مدار الکتریکی
Mohammad Rahimi
یکی از اولین مواردی که هنگام یادگیری الکترونیک با آن روبرو خواهید شد مفهوم مدار است. این آموزش توضیح می دهد که مدار چیست و همچنین در مورد ولتاژ با جزئیات بیشتر بحث می شود. پیشنهاد میکنم قبل از خواندن ادامه این مطلب، ابتدا مقاله برق چیست را بخوانید.
مدار چیست؟
به هر مسیر بسته ای از جریان الکتریکی، مدار الکتریکی گفته می شود. مدار های الکتریکی باعث میشوند تجهیزات و دستگاه های الکتریکی فعال شوند. در اصل میتوان هر مسیر بسته ای از جریان الکتریکی را که به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود آمده باشد را یک مدار الکتریکی دانست. جریان الکتریکی از وسایل و قطعات موجود در این مدار بسته عبور میکند و به همین علت هر مولفه برقی باید در مسیر مدار قرار بگیرد تا عملکرد خود را نشان دهد.
مدار یک جزء اساسی در زمینه علم الکترونیک است.
مدارها می توانند ساختاری از اجزای رسانا، مواد نیمه رسانا و نیمه هادی باشند. از نظر ساختمان، مدارهای الکتریکی به عنوان ساختاری شناخته می شوند که از بغل هم قرار داشتن المان های الکتریکی غیرفعال مثل لامپ، خازن و سایر موارد از این دست و یا المان های الکتریکی کاملا فعال مثل دیود، ترانزیستور و… یا ترکیبی از این دو حالت تشکیل می شوند.
چنان چه اجزای واقع در مدار از نوع الکتریکی باشند، این مدار را می توان به عنوان یک مدار الکتریکی شناخت. اما اگر این عنصرها از قطعات الکترونیکی نیز تشکیل شده باشد این مدار، الکترونیکی خواهد بود. جهت کسب اطلاعات بیشتر، مقاله تفاوت الکترونیک و الکتریک را مشاهده کنید.
تصویر زیر یک مدار الکتریکی ساده را نشان میدهد که شامل باتری، سیم، کلید و لامپ است.
قسمت های مدار الکتریکی- منبع تغذیه: منبع تغذیه که قطعه محرک یا تغذیه کننده کل مدار می باشد، برای مثال می توان به باتری اشاره کرد.
- سیم های رابط: سیم های ارتباط دهنده مدار که در واقع شامل یک ماده رسانای الکتریسیته مانند مس می باشد.
- مصرف گر و بار: زمانی می گوییم یک مدار به وجود آمده است که اتصال دهنده ها و همچنین دیگر المان ها، یک حلقه بسته را ایجاد کنند، توجه داشته باشید که فقط در این صورت جریان برق برقرار خواهد شد.
- سایر المان های مداری: مانند دیود، مقاومت، خازن و سایر موارد از این دست.
برای برقراری مداوم جریان الکتریکی، وجود نیروی خارجی یک امر الزامی می باشد. به عنوان مثال جریان توربین، بعد از عبور دادن جریان از توربین به وسیله پمپ به سَیال انرژی تزریق می شود و هم چنین از سَیال پر انرژی کار دریافت خواهد شد. به طور معمول منبع اصلی انرژی در یک مدار الکتریکی را با نام نیروی محرکه می شناسند. سلول های خورشیدی و هم چنین باتری ها را می توان به عنوان بهترین نمونه ها برای تعریف نیروی محرکه نام برد. در واقع نیروی محرکه الکتریکی، پمپی است که بارها را از پتانسیل های کم به پتانسیل های زیاد انتقال می دهد.
جهت کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله ولتاژ و جریان را در سایت آیرنکس مشاهده کنید.
در کلیه اجسام رسانا با توجه به وجود الکترون های آزاد که از توانایی حرکت کردن در اجسام برخوردار هستند، با به وجود آمدن پتانسیل الکتریکی یا همان بالا رفتن میزان الکترون در یک ناحیه نسبت به دیگر ناحیه ها، الکترون های آزاد در جسم جاری می شوند و در نهایت جریان الکتریکی در رسانا ایجاد خواهد شد.
اصلی ترین دلیل به وجود آمدن اختلاف پتانسیل در رسانا، باتری ها می باشند. در یکی از مدارهای الکتریکی بسیار ساده، باتری درست به میزان اختلاف پتانسیل دو سر خود، انرژی را به هر یک از الکترون هایی که از آن عبور کنند، تزریق می کند. الکترون انرژی را در راه حرکت خود با برخورد به دیگر ذره های ماده تلف خواهد کرد و رفته رفته انرژی آن کاهش خواهد یافت.
در پادکست زیر به معرفی مدار های الکتریکی میپردازیم.
پخش‌کننده صوتچرا هر منبع برق دو طرف دارد؟ این به ایده “پتانسیل” بر می گردد و اینکه برای جریان یافتن برق شما به یک اختلاف ولتاژ نیاز دارید. احمقانه به نظر می رسد ، اما شما بدون دو چیز متفاوت نمی توانید تفاوت داشته باشید. در هر منبع تغذیه ، سمت مثبت ولتاژ بالاتری نسبت به سمت منفی خواهد داشت ، دقیقاً همان چیزی که ما می خواهیم. در حقیقت ، هنگامی که ولتاژ را اندازه گیری می کنیم ، معمولاً می گوییم سمت منفی 0 ولت است و با این وجود سمت مثبت ولتاژهای زیادی است که منبع تغذیه می تواند تأمین کند.
منابع الکتریکی مانند پمپ هستند. پمپ ها همیشه دو طرف دارند ، یک خروجی که چیزی را بیرون می اندازد و یک ورودی که چیزی را مکش می کند. باتری ها و ژنراتورها و صفحات خورشیدی به همین روش کار می کنند. برای سمت منفی کار سختی است که همه برق را به سمت خروجی(سمت مثبت) سوق دهد، اما وقتی این برق دستگاه را ترک می کند، خلاء ایجاد می شود که این یعنی سمت منفی باید برق را جایگزین آن کند.
ما درنهایت آماده هستیم تا برق برای ما کارساز باشد! اگر طرف مثبت یک منبع ولتاژ را وصل کنیم ، از طریق چیزی که کار می کند مانند یک دیود ساطع کننده نور (LED)، به سمت منفی منبع ولتاژ برمی گردیم و این یعنی برق یا جریان، جاری می شود. و می توانیم چیزهایی را در مسیر قرار دهیم که هنگام عبور جریان از طریق آن ها کارهای مفیدی انجام دهند ، مانند LED هایی که روشن می شوند.
این مسیر دایره ای که همیشه برای جریان یافتن برق و انجام کار مفیدی مورد نیاز است ، مدار نامیده می شود. مدار مسیری است که در همان مکان شروع و متوقف می شود ، دقیقاً همان کاری که ما انجام می دهیم.
برای مشاهده شبیه سازی جریان عبوری از یک مدار ساده بر روی این لینک کلیک کنید. این شبیه سازی برای اجرا نیاز به جاوا دارد.
*بنجامین فرانکلین در ابتدا نوشت که برق از سمت مثبت یک منبع ولتاژ به سمت منفی جریان می یابد. با این حال ، فرانکلین هیچ راهی برای دانستن این موضوع ندارد که الکترون ها در واقع در جهت مخالف جریان داشته باشند- در سطح اتمی ، آن ها از سمت منفی خارج می شوند و به سمت مثبت بازمی گردند. از آنجا که مهندسان صدها سال قبل از کشف حقیقت از فرانکلین پیروی می کردند ، ما هنوز هم از کنوانسیون “اشتباه” استفاده می کنیم. عملاً بیان این جزئیات مهم نیست و تا زمانی که همه از یک قرارداد استفاده می کنند ، همه ما می توانیم مدارهایی درست کنیم که به خوبی کار کنند.
دلیل اینکه می خواهیم مدارهایی بسازیم این است که برق کارهای مفیدی را برای ما انجام می دهد. روش انجام این کار قرار دادن چیزهایی در مدار است که از جریان جاری شده برای روشن شدن ، ایجاد صدا ، اجرای برنامه ها و غیره استفاده می کنند.
به این چیزها بار می گویند ، زیرا آنها منبع تغذیه را “بارگیری می کنند” ، دقیقاً مانند وقتی که چیزی را حمل می کنید “بارگیری می کنید”. به همان روشی که می توانید با وزن بیش از حد بارگیری کنید ، بارگیری بیش از حد منبع تغذیه نیز ممکن است ، که باعث کند شدن جریان جاری شده می شود. اما برخلاف شما ، بارگیری مدار نیز بسیار کم است – این ممکن است باعث جریان زیاد جاری شده شود (تصور کنید اگر وزنی ندارید خیلی سریع حرکت می کنید) ، که می تواند قطعات یا حتی منبع تغذیه شما را بسوزاند.
در آموزش بعدی همه چیز درباره ولتاژ ، جریان و بارها خواهید آموخت: ولتاژ ، جریان ، مقاومت و قانون اهم. اما در حال حاضر ، بیایید در مورد دو مورد خاص از مدار: اتصال کوتاه و مدار باز بیاموزیم. دانستن این موارد در هنگام عیب یابی مدارهای خود بسیار کمک خواهد کرد.
مدار اتصال کوتاهاین کار را نکنید ، اما اگر یک سیم را مستقیماً از سمت مثبت به سمت منفی منبع تغذیه وصل کنید ، چیزی را ایجاد می کنید که اتصال کوتاه نامیده می شود. این یک ایده بسیار بد است.
به نظر می رسد این بهترین مدار ممکن است ، پس چرا ایده بدی است؟ به یاد داشته باشید که جریان الکتریکی می خواهد از ولتاژ بالاتر به ولتاژ پایین تری برسد و اگر بار را در جریان قرار دهید ، می توانید کار مفیدی مانند روشن کردن یک LED انجام دهید.
اگر بار در جریان داشته باشید ، جریان جاری شده از مدار شما به آنچه دستگاه شما مصرف می کند محدود می شود که معمولاً مقدار بسیار کمی است. با این حال ، اگر چیزی را برای محدود کردن جریان جاری شده قرار ندهید ، چیزی برای کاهش سرعت جریان وجود نخواهد داشت و سعی می کند بی نهایت باشد!
منبع تغذیه شما نمی تواند جریان بی نهایت را تأمین کند ، اما تا آنجا که می تواند تأمین می کند که ممکن است بسیار زیاد باشد. این می تواند باعث سوختن سیم شما ، آسیب رساندن به منبع تغذیه ، تخلیه باتری یا سایر موارد هیجان انگیز شود. بیشتر اوقات منبع تغذیه شما نوعی مکانیسم ایمنی در آن تعبیه شده است تا در صورت اتصال کوتاه حداکثر جریان را محدود کند ، اما نه همیشه. این دلیل می شود که در همه خانه ها و ساختمان ها قطع کننده مدار وجود دارد تا از بروز آتش سوزی در صورت اتصال کوتاه در جایی از سیم کشی جلوگیری کند.
یک مشکل باعث می شود که به طور تصادفی جریان زیادی از طریق بخشی از مدار شما جریان یابد و باعث سوختن قطعه شود. این کاملاً اتصال کوتاه نیست ، اما نزدیک به آن می باشد. این امر اغلب هنگامی اتفاق می افتد که از مقدار مقاومت نادرست استفاده کنید ، که جریان زیادی را از طریق یک جز دیگر مانند LED عبور می دهد.
خط پایین : اگر متوجه شدید که همه چیز به طور ناگهانی گرم می شود یا قسمتی از آن ناگهان می سوزد ، فوراً برق را خاموش کرده و به دنبال اتصال کوتاه احتمالی باشید.
مدار بازنقطه مقابل اتصال کوتاه ، مدار باز است. این یک مدار است که حلقه به طور کامل متصل نیست (و بنابراین در واقع این یک مدار نیست).
برخلاف اتصال کوتاه فوق ، توسط این “مدار” هیچ آسیبی نخواهد دید ، اما مدار شما نیز کار نخواهد کرد. اگر در مدارهای جدید تازه وارد هستید ، یافتن محل وقفه اغلب دشوار خواهد بود ، خصوصاً اگر از تخته مدار استفاده می کنید که همه هادی ها پنهان هستند.
اگر مدار شما کار نمی کند ، به احتمال زیاد علت آن مدار باز است. این معمولاً به دلیل خرابی اتصال یا شل شدن سیم است. (اتصال کوتاه می تواند تمام برق را از بقیه مدار شما بدزدد ، بنابراین حتماً بدنبال آن باشید.)
نکته: اگر به راحتی نمی توانید محل باز بودن مدار خود را پیدا کنید ، یک مولتی متر می تواند ابزار بسیار مفیدی باشد. می توانید آن را بر روی ولت تنظیم کرده و برای اندازه گیری در نقاط مختلف مدار خود استفاده کنید و در نهایت نقطه ای را پیدا کنید که ولتاژ از آن عبور نمی کند.
بعد از مدار الکترونیکی، چه چیزی را بخوانم؟حالا ابتدایی ترین چیزها را در مورد مدار می دانید. در ادامه ، با مدارهای پیچیده تری روبرو خواهید شد که دارای چندین حلقه و بسیاری از اجزای الکترونیکی دیگر هستند. اما همه مدارها ، هرچقدر هم پیچیده باشند ، از همان قوانینی پیروی می کنند که تا اکنون درمورد مدار تک حلقه یاد گرفته اید.
حالا نوبت این است که با مدار های پرکاربرد آشنا شوید، بنابراین مقاله مدار سری و موازی را بخوانید.
مدار را تعریف کنید!مدار چیست؟
مدار یک مسیر بسته است که برق در آن جریان دارد. برق در هنگام عبور خود در مدار کارهای مفید را انجام میدهد مثلا لامپ را روشن میکند.
جهت حرکت برق چگونه است؟
برق و جریان الکتریکی بر طبق قرار داد همیشه از پایه مثبت به پایه منفی میرود. حرکت الکترون ها برعکس است و الکترون ها از پایه منفی به پایه مثبت میروند.
مدار اتصال کوتاه چیست؟
اگر دو پایه یک باتری را به صورت مستقیم به هم متصل کنیم، اتصال کوتاه ایجاد میشود. در این حالت برق به صورت نامحدود جریان میابد و ممکن است باعث ذوب شدن سیم اتصال دهنده شود.
تفاوت مدار باز و مدار بسته چیست؟
در مدار باز برق جریان نمیابد. برای عبور جریان الکتریکی در طول مدار (مثلا حرکت بین پایه های باتری) باید مدار بسته باشد و در غیر اینصورت جریان الکتریکی متوقف میشود.