قانون اهم به زبان ساده

سال‌ها پیش، «گئورگ اهم» (Georg Ohm) به این واقعیت پی برد که جریان گذرنده از یک مقاومت خطی در دمای ثابت، متناسب با ولتاژ دو سر آن است و رابطه عکس با مقدار مقاومت دارد. رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت اساس «قانون اهم» (Ohms Law) است که با رابطه زیر نشان داده می‌شود:

V=I×R

که در آن، V ولتاژ بر حسب ولت، I جریان برحسب آمپر و R‌ مقاومت بر حسب اهم است. قانون اهم کاربرد گسترده‌ای در فرمول‌ها و محاسبات الکترونیک دارد. به همین دلیل، فهم آن بسیار مهم است. با دانستن دو مقدار از سه کمیت ولتاژ، جریان و مقاومت می‌توانیم با کمک قانون اهم مقدار کمیت سوم را بیابیم.

گاهی اوقات، یادآوری قانون اهم با استفاده از تصاویر آسان‌تر است. مثلث قانون اهم زیر را در نظر بگیرید که کمیت‌های I ،V و R در سه راس آن قرار دارند. ولتاژ در راس بالا و جریان و مقاومت در رئوس پایین قرار دارند. موقعیت هر کمیت در این تصویر، همان مقادیر رابطه قانون اهم را نشان می‌دهد.

فرم‌های مختلف قانون اهم بالا را می‌توان با شکل‌های زیر نشان داد.

جریان گذرنده از هر قطعه یا عنصر الکتریکی که از «قانون اهم» پیروی می‌کند (مانند کابل‌ها و مقاومت‌ها که ماهیت «اهمی» دارند)، متناسب با ولتاژ دو سر آن است. همچنین، قطعاتی که چنین رابطه مستقمی بین جریان و ولتاژ آن‌ها برقرار نیست (مانند دیودها و ترانزیستورها)، «غیراهمی» نامیده می‌شوند.

توان الکتریکی

توان الکتریکی (P)، نرخ تولید یا مصرف انرژی الکتریکی در یک مدار است. یک منبع انرژی مانند منبع ولتاژ، توان تولید می‌کند یا تحویل می‌دهد و بار متصل به آن، توان را مصرف می‌کند. برای مثال، چراغ‌های روشنایی و گرم‌کننده‌ها (هیترها)، توان الکتریکی مصرف کرده و آن را به گرما، نور یا هر دو تبدیل می‌کنند. هرچه مقدار توان این بارها بیشتر باشد، مصرفشان هم بیشتر است.

نماد توان، P و برابر با ضرب ولتاژ در جریان و واحد آن، وات (Watt) یا W است. از پیشوندهایی مثل کیلو و میلی نیز برای بیان مقادیر بزرگ یا کوچک توان استفاده می‌شود.

با قرار دادن توان را در راس بالا و ولتاژ و جریان در رئوس پایین مثلث، می‌توانیم مثلث توان را تشکیل دهیم. این چینش پارامترها بر اساس فرمول توان قانون اهم است.

با استفاده از شکل‌های زیر می‌توان هر کمیت را بر اساس دو کمیت دیگر به دست آورد:

می‌بینیم که سه فرمول برای محاسبه توان الکتریکی یک عنصر در مدار وجود دارد. اگر مقدار توان محاسبه شده مثبت (P+) باشد، آن عنصر مدار توان مصرف می‌کند و اگر منفی (P-) باشد، توان تولید می‌کند و به عبارت دیگر، منبع توان مانند باتری و ژنراتور است.

توان نامی

قطعات الکتریکی یک «توان نامی» بر حسب وات دارند و حداکثر مقدار توانی است که می‌توانند به شکل دیگری از انرژی مانند گرما، نور یا انرژی تبدیل کنند. برای مثال، در بیان مقاومت ۱/۴ واتی، لامپ ۱۰۰ واتی و غیره توان نامی آن‌ها را می‌گوییم.

دستگاه‌های الکتریکی، توان را از یک شکل به شکل دیگر تبدیل می‌کنند. برای مثال، یک موتور الکتریکی، انرژی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کند، در حالی که در یک ژنراتور، نیروی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. یا مثلاً یک لامپ، انرژی الکتریکی را به نور و گرما تبدیل می‌کند.

می‌دانیم که واحد توان، وات است، اما توان برخی دستگاه‌های الکتریکی مانند موتورها با واحدهای قدیمی مانند «اسب بخار» (horse power) یا hp تعیین می‌شود. رابطه بین اسب بخار و وات به صورت ۱hp=746kW است. برای مثال، توان نامی یکی موتور ۲ اسب بخار، ۱۴۹۲ وات است.

نمودار دایره‌ای قانون اهم

برای کمک به درک رابطه بین مقادیر مختلف، می‌توانیم معادلات قانون اهم را برای یافتن ولتاژ، جریان، مقاومت و البته توان، در نمودار دایره‌ای قانون اهم بگنجانیم.

با استفاده از نمودار دایره‌ای قانون اهم، می‌توان هر یک از معادلات قانون اهم را در یک جدول ساده گنجاند و به آسانی به آن رجوع کرد.