آموزش الکترونیکالکترونیک

مقاومت الکتریکی و قانون اهم (آموزش کامل)

نوبت این است که با مقاومت الکتریکی و قانون اهم آشنا شوید. در این مطلب به طور کامل و با مثال مقاومت الکتریکی و قانون اهم را آموزش میدهیم. حتما قبل از مطالعه ادامه مطلب، مقاله ولتاژ و جریان را بخوانید.

مقاومت الکتریکی چیست؟

دو مخزن آب، یکی با لوله باریک و دیگری با لوله پهن را در نظر بگیرید.

بررسی کامل جریان الکتریکی

منطقی است که ما نمی توانیم حجم آب یکسانی را از دو لوله پهن و لوله باریک با فشار یکسان عبور دهیم. این مقاومت است. لوله باریک در برابر عبور جریان آب از آن مقاومت می کند حتی اگر فشار مخزن با لوله پهن بیشتر باشد.

مقاومت الکتریکی

برای یادگیری کامل آردوینو (برنامه نویسی حرفه ای، ارتباط با اندروید، ساخت ربات) ، روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.

همچنین اگر میخواهید الکترونیک را با فیلم های آموزشی یاد بگیرید، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

از نظر الکتریکی، این امر توسط دو مدار با ولتاژ برابر و مقاومت های مختلف نشان داده می شود. مدار با مقاومت بالاتر اجازه می دهد تا بار کمتری جریان یابد، به این معنی که مدار با مقاومت بالاتر جریان کمتری از خود عبور می دهد.

این ما را به جورج اهم برمی گرداند. جورج اهم واحد مقاومت “1 اهم” را مقاومت بین دو نقطه در یک رسانا تعریف می کند که در آن با استفاده از 1 ولت و 1 آمپر ، یا 6124 × 10 ^ 18 الکترون فشار می آورد. این مقدار معمولاً در نمودارها با حرف یونانی “Ω” نشان داده می شود که امگا نامیده می شود و “اهم” تلفظ می شود.

قانون اهم

با ترکیب عناصر ولتاژ، جریان و مقاومت، اهم فرمول مقاومت را ایجاد کرد:

V = I . R

که :

  • V = ولتاژ در ولت
  • I = جریان در آمپر
  • R = مقاومت در اهم

این قانون اهم نامیده می شود. مثلاً بگوییم که ما یک مدار با پتانسیل 1 ولت، جریان 1 آمپر و مقاومت 1 اهم داریم. با استفاده از قانون اهم می توان گفت:

1V = 1I . 1Ω

بیایید بگوییم این نشان‌دهنده مخزن ما با یک لوله عریض است. مقدار آب در مخزن به عنوان یک v تعریف می‌شود و عرض (مقاومت به جریان) لوله به صورت اهم  تعریف می‌شود. با استفاده ازقانون اهم، جریان آب (جریان) آمپر را به ما می‌دهد.

با استفاده از این تشبیه، بیایید اکنون مخزن با لوله باریک را بررسی کنیم. از آنجا که لوله باریکتر است، مقاومت آن در برابر جریان بیشتر است. بیایید این مقاومت را 2 اهم تعریف کنیم. مقدار آب در مخزن برابر با همان مخزن دیگر است، بنابراین، با استفاده از قانون اهم، معادله ما برای مخزن با لوله باریک برابر است با:

1V = ?I . 2Ω

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

اما جریان چیست؟ از آنجا که مقاومت بیشتر است و ولتاژ یکسان است، این مقدار به ما جریان 0.5 آمپر را می دهد:

1V = 0.5I . 2Ω

مثال قانون اهم

بنابراین، جریان در مخزن با مقاومت بالاتر کمتر است. اکنون می توانیم ببینیم که اگر دو مقدار از قانون اهم را بدانیم، می توانیم برای سومین مورد هم بدست آوریم. بیایید این را با یک آزمایش نشان دهیم.

مطلب پیشنهادی:  ابرخازن چیست؟ همه چیز درباره ی ابر خازن ها

تمرین قانون اهم

برای این آزمایش، ما می خواهیم از یک باتری 9 ولتی برای تأمین انرژی LED استفاده کنیم. LED ها شکننده هستند و فقط می توانند قبل از سوختن مقدار مشخصی جریان از خود عبور دهند. در مشخصات یک LED، همیشه “درجه بندی جریان” وجود دارد. این حداکثر میزان جریانی است که می تواند از طریق LED خاص قبل از سوختن عبور کند.

مواد مورد نیاز

برای انجام آزمایش های ذکر شده در انتهای آموزش، به موارد زیر نیاز دارید:

  • مولتی متر
  • باتری 9 ولت
  • مقاومت 560 اهم (یا نزدیکترین مقدار بعدی)
  • LED

توجه: LED ها همان چیزی هستند که به عنوان دستگاه های “غیر اهمی” شناخته می شوند. به این معنی که معادله جریان عبوری از  LED به سادگی V = IR نیست. LED چیزی به نام “افت ولتاژ” را به مدار وارد می کند، بنابراین مقدار جریان عبور داده شده از آن را تغییر می دهد. با این حال، در این آزمایش ما به سادگی در تلاش هستیم تا LED را از جریان بیش از حد محافظت کنیم، بنابراین ما از مشخصات جریان LED غافل می شویم و مقدار مقاومت را با استفاده از قانون اهم انتخاب می کنیم تا مطمئن شویم که جریان عبوری از طریق LED  کمتر از 20 میلی آمپر است.

برای این مثال، ما یک باتری 9 ولتی و یک LED قرمز با میزان جریان 20 میلی آمپر یا 0.020 آمپر داریم. برای ایمنی ترجیح می دهیم LED را در حداکثر جریان خود هدایت نکنیم بلکه جریان پیشنهادی آن است که در صفحه داده آن 18 میلی آمپر یا 0.018 آمپر ذکر شده است. اگر ما LED را مستقیماً به باتری وصل کنیم، مقادیر مربوط به قانون اهم به شرح زیر است:

V = I . R

یا میتوان فرمول اهم را به این شکل نوشت :

I = V / R

و از آنجا که ما هنوز هیچ مقاومتی نداریم:

I = 9V / 0R

تقسیم بر صفر جریان بی نهایت به ما می دهد! ولی، در عمل بی نهایت نیست، اما به اندازه جریانی که از باتری عبور می کند، جریان دارد. از آنجا که ما نمی خواهیم جریان زیادی از طریق LED عبور کند، به مقاومت نیاز خواهیم داشت. مدار ما باید به این شکل باشد:

تمرین قانون اهم با مدار

ما می توانیم از قانون اهم به همان روش دقیق برای تعیین مقدار مقاومت استفاده کنیم که مقدار جریان مورد نظر را به ما می دهد:

 V = I . R یا R = V / I

مقادیر را جایگزین کنید:

R = 9V / 0.018A

حل برای مقاومت:

R = 500Ω

بنابراین، ما به مقدار مقاومت در حدود 500 اهم نیاز داریم تا جریان را از طریق LED تحت حداکثر میزان جریان نگه داریم.

مقاومت 500 اهم

500 اهم یک مقدار معمول برای مقاومت‌ ها نیست، بنابراین این دستگاه از یک مقاومت 560اهم  استفاده می‌کند. در اینجا به نظر می رسد که اجزاء دستگاه ما در کنار یکدیگر قرار گرفته است.

مدار اتصال led با مقاومت به باتری

در نتیجه ما یک مقدار مقاومت را انتخاب کرده ایم که به اندازه کافی بالا است تا جریان را از طریق LED کمتر از حداکثر میزان خود نگه دارد، و به اندازه ای کم است که جریان برای روشن نگه داشتن LED کافی است.

این نمونه مقاومت در برابر محدودیت جریان LED یک اتفاق معمول در الکترونیک است. برای تغییر میزان جریان عبوری از مدار اغلب لازم است از قانون اهم استفاده کنید. نمونه دیگری از این پیاده سازی در برد های LED LilyPad دیده می شود.

مطلب پیشنهادی:  ساخت آمپلی فایر صوتی هدفون و اسپیکر با آپ امپ

مقاومت در برابر محدودیت جریان LED

با این تنظیمات، به جای انتخاب مقاومت برای LED، مقاومت از قبل در LED قرار دارد بنابراین محدود کردن جریان بدون نیاز به افزودن مقاومت با دست انجام می شود.

محدود کردن جریان، قبل یا بعد از LED ؟

برای اینکه کارها کمی پیچیده تر شوند، می توانید مقاومت محدود کننده جریان را در دو طرف LED قرار دهید و درست همان کار را خواهد کرد!

بسیاری از افرادی که برای اولین بار الکترونیک می آموزند این ایده را باور نمی کنند که یک مقاومت محدود کننده جریان می تواند در هر دو طرف LED وجود داشته باشد و مدار همچنان کار کند.

یک رودخانه را تصور کنید. اگر می خواستیم سدی در آن قرار دهیم، تمام رودخانه از جریان سرازیر می شد، نه فقط یک طرف آن. حال تصور کنید ما یک چرخ آب در رودخانه قرار می دهیم که جریان رودخانه را کند می کند. مهم نیست که چرخ دنده در کجای دایره قرار گرفته باشد، باز هم جریان روی تمام رودخانه کاهش می یابد.

اما این دیگر ساده سازی زیادی است، زیرا مقاومت محدود کننده جریان را نمی توان در هر نقطه از مدار قرار داد. می توان آن را در دو طرف LED قرار داد تا عملکرد خود را انجام دهد.

برای پاسخ علمی تر، به قانون ولتاژ کیرشهف مراجعه می کنیم. باتوجه به این قانون است که مقاومت محدود کننده جریان می تواند در هر دو طرف LED قرار گیرد و همچنان همان اثر را داشته باشد.

بعد از آشنایی با ولتاژ، جریان، مقاومت و قانون اهم چه بخوانم؟

اکنون باید مفاهیم ولتاژ، جریان، مقاومت و چگونگی ارتباط این سه را درک کنید. اکثر معادلات و قوانین برای تجزیه و تحلیل مدار ها را می توان مستقیماً از قانون اهم استخراج کرد. با دانستن این قانون ساده، شما مفهومی را درک می کنید که اساس تجزیه و تحلیل هر مدار الکتریکی است!

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

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