشد، این کار باعث سوختن آداپتور خواهد شد.

مقدار جریان نوشته شده بر روی این آداپتورها (یا منبع تغذیه)، حداکثر مقدار جریان قابل ارائه توسط آداپتور را نشان می دهد. فرض کنید شما یک آداپتور 5 ولت با جراین 1 آمپر (یا به عبارتی 1000 میلی آمپر) دارید. این بدان معنی نیست که اگر شما هر مصرف کننده ی 5 ولتی به این آداپتور متصل کردید، جریان 1 آمپر از آن عبور خواهد کرد! بلکه این جریان نشان دهنده ی این است که هیچ مصرف کننده ی 5 ولتی با جریان بالاتر از 1 آمپر نباید به این آداپتور متصل شود. به عبارت دیگر، جریان عبوری از مصرف کننده، به توان مصرف کننده بستگی دارد نه به منبع تغذیه. بنابراین اگر مصرف کننده شما یک مدار 5 ولتی با جریان 200 میلی آمپر باشد، در صورت اتصال به منبع تغذیه، فقط 20 درصد از ظرفیت منبع تغذیه استفاده خواهد شد.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *