آموزش اصطلاحات و مفاهیم اولیه برق به زبان ساده

آموزش برق به زبان ساده –  بار الکتریکی:

وجود بار الکتریکی سبب افزایش نیرو الکترواستاتیکی می‌شود:

بارها به یکدیگر نیرو اعمال می‌کنند، نیرویی که در گذشته شناخته شده ولی علتش نامعلوم بود.

یک گوی سبک که از یک نخ آویزان است، هنگام تماس با میله شیشه‌ای باردار که تحت مالش با

پارچه قرار گرفته، می‌تواند باردار شود. اگر گوی دیگری نیز با همان میله شیشه‌ای باردار شود،

گوی قبلی را دفع می‌کند: بار تلاش می‌کند تا دو گوی را از هم دور کند. دو گوی باردار شده به

وسیله میله پلاستیکی نیز یکدیگر را دفع می‌کنند. اما، اگر یک گوی به وسیله میله شیشه‌ای و

گوی دیگر به وسیله یک میله پلاستیکی باردار شود این دو گوی یکدیگر را جذب می‌کنند. شارل آگوستن

دو کولن این پدیده را در قرن هیجدهم کشف کرد. او استنباط کرد که بار الکتریکی خود را به دو شکل

نمایان می‌کند.

این کشف به قانون مشهوری منجر شد: اجسام با بار همنام یکدیگر را دفع و اجسام با بار غیر همنام یکدیگر را جذب می‌کنند.

این نیرو ذرات باردار را تحت تاثیر قرار می‌دهد، بنابرین بار تمایل دارد تا جای امکان به طور مساوی در

یک سطح هادی پخش شود. اندازه نیرو الکترومغناطیسی، چه جاذبه باشد و چه دافعه، با استفاده از

قانون کولن بدست می‌آید. مطابق این قانون، نیرو با حاصلضرب بار دو ذره در مجذور معکوس فاصله بین

آن دو متناسب است. نیروی الکترومغناطیس بسیار نیرومند است و در واقع بعد از نیروی هسته‌ای قوی،

نیرومندترین نیرو به شمار می‌آید، اما بر خلاف آن این نیرو در تمام فواصل اعمال می‌شود. در مقایسه با

نیروی گرانش، نیرو الکترومغناطسی که دو الکترون را دفع می‌کند، ۱۰۴۲ بار قویتر از نیروی جاذبه گرانشی بین آن دو است.

مطالعات نشان می‌دهند که منشأ بار انواع مخصوصی از ذرات زیراتمی هستند که ویژگی بار الکتریکی را دارند.

بار الکتریکی سبب تقویت نیروی الکترومغناطیسی می‌شود، که یکی از چهار نیروی بنیادی به حساب می‌آید.

آشناترین حاملان بار الکتریکی الکترون ها و پروتون ها هستند. تحقیقات حاکی از وجود قانون بقای بار الکتریکی

هستند و این بدان معناست که در یک سیستم ایزوله بدون توجه به هر تغییری که در سیستم روی دهد، مقدار

بار کلی آن ثابت می‌ماند. در یک سیستم ممکن است بار از جسمی به جسم دیگر منتقل شود که این اتفاق

می‌تواند به صورت تماس مستقیم باشد، یا با عبور از یک ماده رسانا مانند سیم، روی دهد. واژه الکتریسیته

ساکن به وجود بار روی یک جسم، گفته می‌شود که اغلب هنگام مالش در ماده غیرهمسان به یکدیگر ایجاد

می‌شود و بار از یکی به دیگری انتقال می‌یابد.

بار الکترون و پروتون مخالف همند، بنابرین مقدار بار ممکن است مثبت یا منفی باشد. طبق قرارداد باری

که به وسیله الکترون‌ها حمل می‌شود منفی و باری که به وسیله پروتون‌ها حمل می‌شود مثبت است،

این موضوع از تلاش‌های بنجامین فرانکلین سرچشمه گرفته است. اندازه بار را با علامت Q نشان می‌دهند

که واحدش کولن است. هر الکترون حدوداً بار −۱٫۶۰۲۲×۱۰−۱۹ کولن را حمل می‌کند. بار پروتون نیز معادل

الکترون بوده ولی علامتش مثبت می‌باشد، یعنی ۱٫۶۰۲۲×۱۰−۱۹ کولن. بار تنها به وسیله ماده جذب نمی‌شود،

بلکه در پادماده نیز، هر پادذره باری هم اندازه و مخالف ذره مربوطه‌اش تحمل می‌کنند.

بار را می‌توان به وسیله ابزار گوناگونی سنجید، یک ابزار جدید برای سنجش بار الکتروسکوپ نام دارد،

که اگرچه هنوز در کلاس‌های درسی به کار می‌رود، جایگزین برق سنج الکترونیکی شده است.

آموزش برق به زبان ساده

جریان الکتریکی:

حرکت بارهای الکتریکی را جریان الکتریکی گویند که شدت آن با واحد آمپر سنجیده می‌شود.

جریان می‌تواند شامل حرکت هر ذره بارداری باشد؛ که اکثراً الکترون‌ها هستند ولی هر بار در حال حرکتی،

یک جریان به حساب می‌آید.

مطابق قرارداد تاریخی، جریان مثبت مسیری را که هر بار مثبت شامل شده‌ای طی کند، می‌پیماید

یا از مثبت ترین بخش یک مدار به منفی ترین بخشش انتقال می‌یابد. جریانی که از این الگو پیروی کند،

جریان قراردادی نام دارد. بنابرین حرکت الکترون‌های دارای بار مخالف در یک مدار الکتریکی، یکی از آشناترین

اشکال جریان، در خلاف جهت حرکت الکترون‌ها، مثبت فرض می‌شود. اما، بر اساس شرایط، یک جریان الکتریکی

می‌تواند شامل یک جریان از ذرات باردار، هم در یک مسیر و هم در هر دو مسیر باشد. قرارداد مثبت به

منفی برای ساده‌سازی این شرایط وضع شده است.

فرایندی که در آن جریان الکتریکی از مواد عبور می‌کند با واژه رسانایی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد،

و طبیعت آن با ذرات باردار و ماده‌ای که به وسیله آن جابجا می‌شوند، متفاوت است. مثال‌هایی برای جریان الکتریکی

شامل رسانای فلزی، که الکترون‌ها در رسانایی مانند فلزات جریان می‌یابند و برق‌کافت می‌شود، که در آن یون‌ها

(اتم های باردار) در مایعات یا پلاسماهایی مانند جرقه‌های الکتریکی جریان می‌یابند. در حالی که ذرات به خودی

خود کندند، و گاهی اوقات با سرعت رانش میانگین یک میلیمتر در ثانیه پیش می‌روند، میدان الکتریکی که آن‌ها

را پیش می‌برد، سرعت آن‌ها را به نزدیکی سرعت نور می‌رساند و سیگنال‌های الکتریکی را قادر می‌سازد که

با سرعت سیم ها را بپیمایند.

جریان دارای چند تاثیر قابل مشاهده است که به طور تاریخی ابزاری برای شناسایی وجودش به شمار می‌رود. جریان می‌تواند آب را تجزیه کند و این موضوع در سال ۱۸۰۰ میلادی به وسیله ویلیام نیکولسون و آنتونی کارلیسله کشف شد و امروزه آن را با نام برق‌کافت می‌شناسیم. در سال ۱۸۳۳ میلادی، مایکل فارادی راه آنان را به خوبی ادامه داد.

جریان در یک مقاومت الکتریکی سبب تجمع گرما در مقاومت می‌شود. در سال ۱۸۴۰ میلادی، این اثر را جیمز ژول از نظر ریاضی مورد مطالعه قرار داد. یکی از مهمترین اکتشافات مرتبط با جریان به طور اتفاقی در سال ۱۸۲۰ میلادی به وسیله هانس کریستین اورستد صورت گرفت.

این اتفاق زمانی روی داد که هنگام آماده کردن سخنرانی خود، او مشاهده کرد که جریان در یک سیم سوزن قطب‌نما را به حرکت در می‌آورد. او الکترومغناطیس را که یک تعامل اساسی بین الکتریسیته و مغتاطیس بود، کشف کرد.

میزان انتشار الکترومغناطیسی تولید شده به وسیله قوس الکتریکی برای تولید تداخل الکترومغناطیسی کافیست که می‌تواند برای صدمه دیدن وسایل مجاور، مضر باشد.

در وسایل مهندسی یا خانگی جریان به دو دسته مستقیم و متناوب تقسیم می‌شود. این واژه‌ها به تغییرات جریان در بازه زمانی اشاره دارد. جریان مستقیم، برای مثال از یک باتری گرفته می‌شود و بیشتر لوازم الکترونیکی بدان نیاز دارند.

این جریان یک سویه بوده که از قسمت مثبت مدار به قسمت منفی جریان می‌یابد. اگر این جریان به وسیله الکترون‌ها حمل شود، جهت جریان در خلاف جهت گفته شده خواهد بود. جریان متناوب جریانیست که به طور مکرر جهت جریانش تغییر می‌کند.

این تغییر اغلب به شکل یک موج سینوسی است. بنابرین، جریان متناوب دارای پالس عقب و جلو بوده و در یک رسانا بدون حرکت بارها جریان تولید می‌کند.

ارزش میانگین زمانی یک جریان متناوب صفر است، اما این جریان انرژی را در یک مسیر می‌رساند و سپس تغییر جهت می‌دهد. جریان متناوب تحت تاثیر ویژگی‌های الکتریکی در شرایط پایدار جریان مستقیم، مانند القاوری و ظرفیت خازنی قرار می‌گیرد. این ویژگی‌ها زمانی مهم می‌شوند که شدت جریان گذرا باشد.

آموزش برق به زبان ساده

میدان الکتریکی:

مفهوم میدان الکتریکی توسط مایکل فارادی مطرح شد. میدان الکتریکی در اطراف جسم باردار شکل می‌گیرد و به تمام ذرات باردار درون میدان نیرو وارد می‌کند.

میدان الکتریکی بین دو بار، مشابه میدان جاذبه بین دو جرم عمل می‌کند و مانند آن در فضای بی‌نهایت گسترش می‌باید و یک رابطه مجذور معکوس با فاصله نشان می‌دهد. اما، یک فرق اساسی در این بین وجود دارد.

میدان جاذبه همیشه در نقش جذب کننده عمل می‌کند و می‌کوشد تا دو جسم را به یکدیگر برساند، در حالی که میدان الکتریکی می‌تواند هم سبب جذب شود و هم دفع.

از آن جا که اجسام بزرگ مانند سیاره‌ها دارای بار خالص نیستند، اغلب میدان الکتریکی در اطراف آنها صفر است؛ لذا با وجود اینکه نیرو جاذبه بسیار ضعیفتر است، در گیتی نیروی غالب به شمار می‌آید.

میدان الکتریکی به طور عمومی در فضا متغیر است و شدت آن در هر نقطه با نیرویی مشخص می‌شود که به وسیله هر بار اندک ثابتی احساس می‌گردد.

بار فرضی که ذره آزمون نام دارد، بسیار کوچک است تا میدان الکتریکی آن با میدان الکتریکی اصلی تداخل نداشته باشد و همچینی ثابت است تا از تأثیر میدان‌های مغناطیسی جلوگیری کند.

از آن جا که میدان الکتریکی با واحد نیرو شناسایی می‌شود، و نیرو نیز یک بردار اقلیدسی است، درنتیجه یک میدان مغناطیسی یک بردار است که هم شدت دارد و هم مسیر. در واقع این یک میدان برداری است.

مطالعه میدان الکتریکی حاصل از بارهای ثابت الکتریسیته ساکن نام دارد. میدان به وسیله مجموعه‌ای از خطوط فرضی نمایش داده می‌شود که در هر نقطه از میدان مسیر آن را نمایش می‌دهند.

این مفهوم به وسیله فارادی مطرح شد، که واژه خطوط میدانی که او بیان کرده بود، هنوز نیز کاربرد دارد. خطوط میدان مسیرهایی هستند که یک بار مثبت نقطه‌ای هنگامی که بدان نیرو وارد می‌شود، آن مسیرها را طی می‌کند.

به هر حال، آن‌ها یک مفهوم ذهنی هستند و واقعیت فیزیکی ندارند و میدان به فضای بین خطوط نفوذ دارد. خطوط میدان ناشی از بارهای ساکن چند ویژگی کلیدی دارند: اولاً، آنها از بارهای مثبت سرچشمه می‌گیرند و به بارهای منفی ختم می‌شوند.

ثانیاً، باید با زاویه‌ای قایم وارد اجسام رسانا شوند، ثالثاً، هرگز یکدیگر را قطع نمی‌کنند.

یک جسم رسانای توخالی تمام بارش را در سطح خارجی خود نگه می‌دارد. در نتیجه میدان در تمام نقاط داخل جسم صفر است.

این موضوع نقش اصلی را در قفس فاراده بازی می‌کند، این قفس یک پوسته فلزی رساناست که فضای داخلی خود را از تأثیرات الکتریکی خارجی جدا می‌کند. نقش الکتریسیته ساکن در طراحی آیتم‌های وسایل ولتاژ بالا پر رنگ است.

برای شدت میدان الکتریکی که یک جسم متوسط می‌تواند تحمل کند، محدودیتی وجود دارد. فراتر از این نکته، شکست الکتریکی رخ می‌دهد و قوس الکتریکی سبب ایجاد صاعقه بین دو قسمت باردار می‌شود. برای مثال، هوا تمایل دارد با عبور دادن قوس الکتریکی و ایجاد شکاف، شدت میدان الکتریکی را به بیش از ۳۰ کیلوولت بر سانتی‌متر برساند.

در شکاف‌های بزرگتر، شدت شکست ضعیفتر است و شاید یک کیلوولت در هر سانتیمتر باشد. مهمترین رویداد قابل مشاهده آن، آذرخش است، و زمانی اتفاق می‌افتد که با افزایش ستون‌های هوا، بارها در ابرها جدا شوند و میدان الکتریکی هوا را افزایش دهند تا از حد تحمل، تجاوز کند. ولتاژ آذرخش‌های بزرگ می‌تواند به بزرگی ۱۰۰ مگاولت باشد و انرژی به بزرگی ۲۵۰ کیلووات ساعت را تخلیه کند.

شدت میدان تا حد زیادی تحت تأثیر اجسام رسانای نزدیک میدان قرار دارد و در اشیای نوک تیز تشدید می‌شود. از این موضوع در برقگیرها استفاده می‌شود که آذرخش، با استفاده از تیر نوک تیز مهار می‌شود تا ساختمان تحت محافظت، از صدمه دیدن در امان بماند.

آموزش برق به زبان ساده

پتانسیل الکتریکی:

مفهوم پتانسیل الکتریکی با میدان الکتریکی ارتباط نزدیکی دارد. به بار کوچکی که در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرد، نیرو وارد می‌شود، و برای حرکت دادن این بار بر خلاف نیرویی که بدان وارد می‌شود، به کار نیازمندیم.

پتانسیل الکتریکی در هر نقطه میزان انرژی لازم برای آوردن بار آزمون از فاصله بی‌نهایت دور به آن نقطه است. واحد آن اغلب ولت است، و یک ولت، پتانسیلی است که با استفاده از یک ژول کار می‌توان یک بار یک کولنی را از فاصله بینهایت دور به یک نقطه آورد.

توصیح پتانسیل اگرچه رسمی است، کاربرد چندان ندارد، و مفهوم کاربردی‌تر، اختلاف پتانسیل الکتریکی است که به انرژی لازم برای به حرکت در آوردن بار آزمون بین دو نقطه مشخص گفته می‌شود.

میدان الکتریکی درای ویژگی مخصوصی است و آن اینست که پایستار است، و این بدان معناست که به مسیری که بار می‌پیماید وابسته نیست:

تمام مسیرهای بین دو نقطه به انرژی یکسانی نیاز دارند، و بنابرین یک مقدار منحصر به فرد برای اختلاف پتانسیل مورد نیاز است. یکای ولت به عنوان واحد اندازه‌گیری و توصیف اختلاف پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ شناخته می‌شود.

برای اهداف کاربردی، بهتر است نقطه‌ای را به عنوان مبدا انتخاب کنیم و پتانسیل را با توجه به آن اندازه‌گیری و مقایسه کنیم. مبدا خیلی مناسب می‌تواند زمین الکتریکی باشد، که فرض بر اینست که در تمام نقاط پتانسیلش یکسان است.

نام نقطه مبدا زمین الکتریکی است. زمین به عنوان منبا بی پایان از بارهای معادل مثبت و منفی فرض می‌شود و به همین دلیل از نظر الکتریکی خنثی و غیر قابل باردار شدن است.

پتانسیل الکتریکی یک کمیت اسکالر است، به همین دلیل تنها اندازه دارد و فاقد جهت می‌باشد. پتانسیل الکتریکی مشابه بلندی است: همانطور که یک جسم رها شده به دلیل اختلاف ارتفاع به وسیله میدان جاذبه به سمت پایین سقوط می‌کند، بار الکتریکی نیز به دلیل اختلاف پتانسیل ناشی از میدان مغناطیسی سقوط می‌کند.

همانطور که در نقشه‌های موجود، خطوط کانتوری نقاط هم ارتفاع را نشان می‌دهند، می‌توان مجموعه خطوطی که نقاط هم پتانسیل را نشان می‌دهند (با نام خطوط هم‌پتانسیل شناخته می‌شود)، پیرامون یک جسم دارای بار الکترومغناطیسی رسم کرد.

خطوط هم‌پتانسیل با تمام خطوط نیرو زاویه قائم می‌سازند. همچنین آن‌ها با سطح رسانای الکتریکی موازی اند، در غیر این صورت نیرویی تولید می‌شود که حاملان بار را به سطح پتانسیل می‌برد.

میدان الکتریکی به طور رسمی به عنوان نیرو وارده به واحد بار تعریف می‌شود، اما مفهوم پتانسیل اجازه استفاده از تعریفی مفیدتر و معادل را می‌دهد:

میدان الکتریکی گرادیان مکانی پتانسیل الکتریکیست. واحدش اغلب ولت بر متر بوده، جهت بردار میدان، بزرگترین شیب پتانسیل و جایی است که خطوط هم‌پتانسیل در نزدیکترین حالت قرار دارند.

آموزش برق به زبان ساده

آهنربای الکتریکی:

کشف اورستد در سال ۱۸۲۱ میلادی در این باره که پیرامون سیم‌های حامل جریان الکتریکی میدان مغناطیسی وجود دارد، نشان داد که بین الکتریسیته و مغناطیس رابطه‌ای مستقیم وجود دارد.

بعلاوه، به نظر می‌رسید این فعل و انفعال با نیروی جاذبه و الکتریکی (دو نیروی طبیعت که تا آن زمان شناخته شده بودند)، متفاوت است. نیرویی که به سوزن قطب‌نما وارد می‌شد آن را نه به سیم حامل جریان نزدیک و نه آن را دور می‌کرد، اما با آن زاویه قائم می‌ساخت.

واژه‌های نسبتاً ناآشنای اورستد این بود: “تضاد الکتریکی به روشی چرخشی عمل می‌کند.” این نیرو همچنین به جهت جریان نیز بستگی داشت، یعنی اگر جهت جریان برعکس می‌شد، جهت نیرو نیز معکوس می‌گشت.

اورستد اکتشاف خود را به طور کامل متوجه نشد، اما مشاهده کرد که آثار متقابل بودند: جریان به آهنربا نیرو و آهنربا به جریان نیرو وارد می‌کنند. بعدها آندره ماری آمپر این پدیده را بررسی کرد.

او کشف کرد که دو سیم موازی حامل جریان به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. دو سیم که جهت جریانشان یکسان است، یکدیگر را جذب می‌کنند و دو سیم که جهت جریانشان مخالف هم است یکدیگر را دفع می‌کنند.

این فعل و انفعال به واسطه میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که هر جریان تولید می‌کند و اساس تعریف جهانی آمپر را شکل می‌دهد.

موتور الکتریکی از یک اثر مهم در الکترومغناطیس استفاده می‌کند: جریان در میدان مغناطیسی نیرویی عمود بر میدان و جریان تجربه می‌کند.

رابطه بین میدان‌های مغناطیسی و جریان بسیار مهم است، زیرا سبب شد تا مایکل فارادی در سال ۱۸۲۱ میلادی، موتور الکتریکی را اختراع کند. موتور تک‌قطبی فارادی از یک آهنربا قرار گرفته داخل مخزن جیوه تشکیل می‌شد.

جریان به وسیله سیمی آویزان از محور بالای آهنربا و غوطه‌ور در جیوه برقرار می‌شد. آهنربا نیرویی مماسی بر سیم وارد می‌کرد و برای اینکه جریان برقرار شود، آن را پیرامون آهنربا می‌پیچاند.

آزمایش‌های فارادی در سال ۱۸۳۱ میلادی نشان داد در سیمی که عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، بین دو نقطه نهایی آن اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود.

آنالیزهای متعاقب این فرایند، که با نام القای الکترومغناطیسی مشهور است، او را قادر ساخت تا قانون مشهور القای فارادی را بیان کند، قانونی که مطابق آن اختلاف پتانسیل مدار بسته، متناسب با تغییرات شار مغناطیسی حلقه است.

استفاده از این کشف، او را قادر ساخت تا اولین مولد الکتریکی را در سال ۱۸۳۱ میلادی اختراع کند، مولدی که انرژی مکانیکی دیسک مسی در حال چرخش را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کرد.

دیسک فارادی هیچ استفاده عملی نداشت، ولی نشان داد که می‌توان با استفاده از مغناطیس نیروی الکتریکی تولید کرد، امکانی که می‌توان آن را با پی روی از کارهای او بهبود بخشید.

الکتروشیمی:

فیزیکدان ایتالیایی، آلساندرو ولتا، باتری خود را به امپراتور فرانسه، ناپلئون بناپارت نشان می‌دهد.

توانایی واکنش شیمیایی برای تولید الکتریسیته و به طور برعکس توانایی الکتریسیته برای پیش بردن واکنش شیمیایی استفاده‌های فراوانی دارد.

الکتروشیمی همواره بخش مهمی از الکتریسیته بوده است. از زمان اختراع پیل ولتایی، پیل‌های الکتروشیمیایی وارد انواع مختلف باتری‌ها، پیل‌های آبکاری و برق‌کافت شده است.

با این روش آلومینیم در حجم بزرگ تولید شد، و انرژی بسیاری از وسایل قابل حمل با استفاده از پیل‌های قابل شارژ تامین شد.

آموزش برق به زبان ساده

مدارهای الکتریکی:

یک مدار الکتریکی اتصالی داخلی از اجزای الکتریکی است تا بارهای الکتریکی در مسیر بسته به منظور هدفی معین جریان یابند.

اجزای یک مدار الکتریکی می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد، که می‌تواند شامل عناصری چون مقاومتها، خازنها، کلیدها، ترانسفورماتورها وسایل الکترونیکی می‌باشد.

مدارهای الکتریکی حاوی اجزای فعال به ویژه نیم‌رساناها می‌باشند و رفتاری غیر خطی نشان می‌دهند که نیازمند آنالیز پیچیده‌ای است. سادهترین اجزای الکتریکی آنهایی هستند که نامشان غیرفعال و خطی اند:

اگرچه ممکن است به طور موقت انرژی را ذخیره کنند، ولی شامل هیچ منبعی از آن نمی‌شوند و به تحریک‌ها، پاسخ‌های خطی می‌دهند.

شاید مقاومت ساده‌ترین عنصر غیرفعال مدار باشند:

همان‌طور که نامش نشان می‌دهد، او در مقابل جریان مقاونت نشان می‌دهد و انرژی را به صورت گرما به هدر می‌دهد. مقاومت حاصل حرکت بار در یک رساناست:

برای مثال، ر فلزات، مقاومت ناشی از برخورد بین الکترون‌ها و یون‌هاست. قانون اهم قانون ابتدایی نظریه مدارها می‌باشد و بیان می‌کند که جریان گذرا از یک مقاومت، با اختلاف پتانسیل دو سر آن متناسب است. مقاومت بیشتر مواد در طیف‌های مختلف دما و جریان تقریباً ثابت است؛ موادی که از این شرایط پیروی می‌کنند، مواد «اهمی» نام دارند.

اهم، واحد مقاومت بوده و به افتخار گئورگ زیمون اهم انتخاب شده است و علامتش با توجه به حروف یونانی، به شکل Ω است. یک Ω مقاومتی است که در پاسخ به جریان یک آمپری، اختلاف پتانسیل یک ولتی ایجاد می‌کند.

خازن حاصل توسعه بطری لیدن است و وسیله‌ایست که می‌تواند بار را ذخیره کند، او بدین وسیله انرژی الکتریکی را در میدان حاصل ذخیره می‌کند. از دو صفحه رسانا ساخته شده که به وسیله یک عایق دی‌الکتریک از یکدیگر جدا شده‌اند.

در عمل، ورقه‌های فلزی نازک به یکدیگر چسبیده‌اند تا سطح تماس در واحد حجم و در نتیجه ظرفیت خازنی را افزایش دهند. واحد ظرفیت خازن فاراد است، که بعد از مایکل فارادی این نام اختصاص داده شد و با علامت F نشان داده می‌شود:

یک فاراد عبارتست از اختلاف پتانسیل یک ولتی حاصله به هنگام ذخیره یک کولن بار الکتریکی در خازن. یک خازن متصل به منبع تغذیه در ابتدا به این دلیل که بار الکتریکی انباشته می‌کند، جریانی ایجاد می‌نماید.

این جریان رفته رفته با پر شدن خازن کم می‌شود و در انتها به صفر می‌رسد؛ لذا یک خازن جریان شرایط پایدار ایجاد نمی‌کند، بلکه مسیر آن را می‌بندد.

القاگر یک رساناست که اغلب به شکل سیم پیچ است و در میدان مغناطیسی حاصل از جریان عبوری انرژی ذخیره می‌کند. زمانی که جریان تغییر می‌کند، میدان مغناطیسی و همچنین ولتاژ بین دو سر رسانا نیز دچار تغییر و تحول می‌گردد.

ولتاژ حاصله با مشتق زمانی جریان متناسب است. ثابت تناسب آندوکتانس نام دارد. واحد آندوکتانس هانری است که به افتخار جوزف هانری، هم دوره فارادی انتخاب شده است. یک هانری آندوکتانسی است که اگر جریان گذرا از آن القاگر در هر ثانیه یک آمپر تغییر کند، اختلاف پتانسیل یک ولتی را ایجاد می‌کند.

از برخی جهات رفتار القاگر برعکس خازن است: القاگر به جریان نامتغیر اجازه می‌دهد اما در مقابل جریان در حال تغییر ایستادگی می‌کند.

آموزش برق به زبان ساده

توان الکتریکی:

توان الکتریکی مقدار انرژی الکتریکی است که به وسیله مدار الکتریکی جابجا می‌شود. واحد توان در دستگاه بین‌المللی یکاها وات است. یک وات معادل یک ژول بر ثانیه است. توان الکتریکی مانند توان مکانیکی، سرعت انجام کار است.

با واحد وات سنجیده و با حرف P نمایش داده می‌شود. توان الکتریکی تولید شده به وسیله یک جریان الکتریکی، برابر است با بار Q که در هر t ثانیه از اختلاف پتانسیل V عبور می‌کند.

در این رابطه Q بار الکتریکی با واحد کولن T زمان با واحد ثانیه I جریان الکتریکی با واحد آمپر V ولتاژ با واحد ولت تولید انرژی الکتریکی اغلب به وسیله مولد الکتریکی صورت می‌گیرد، اما این اتفاق می‌تواند به وسیله باتریهای شیمیایی یا سایر انواع متنوع منابع انرژی نیز اتفاق افتد. توان الکتریکی لازم برای کسب و کار و استفاده خانگی به وسیله صنعت نیرو تولید می‌شود.

واحد فروش برق کیلووات ساعت (۳٫۶مگاژول) است که حاصل ضرب نیرو با واحد کیلووات در زمان با واحد ساعت است. شرکت‌های برق، میزان الکتریسته مصرفی را به وسیله کنتور اندازه‌گیری می‌کنند، که انرژی الکتریکی مصرفی مشتریان را نمایش می‌دهد.

آموزش برق به زبان ساده

الکترونیک:

الکترونیک با مدارهای الکتریکی در ارتباط است که شامل اجزای الکتریکی فعال مانند لامپ‌های خلا، ترانزیستورها، دیودها و مدارهای مجتمع می‌شود و با تکنولوژی‌های اتصال داخلی غیرفعال در ارتباط است.

رفتار غیرخطی اجزای فعال و توانایی آنها در کنترل جریانهای الکترونی، سیگنال‌های ضعیف را تقویت می‌کند و در پردازش اطلاعات، مخابرات و پردازش سیگنال استفاده گسترده‌ای از الکترونیک صورت می‌گیرد.

توانایی وسایل الکترونیک در عمل کردن به عنوان مدار امکان پردازش اطلاعات را فراهم می‌سازد. تکنولوژی‌های اتصال داخلی مانند فیبرهای مدار چاپی، تکنولوژی بسته‌بندی الکترونیک، و سایر انواع متنوع وسایل ارتباطی، قابلیت مدار را کامل کرده و اجزای مخلوط را به شکل یک سامانه کارآمد تبدیل کرده است.

الکترونیک از علم و تکنولوژی الکتریکی و الکترومکانیکی فاصله گرفته است، که با ژنراتور، توزیع، انتقال، ذخیره

و تبدیل انرژی الکتریکی به سایر اشکال انرژی و برعکس، با استفاده از ابزاری چون سیم‌ها، موتورهای الکتریکی، باتری‌ها، کلیدها، رله‌ها، ترانسفورماتورها، مقاومت‌ها و سایر اجزای غیرفعال است.

این تمایز از سال ۱۹۰۶ و با اختراع ترایود به وسیله لی دفارست آغاز شد که تقویت سیگنال‌های رادیویی و شنیداری ضعیف بدون ابزار غیر مکانیکی صورت گرفت. قبل از ۱۹۵۰ نام این رشته “تکنولوژی رادیویی” بود زیرا کاربرد اصلی آن در طراحی و تحلیل فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی و لامپ‌های خلا بود.

امروزه، بسیاری از وسایل الکترونیکی به منظور کنترل الکترونی از مواد نیم‌رسانا استفاده می‌کنند. مطالعه وسایل نیم‌رسانا و تکنولوژی مرتبط با آن‌ها شاخه‌ای با نام فیزیک حالت جامد ایجاد کرده است، در حالی که طراحی و ساخت مدارهای الکتریکی برای حل مشکلات عملی در زیرشاخه مهندسی الکترونیک قرار دارد.

آموزش برق به زبان ساده

ولتاژ چیست؟ 

دانستیم هرگاه الکترون ها در یک هادی در مسیر مشخصی به حرکت در آیند جریان الکتریکی ایجاد می شود. اما الکترون ها بدون دریافت نیرو و انرژی از مدار گردش بدور هسته خارج نمی شوند.

بنابراین برای تولید جریان نیاز به یک نیرو داریم که آن را از منابع تولید نیرو مانند باتری می گیریم. به عبارت ساده تر نیروی لازم جهت ایجاد جریان ولتاژ نام دارد که واحد اندازه گیری آن ولت است.

چگونه می توان ولتاژ تولید کرد؟ 

این سؤال پاسخ سؤال دیگری نیز می تواند باشد که همان روش های تولید الکتریسیته است.

می دانیم که انرژی تولید نمی شود بلکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می گردد.

از آن جایی که الکتریسیته هم انرژی است پس باید تبدیل شده انرژی های دیگر باشد. انرژی هایی که به صورت متعارف برای تولید برق به کار می رود عبارتند از:

انرژی شیمیایی در باتری ها – انرژی مغناطیسی در ژنراتورها – انرژی نورانی در باتری های خورشیدی – انرژی حرارتی در ترموکوپل ها – انرژی ضربه ای در پیزو الکتریک و ….

مقاومت چیست؟ 

الکترون ها در هادی به راحتی نمی توانند حرکت کنند زیرا در مسیر حرکت آن ها موانعی وجود دارد که به طور ساده آن ها را مقاومت هادی در برابر عبور جریان می گوییم .

هر چه قدر این موانع کمتر باشد عبور جریان بهتر صورت می گیرد و می گوییم جسم هادی بهتری است.

مقاومت چیست؟

این موضوع نخستین بار توسط سیمون اهم یک فیزیکدان آلمانی مطرح شد. به همین دلیل واحد اندازه گیری مقاومت اهم است.

منظور از مدار الکتریکی چیست؟ 

حال با دانستن سه فاکتور اساسی در برق (جریان، ولتاژ و مقاومت) مدار الکتریکی را تعریف می کنیم:

هر مدار الکتریکی یک مجموعه از تولید کننده برق – مصرف کننده آن و سیم های ارتباطی بین این دو است.

آموزش برق به زبان ساده

چند نوع مدار الکتریکی داریم؟ 

دو نوع مدار الکتریکی وجود دارد مدار الکتریکی باز که در آن ارتباط بین تولید کننده در نقطه یا نقاطی قطع است و در نتیجه جریان در مدار وجود ندارد و مدار الکتریکی بسته که مسیر عبور جریان کامل است و مصرف کننده از تولید کننده انرژی دریافت کرده و آنرا به صورت های دیگر تبدیل می کند مانند یک لامپ که برق را به نور تبدیل می کند.

منظور از اتصالی در یک مدار یا اتصال کوتاه چیست؟ 

هرگاه در یک مدار بسته جریان از مسیری به غیر از مصرف کننده بگذرد و مقدار آن زیاد تر از حد مجاز باشد این وضعیت را اتصال کوتاه می گوئیم.

در حالت اتصال کوتاه سیم کشی مدار و تولید کننده برق در معرض آسیب جدی قرار می گیرند زیرا جریان مدار بسیار زیاد شده و باعث داغ شدن سیم کشی و اضافه بار شدن منبع تولید کننده برق می گردند در نتیجه اتصال کوتاه باید سریعا و بصورت خودکار قطع شود که این وظیفه به عهده فیوز است.

اساس کار فیوز چیست؟ 

فیوز یک عنصر حفاظتی در مدار است که هرگونه اضافه جریانی را که بیشتر از مقدار نوشته شده روی فیوز باشد تشخیص داده و آن را سریع قطع می کند.

فیوز برق

بدین صورت که جریان اضافه سبب تولید گرما در فیوز شده و یک سیم حساس به حرارت را که در مسیر عبور

جریان و در داخل فیوز قرار دارد ذوب می کند و در نتیجه مسیر عبور جریان قطع شده و اتصال کوتاه بطور موقت

برطرف می شود اما تا زمانی که عامل ایجاد کننده اتصال کوتاه مرتفع نگردد عوض کردن فیوز فایده ای ندارد.

آموزش برق به زبان ساده

خطرات ناشی از برق کدامند؟ 

خطراتی که از برق ناشی می شوند عموماً به دو دسته خطرات آتش سوزی و خطرات برق گرفتگی تفسیم می شوند.

در صورتی که در یک مدار الکتریکی اتصال کوتاه پیش آید و برطرف نشود جریان مدار بشدت افزایش یافته و حرارت زیادی

تولد می کند. این حرارت سبب آتش گرفتن عایق سیم ها و گسترش آن به مواد آتش گیر دیگر است. خطر ناشی از

برق گرفتگی مستقیماً شخص را تهدید می کند.

جریان خطا چیست و چند نوع است؟ 

در صورتی که در مدار الکتریکی جریان از مسیر درست خود جاری نشود آن را جریان خطا می گویند.

این جریان ممکن است از طریق اتصال بدنه به زمین جاری شود یا از مدار اصلی بگذرد که میزان آن

بیشتر از حد مشخص مدار است که آن را اتصال کوتاه یا اضافه بار گویند. در حالت اتصال کوتاه دو

نقطه ای از مدار که نسبت به هم دارای ولتاژ هستند به هم اتصال می یابند (توسط یک مقاومت

بسیار کوچک) و در حالت اضافه بار تعداد مصرف کننده ها بیشتر از مقدار مجاز آن ها می شود.

منظور از برق گرفتگی چیست؟ 

اگر جریان برق از بدن انسان یا حیوان بگذرد برق گرفتگی ایجاد می شود. ممکن است اندازه جریان

عبوری از بدن محسوس نباشد که در این صورت برق گرفتگی قابل تشخیص نیست. اما در صورتی

که میزان جریان عبوری زیاد شود ابتدا شوک به بدن وارد می شود و در صورت زیادتر شدن جریان سبب

قطع ضربان قلب – ایست تنفس و در نهایت مرگ مغزی می شود.

آسیب های برق گرفتگی

اندازه جریان و ولتاژ مجاز چقدر است؟ 

برای جریان متناوب ۱۵ میلی آمپر و برای جریان مستقیم ۶۰ میلی آمپر – ولتاژ متناوب ۶۵ ولت و ولتاژ مستقیم ۴۵ ولت است.

توان الکتریکی چیست؟
اصولاً توان به معنی سرعت تبدیل انرژی است. در دستگاه هایی که برای تبدیل انرژی به کار می روند

هر چقدر این سرعت بیشتر باشد قدرت دستگاه نیز بیشتر است. مثلاً در ژنراتور توان بیشتر نشان

دهنده تولید انرژی برقی بیشتری است. در مصرف کننده ها نیز همین موضوع صدق می کند.

لامپی که توان بیشتری دارد نور زیادتری هم تولید می کند.

توان را چگونه محاسبه کنیم؟ 

سرعت تبدیل انرژی از تقسیم مقدار آن بر زمانی که آن انرژی تبدیل شده بدست می آید.

(انرژی الکتریکی از حاصل ضرب ولتاژ در جریان در زمان بدست می آید). اگر میزان انرژی را بر زمان

تقسیم کنیم می ماند حاصل ضرب ولتاژ مدار در جریان آن که این همان رابطه توان است (توان = ولتاژ × جریان).

البته این رابطه فقط برای مدارهای DC صدق می کند و در مدارات AC رابطه دیگری دارد که بعداً به آن می پردازیم.

آموزش برق به زبان ساده

واحد و دستگاه اندازه گیری توان چیست؟
توان با واحد وات Waat و در مقادیر بالاتر با کیلو وات و مگاوات سنجیده می شوند که توسط وات متر اندازه گیری می شود.

ادارات برق چگونه بهای برق مصرفی ! را محاسبه می کنند؟ 

در همه انشعابات؛ کنتور میزان انرژی تحویلی به مصرف کننده ها را اندازه می گیرد و توسط شماره هایی

نشان می دهد. این شماره ها بر حسب کیلو وات ساعت است. برای دانستن میزان مصرف یک ماه:

شماره ماه قبل را از شماره جدید کسر می کنند هم چنین هر مشترک مؤظف است در ماه مبلغی

را بهدعنوان حق اشتراک که ارتباطی به میزان مصرف ندارد بپردازد.

روش محاسبه قبض برق

به عبارت دیگر شما هرچقدر برق مصرف کنید یک مبلغ ثابت ماهیانه بنام حق آبونمان به آن اضافه می شود.

بهای برق مصرفی هم از حاصل ضرب مصرف یک ماه در بهای هر کیلو وات ساعت بدست می آید که در آخر به

آن آبونمان و نیز مالیات صدا و سیما اضافه می شود. که آخرین مورد هیچ نفعی برای اداره برق ندارد.

چرا نرخ برق به صورت تصاعدی حساب می شود؟ 

این امر به منظور تشویق مشترکین به مصرف کمتر می باشد. البته مصرف کمتر سبب کاهش بار نیروگاه ها و

پست های توزیع می شود و این خود باعث کمتر روشن ماندن ژنراتورها و پایین آمدن هزینه می شود. البته در

کشورهای پیشرفته به علت فراوانی نیروگاه ها هزینه روشن کردن مجدد ژنراتور زیادتر از خاموش ماندن آن است

و این سبب تشویق مصرف کننده به افزایش مصرف است به عبارت دیگر نرخ تصاعدی در این کشورها برعکس ایران است.

منظور از زمان اوج مصرف چیست؟ 

در زمان ها خاصی از شبانه روز بیشترین انرژی از شبکه برق کشیده می شود که معمولاً ابتدای شب است

زیرا در این زمان بیشتر مصارف روشنایی در منازل و خصوصاً مغازه ها وجود دارد. در این مواقع ژنراتورها بیشترین

بار را متحمل می شوند و در نتیجه سوخت بیشتری نیز مصرف می شود.

اساس کار کنتور چیست؟ 

کنتور ها بر اساس نیروی الکترومغناطیس عمل می کنند. می دانیم که اگر از یک سیم پیچ جریان برق

بگذرد در اطراف آن یک میدان مغناطیسس ایجاد می شود که شدت و جهت این میدان به جریان عبوری

از سیم پیچ بستگی دارد. در کنتور های تکفاز دو دسته سیم پیچ وجود دارد که یکی از آن ها دارای تعداد

دور کم و قطر بیشتر نسبت به دیگری است. سیم پیچ ضخیم تر با دور کمتر را سیم پیچ جریان و دیگری

را سیم پیچ ولتاژ می نامند.

اساس کار کنتور و انواع کنتور

آموزش برق به زبان ساده

نحوه نصب کنتور تکفاز در مدار چگونه است؟ 

سیم فاز را به سر سیم پیچ جریان وصل نموده و از سر دیگر آن فاز را می گیرند. و دو سر سیم پیچ ولتاژ را

به فاز و نول وصل می کنند. زمانی که مصرف کننده ای به کنتور وصل می شود جریان از سیم فاز و نول

می گذرد. به عبارت دیگر جریان مصرف کننده از سیم پیچ جریان می گذرد و در آن یک میدان مغناطیسی

ایجاد می کند. سیم پیچ ولتاژ که همیشه به برق وصل است و دارای یک میدان مغناطیسی ثابت است که

مقدار آن هیچ ارتباطی به مصرف کننده متصل شده به کنتور ندارد.

این دو میدان مغناطیسی بر هم اثر کرده و سبب ایجاد نیروی حرکتی در صفحه آلومینیومی درون کنتور می شود.

سرعت حرکت این صفحه با جریان مصرف کننده رابطه مستقیم دارد. این حرکت توسط یک محور و چرخ دنده به یک

شماره انداز یا نمراتور ارتباط دارد و بر اساس گردش آن شماره ها زیاد می شود. این شماره ها به جز رقم اول میزان

کارکرد کنتور یا همان مصرف انرژی الکتریکی را بر حسب کیلو وات ساعت نشان می دهند. البته درون کنتور قطعات

دیگری هم نظیر: آهنربای سرعت گیر و پیچ های تنظیم و … وجود دارند که ما از توضیح آن ها صرف نظر کرده ایم.

انواع کنتور کدامند؟
برای مصارف خانگی دو نوع کنتور تکفاز و سه فاز به طور عام وجود دارند که در دسته بندی کنتورها به نوع اکتیو معروفند.

اما در مصارف صنعتی می توان به کنتورهای راکتیو و کنتورهای دو تعرفه اشاره کرد که در جلسات قبل مختصری

در باره آن ها توضیح داده ایم.

کنتور های پیشرفته چگونه کار می کنند؟
در کشورهای برخوردار از تکنولوژی دیگر کنتور نویسی به مفهوم رایج آن در ایران منسوخ شده است. در این

کشورها که پول الکترونیکی بسیار رایج است از کنتورهای هوشمند که در بازه های زمانی خاص میزان مصرف

را مشخص کرده و به ادارات برق گزارش می دهند استفاده می شود. این کنتورها میزان مصرف را از طریق

همان خطوط برقی که آن را می رسانند به توزیع کننده اطلاع می دهند و شرکت های فروشنده برق نیز به طور

خودکار از حساب مصرف کننده برداشت می کنند. در صورت موجود نبودن حساب و پس از اخطارهای کتبی از

طریق فرمان از راه خطوط برق به صورت خودکار کنتور برق مشترک را قطع می کند و مشترک پس از پرداخت

هزینه می تواند از خدمات شرکت فروشنده استفاده کند.

آیا می توان سر کنتور را کلاه گذاشت؟

این مسأله مانند خرید کالایی است بدون پرداخت وجه آن و در نتیجه نارضایتی صاحب کالارا به دنبال دارد.

هدف من از ارائه این راهکار سوء استفاده از اعتماد اداره برق نیست و اما جواب این سوال:

باید گفت که می توان شماره انداز کنتور را از کار انداخت که برای این کار سه راه حل وجود دارد:

قطع سیم پیچ جریان

قطع سیم پیچ ولتاژ

از حالت تعادل خارج کردن کنتور

چگونه با لمس کنتور به برق دار بودن آن پی ببریم؟ 

زمانی که برق به کنتور وصل می شود در سیم پیچ ولتاژ آن جریان ایجاد می شود. این جریان همان طور که

قبلاً گفتم ارتباطی به مصرف کننده ندارد. این جریان میدان مغناطیسی را در کنتور ایجاد می کند که سبب

لرزش خفیف آن می شود. پس اگر کف دست را روی شیشه کنتور بگذاریم با احساس این لرزش متوجه

برقدار بودن آن می شویم.

آموزش برق به زبان ساده

در کنار بعضی از کنتورها صدای وزوز ناشی از چیست؟ 

این صدا که شبیه جلیز و ولیز است ارتباطی به خود کنتور ندارد بلکه مربوط به فیوز است که معمولاً در کنار

کنتور نصب می شود. اگر اتصال فیوز از نظر الکتریکی درست نباشد (وجود فاصله هوایی در محل تماس) و

جریان زیادی از فیوز کشیده شود در این حالت قوس های الکتریکی کوچکی در محل تماس ایجاد می شود

که باعث ایجاد این صدا می شود. این قوس ها سبب ذوب سطحی محل تماس شده و مقاومت و حرارت

محل تماس را افزایش می دهد. در نتیجه باعث افت ولتاژ و در نهایت قطع و وصل جریان می شود. برای از

بین بردن این ایراد باید فیوز را محکم کرد (برای فیوزهای پیچی) یا در نوع مینیاتوری پیچ هایی را که سیم

زیر آن قرار دارد سفت نمود. در آخر اگر رفع نشد فیوز را عوض کرد.

در سیم کشی می توان سیم ها را به سه گروه تقسیم کرد:

سیم های درون لوله (توکار) تا سه سیم در یک لوله برق

سیم های روکار (کابل ها)

سیم های هوایی که به صورت معلق در هوا یا روی مقره ها کشیده می شوند

با توجه به تقسیم بندی فوق می توان به کمک جدول زیر نمره سیم را با داشتن جریان عبورِی از آن بدست آورد.

اما توجه داشته باشید که برای استفاده صحیح از این جدول باید رابطه فوق را نیز در فواصل طولانی لحاظ کنید تا

مبادا نمره سیم بدست آمده کمتر از حد مجاز باشد که در این صورت افت ولتاژ زیاد شده و سیم داغ خواهد شد.

توان الکتریکی در یک مقاومت چگونه است؟ 

توان در مقاومت همواره به صورت مصرفی است. به این معنی که مقاومت در یک مدار همیشه توان را مصرف می کند.

این توان به صورت حرارت خود را نشان می دهد که مقدار آن تابع مستقیم مجذور جریان عبوری از ان است.

منحنی تغییرات توان در مقاومت در جریان AC چگونه است؟ 

در جریان AC که شکل موج به صورت سینوسی است ولتاژ و جریان هم فاز می باشند در نتیجه حاصل ضرب اند و

همواره دارای یک علامت است (توان همیشه در مقاومت مثبت می باشد).

آموزش برق به زبان ساده

در یک سلف خالص توان چگونه است؟ 

در جریان DC سلف فقط در حین قطع و صل جریان از خود عکس العمل نشان می دهد اما پس از جاری شدن

جریان همانند یک مقاومت سیمی عمل می کند. اما در جریان AC سلف مطابق قانون لنز در برابر تغییرات

جریان یک نیروی ضد محرکه ایجاد می کند که خود را به صورت عکس العملی در برابر تغییر جریان نشان می دهد.

بنابراین در سلف جریان و ولتاپ همفاز نبوده بلکه جریان ۹۰ درجه نسبت به ولتاژ پس فاز است. این موضوع

در توان یک سلف خود را به صورت توان های مثبت و منفی نشان می دهد. به عبارت دیگر سلف در یک سیکل

از جریان یا ولتاژ دارای دو سیکل بوده که در این دو سیکل هنگام توان مثبت از شبکه بار می شود و در توان منفی

به شبکه انرژی پس می دهد.

با این اوصاف سلف در مدار توان مصرفی ندارد این موضوع را چگونه توضیح می دهید؟

در حالت تئوری محض این قضیه کاملاً درست است و فقط در زمان اتصال مدار سلف از شبکه جریان می کشد.

اما در عمل اتفاقی که روی می دهد اتلاف انرژی در مسیر عبور جریان به سلف است. به این معنی که سلف

بخشی از توانی را که می خواهد به شبکه پس بدهد به صورت حرارت در مسیر عبور آن هدر می دهد.
چرا از سلف در مدارات استفاده می شود؟

هیچ گاه در برق تفکیک الکتریسیته از مغناطیس امکان پذیر نیست. هر جا الکتریسته وجود دارد ردی از مغناطسی

هم وجود دارد. هم چنین در تمامی وسایلی که در آن ها از سیم پیچ استفاده می شود (مانند الکتروموتورها – مولدها و ترانس ها)

اثر سلفی مدار وجود دارد.

نمی توان کار دستگاه های ذکر شده را بدون تصور خاصیت سلفی ممکن دانست. پس سلف و خاصیت آن را نمی توان از بین برد.

توان اکتیو و راکتیو به چه معنا است؟ 

توانی که از شبکه کشیده می شود توان راکتیو نام دارد. این توان در مقاومت بیشترین مقدار خود را دارد.

توانی که در یک مدار سلفی خالص بین سلف و شبکه تبادل می شود توان راکتیو است. این توان برای انجام

کار سلف ضروری است اما با زگشت آن به شبکه بار ان را زیاد می کند.

توان راکتیو به زبان ساده

آموزش برق به زبان ساده

منظور از توان راکتیو چیست؟ 

در مصرف کننده هایی که بین ولتاپ و جریان آن ها اختلاف فاز وجود دارد توان دارای دو مقدار مثبت

و منفی است. به این معنی که مصرف کننده گاهی از شبکه توان می کشد و گاهی به آن توان می دهد.

این موضوع سبب ایجاد توان راکتیو می شود. ار آن جایی که در این مصرف کننده ها امکان صفر کردن

اختلاف فاز ممکن نیست نتیجه این می شود که توان راکتیو را نیم توان از بین برد.

آیا توان راکتیو لازم است؟ 

آری زیرا ماهیت کار این وسایل داشتن توان راکتیو است. مثلاً در یک الکتروموتور نمی توان بدون توان

راکتیو نیروی الکتروموتوری ایجاد نمود.

توان راکتیو برای شبکه مفید است یا مضر؟ 

این توان سبب اضافه شدن جریان شبکه و در نتیجه افزایش تلفات توان در مسیر سیم کشی به صورت حرارت می شود.

انواع توان راکتیو کدامند؟
در الکتریسته دو عنصر خازن و سلف توان راکتیو ایجاد می کنند پس در نتیجه توان راکتیو دارای

دو نوع سلف و خازنی است.

آیا می توان مقدار توان راکتیو یک شبکه را کاهش داد بدون اینکه مصرف کننده دوچار اخلال شود؟

آری برای این منظور کافی است توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده را از راهی غیر از شبکه تأمین نمود.

به این منظور با توجه به ماهیت سلف و خازن که عکس هم عمل می کنند کافی است برای کاهش توان

راکتیو خازنی از توان راکتیو سلفی استفاده کرد و برعکس. از آن جایی که بیشتر مصرف کننده های یک

شبکه از نوع سلفی می باشند می توان با استفاده از بانک خازنی به این مهم دست پیدا کرد.

مقاومت صفر: 

مقاومت الکتریکی تمام فلزات و آلیاژ ها، هنگام سرد شدن کاهش می یابد. حمل جریان الکتریکی در

رسانا توسط الکترون های رسانش که آزادانه در داخل ماده حرکت می کنند صورت می گیرد. البته

الکترون ها دارای طبیعت موج مانندی هستند و می توان الکترونی را که در فلز حرکت می کند توسط

موج تختی که در همان جهت حرکت الکترون پیش می رود نمایاند. هر فلز دارای ساختار بلوری است

به این معنا که اتم های آن بر روی شبکه ای منظم قرار دارند و یک خصوصیت موج تخت آن است که

می تواند از ساختاری کاملاً تناوبی عبور کند بی آن که در جهت های دیگر پراکنده گردد.

مقاومت الکتریکی

بنابراین الکترون قادر است از بلوری کامل عبور کند بی آنکه هیچ تکانه ای را در جهت اولیه اش از دست بدهد.

به عبارت دیگر، اگر جریانی را در بلوری کامل برقرار کنیم؛ یعنی به الکترون های رسانش تکانه ای را در جهت

جریان بدهیم؛ هیچ مقاومتی در برابر عبور جریان وجود نخواهد داشت. اما وجود هرگونه نقصی در تناوبی بودن

بلور موجب پراکنده شدن موج الکترونی می شود که نتیجه آن بروز مقاومت در مقابل جریان است. بالای صفر

مطلق اتم ها در حال ارتعاش هستند و از موقعیت تعادل خود به مقدارهای مختلفی تغییر مکان می یابند؛

به علاوه اتم های خارجی و نقص های دیگر که به طور آماری توزیع شده اند نیز می توانند تناوبی بودن

بلور را کاملاً مختل کنند.  نوسانات حرارتی و هرگونه ناخالصی یا ناکاملی هر دوموجب پراکنده شدن

الکترون های رسانش می شود که نتیجه آن بروزمقاومت الکتریکی است.

نقص در تناوبی بودن بلور  ——-  پراکنده شدن موج الکترونی ———   مقاومت

اکنون برای ما روشن است که چرا مقاومت الکتریکی  وقتی فلزی یا آلیاژی سرد می شود کاهش می یابد.

وقتی که دما کاهش یابد ارتعاشات حرارتی الکترون ها کم شده و الکترون های رسانش کمتر پراکنده می شوند.

کاهش مقاومت تا دمایی که برابر یک سوم دمای دبی جسم است به صورت خطی است. اما هر چه از این دما

پایین تر برویم تغییرات مقاومت با دما به تدریج کندتر می شود. برای فلزی کاملاً خالص که در آن فقط ارتعاشات

حرارتی شبکه مانع حرکت الکترون ها می شود، با نزدیک شدن دما به صفر مطلق مقاومت بایستی به صفر نزدیک شود.

لکن این مقاومت صفر که نمونه ای فرضی و کاملاً بی عیب، به هنگام رسیدن دمای آن به صفر مطلق از

خود نشان می دهد پدیده ابر رسانایی نیست. واقعیت این است که نمونه فلزی واقعی نمی تواند کاملاً

خالص باشد و همیشه دارای مقداری ناخالصی است.

بنابراین نه تنها ارتعاشات اتم های شبکه  الکترون ها را پراکنده می کنند بلکه ناخالصی ها نیز موجب

پراکنده شدن الکترون ها می شوند که این پراکندگی دوم کم و بیش مستقل از دما است. در نتیجه مقاومت

باقی مانده معینی وجود دارد که حتی در پایین ترین دما نیز باقی خواهد ماند. هر اندازه که ناخالصی فلز

بیشتر باشد  این مقاومت باقی مانده نیز بزرگتر خواهد بود.

به هر حال بعضی از فلزات رفتار جالبی را از خود نشان می دهند به این معنی که وقتی آن ها را سرد

کنیم مقاومت الکتریکی آن ها طبق معمول کاهش می یابد اما دما با رسیدن به مقدار معینی که چند

درجه ای بالای صفر مطلق خواهد بود ناگهان مقاومت الکتریکی خود را کاملاً از دست می دهند. در چنین

حالتی گفته می شود که فلز به حالت ابررسانش گذار کرده است. گذار به  حالت ابر رسانش حتی در

مواردی که ناخالصی آن قدر زیاد است که مقاومت باقیمانده خیلی بزرگی را در حالت غیر ابر رسانش

ایجاد می کند امکان پذیر است.

آموزش برق به زبان ساده

انواع دیودهای قدرت:

بسته به مشخصه های بازیابی و روش های ساخت دیودهای قدرت را به سه گروه می توان تقسیم کرد:

دیودهای استاندارد یا همه منظوره

دیودهای بازیابی معکوس

دیودهای شاتکی

دیودهای همه منظوره:

دیودهای یکسوکننده همه منظوره زمان بازیابی معکوس نسبتا زیادی دارند که در حدود ۱μs است و

در کاربردهای سرعت پایین به کار می روند که زمان بازیابی چندان اهمیت ندارد محدوده جریان این

دیودها از کمتر از ۱ آمپر تا چند هزار آمپر و محدوده ولتاژ ۵۰ ولت تا حدود ۵۰ کیلو ولت می باشد. این

دیودها معمولاً به روش دیفیوژن ساخته می شوند. با این وجود یکسو کننده های آلیاژی که در منابع

تغذیه دستگاه های جوشکاری به کار می روند از لحاظ هزینه به صرفه ترند و محدوده کاری آن ها

تا ۳۰۰ آمپر و ۱۰۰۰ ولت می رسد.

دیودهای بازیابی معکوس: 

دیودهای بازیابی سریع زمان بازیابی کوچک در حدود ۵μs دارند. این دیودها در مدارهای  مبدل های DC به DC و DC به AC

که سرعت بازیابی اغلب اهمیت بحرانی دارد به کار می روند. محدوده جریانی کارکرد این دیودها از کمتر از

یک آمپر تا چند صد آمپر و محدوده ولتاژشان از ۵۰ ولت تا حدود ۳ کیلو ولت است.

برای محدوده بالای ۴۰۰ ولت دیودهای بازیابی سریع معمولاً به روش دیفیوژن ساخته می شوند و زمان

بازیابی به وسیله دیفیوژن طلا یا پلاتین کنترل می شود. برای محدوده ولتاژ کمتر از ۴۰۰ ولت دیود های اپی

تکسیال سرعت کلید زنی بیشتری نسبت به دیود های دیفیوژنی دارند. دیود های اپی تکسیال پهنای بیس

کمی دارند که باعث می شود زمان بازیابی کوچکی در حدود ۵۰ns داشته باشند.

دیودهای شاتکی: 

مشکل ذخیره بار در پیوند p-n در دیودهای شاتکی حذف با به حداقل رسیده است.این کار از طریق یک سد

پتانسیل که میان یک فلز ویک نیمه هادی وصل می شودانجام می پذیرد. یک لایه فلزی روی یک لایه اپی

تکسیال باریک از سیلیکون نوع n قرار داده می شود.سد پتانسیل رفتار یک پیوند p-n شبیه سازی می کند.

تحیلی مدار های الکترونیکی

عمل یکسو سازی فقط به حامل های اکثریت بستگی دارد و در نتیجه حامل های اقلیت اضافی برای ترکیب شدن وجود ندارند.

اثر بازیابی منحصرا به خاطر ظرفیت خازنی خود پیوند نیمه هادی است.