عامل ایجاد جریان الکتریکی در یک مدار چیست

فصل ۹ : جریان الکتریکی

جریان الکتریکی

جریان الکتریکی در واقع همان حرکت بارهای الکتریکی است.

انرژی الکتریکی نسبت به سایر انرژی های دیگر مزایای دارد:

۱- این انرژی به آسانی به انرژی های دیگر مانند گرما، انرژی مکانیکی، صوت و نور تبدیل می شود.

۲- انرژی الکتریکی را به سهولت می توان قطع یا برقرار کرد.

انواع جریان الکتریسیته:

در وسایل برقی دو نوع جریان الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد.

۱- جریان مستقیم (D.C):

جریان مستقیم همیشه در یک جهت حرکت می کند.

۲-جریان متناوب(A.C):

جهت جریان متناوب در هر ثانیه بارها تغییر می کند.

برای آنکه جریان الکتریکی برقرار بماند، باربه یک مسیر بسته نیاز دارد، تا در آن شارش کند. مسیری که بارها در آن حرکت می کنند. «مدار الکتریکی» نامیده می شود.

توجه: برای نمایش قطعه های متداولی که در مدارهای الکتریکی به کار می روند، از نمادهای ویژه ای استفاده می شود.

هر مدار الکتریکی ساده، شامل یک مولد،لامپ، کلید و سیم های رابط است. هرگاه در مدار کلید بسته شود جریان الکتریکی برقرار می شود و لامپ روشن می شود.

سیم های مخصوص سیم پیچی از دو قسمت درست شده اند. یک قسمت، رشته های باریکی هستند که در داخل قرار دارند و قسمت دیگر روکش آن است قسمت مرکزی از یک نوع فلز(معمولا مس) تشکیل شده است و قسمت خارجی آن پلاستیکی است.

به موادی که جریان برق را از خود عبور می دهند رسانا می گویند. تمام فلزات از جمله مس رسانا هستند.

در مواد رسانا تعداد بی شماری الکترون آزاد وجود دارد. این الکترونها با جابه جا شدن در داخل رسانا، باعث جابه جایی بارالکتریکی از داخل رسانا می شوند.

به موادی که جریان برق را از خود عبور نمی دهند، نارسانا می گویند. روکش پلاستیکی سیم وبیش تر غیر فلزات نارسانا هستند، در اجسام نارسانا به تعدادی کافی الکترون آزاد برای جابه جایی وجود ندارد، در نتیجه وقتی به یک جسم نارسانا الکترون اضافه یا کاسته می شود جسم دارای بارالکتریکی می شود و بارالکتریکی در همان محل، ساکن باقی می ماند و جابه جا نمی شود.

اختلاف پتانسیل الکتریکی:

در یک مدار الکتریکی، در صورتی که مدار به درستی بسته شده باشد؛ جریان الکتریکی به وجود می آید و لامپ روشن می شود. برای به وجود آمدن جریان الکتریکی وجود قوه یا باتری ضروری است.

به قوه و باتری مولد جریان الکتریکی گفته می شود. در یک مولد صورتی از انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. مولدها انواع متفاوتی دارند:

۱- پیل شیمیایی:

در پیل های شیمیایی، انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. هر پیل ساده از دو میله غیر هم جنس رسانا تشکیل یافته که در محدوده ای از اسید یا باز یا نمک که به آن الکترولیت می گویند فرو برده شده است.

یک پیل ساده از دو تیغه رسانا (الکترودهای) متفاوت مس و روی ساخته شده است که در درون آن محلول رقیق سولفوریک اسید قرار دارد. وقتی دو تیغه بایک رشته سیم به هم متصل شوند روی در اسید حل می شود و جریان الکترون ها در سیم از روی به طرف سیم برقرار می شود.

تیغه ی روی را که دارای بار منفی است قطب منفی یا الکترود منفی و تیغه مس را که بارالکتریکی مثبت است قطب مثبت یا الکترود مثبت می نامند.

۲- پیل خشک:

پیل هایی که در چراغ قوه مورد استفاده قرار می گیرند، پیل خشک می نامند.

ظرف محتوی الکترولیت از روی ساخته شده است که خود قطب منفی پیل را تشکیل می دهد. قطب مثبت آن میله ای از جنس کربن است. الکترولیت آن خمیری از آمونیوم کلرید (نشادر) و یک ماده ژلاتینی است. برای جلوگیری از خشک شدن خمیر قسمت بالای پیل را با یک ورقه فیبر توسط قیر کاملا مسدود می کنند.

هر مولد جریان الکتریکی دارای یک مشخصه به نام ولتاژ یا اختلاف پتانسیل الکتریی است.

اختلاف پتانسیل الکتریکی، عامل ایجاد جریان الکتریکی در مدار است. یعنی برای ایجاد جریان در یک مدار، باید توسط یک مولد، بین دو سر مدار، اختلاف پتانسیل برقرار کنیم، جریان الکتریکی همواره از جسمی که پتانسیل الکتریکی بیش تری دارد به جسمی که پتانسیل کمتری دارد می باشد.

اختلاف پتانسیل الکتریکی را با علامت V نشان می دهند و واحد آن ولت (V) است.

اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه را با وسیله ای به نام ولت سنج اندازه می گیریم.

ولت سنج همواره در مدار به شکل موازی با بقیه اجزای مدار قرار می گیرد.

نکته: اختلاف پتانسیل بین پایانه های قوه ی معمولی برابر ۵۱ ولت, باتری ماشین های معمولی ۱۲ ولت و کامیون ها ۲۴ ولت یا بیش تر است.

شدت جریان الکتریکی:

هنگامی که دوسر رسانا را به باتری وصل می کنیم، بین دو سر آن اختلاف پتانسیل الکتریکی اعمال می شود، مولد با صرف انرژی الکترونهای آزاد را وادار به حرکت می کند و می گوییم جریان الکتریکی برقرار است.

توجه: در مایعات و گازها یونهای مثبت و منفی و الکترونها اما در رساناهای فلزی تنها الکترونهای آزاد    می توانند شارش کنند.

نکته: نسبت بار الکتریکی شارش شده از هر مقطع مدار به زمان شارش بار، یعنی آهنگ شارش بارالکتریکی را شدت جریان الکتریکی می گویند.

شدت جریان الکتریکی را با نماد I نشان می دهند و یکای آن آمپر است.

 q= مقدار بار الکتریکی عبوری از مدار بر حسب کولن (C)

= مدت زمان شارش بار الکتریکی برحسب ثانیه (S)

= I شدت جریان برحسب آمپر

توجه: تجربه نشان می دهد که اگر ولتاژ مولد جریان الکتریکی در یک مدار افزایش یابد، مقدار جریان الکتریکی در مدار به همان نسبت افزایش می یابد.

نکته۱: شدت جریان هر مدار با وسیله ای به نام آمپرسنج بر حسب یکای آمپر اندازه گیری می شود.

نکته۲: آمپر سنج همیشه در مدار به شکل سری (متوالی) با بقیه اجزای مدار قرار می گیرد.

مقاومت الکتریکی:

وقتی جریان الکتریکی از یک رسانا – مانند رشته ی درون لامپ – می گذرد، مقداری از انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی تبدیل شده و باعث گرم شدن لامپ می شود.

وقتی در یک رسانا را به مولد وصل می کنیم، اختلاف پتانسیل الکتریکی مولد، باعث می شود که الکترونهای آزاد، در مدار حرکت می کنند. در واقع مولد به الکترونهای آزاد موجود در رسانا انرژی می دهد. با تبدیل انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی (حرکتی) الکترونها در رسانا به حرکت در می آیند الکترونها ضمن حرکت در رسانا با ذره های سازنده ی آن برخورد کرده و در نتیجه رسانا گرم می شود. این عمل مرتبا تکرار می شود یعنی مولد به الکترونها انرژی می دهد و انرژی الکترونها در برخورد با ذره های مرتعش رسانا به گرما تبدیل می شود.

به همین دلیل بعد از مدتی که از مولد استفاده می شود، انرژی آن تمام خواهد شد.

مقاومت رسانا در مقابل حرکت الکترونها را مقاومت الکتریکی رسانا می گویند.

عوامل موثر در مقاومت الکتریکی رساناهای فلزی:

مقاومت یک رسانای فلزی در دمای ثابت به عوامل زیر بستگی دارد:

۱- طول رسانا:

هر چه طول سیم بلند تر باشد مقاومت الکتریکی آن بیش تر است. به عبارت دیگر مقاومت الکتریکی باطول سیم رابطه مستقیم دارد. طول سیم را با L نمایش می دهند و یکای اندازه گیری آن متر است.

۲- سطح مقطع رسانا:

مقاومت الکتریکی سیم های نازک بیش تر از سیم های کلفت است. به عبارت دیگر مقاومت الکتریکی با سطح مقطع سیم رابطه عکس دارد. سطح مقطع سیم را با A نمایش می دهند و یکای اندازه گیری آن مترمربع (m2) است.

۳- جنس رسانا (مقاومت ویژه):

مقاومت ویژه ی پاره ای از رساناها مانند نقره و مس کم و پاره ای دیگر مانند تنگستن و آهن نسبتا زیاد است.

مقاومت ویژه را با ρ نمایش می دهند و یکای اندازه گیری آن اهم متر (W.m)است.

با توجه به مطالب گفته شده، مقاومت یک رسانا از رابطه ی زیر به دست می آید.

R مقاومت الکتریکی است و برحسب اهم اندازه گیری می شود.

واحد مقاومت به افتخار خدمات علمی (گئورک زیمون اهم) نامگذاری شده است و نماد آن W (امگا) می باشد.

مقاومت الکتریکی رسانا را با وسیله ای به نام اهم متر اندازه می گیرند.

اگر این وسیله، همراه با ولت سنج و آمپر سنج یک دستگاه را تشکیل دهند آوومتر AVO me e نامیده می شود. (A برای اندازه گیری آمپر، V برای ولت و o برای اهم است)

قانون اهم:

آزمایش ها نشان می دهد که هر چه مقدار مقاومت الکتریکی یک مدار بیش تر باشد، شدت جریان الکتریکی در آن مدار کم تر است. از این رو می توان نتیجه گرفت که در یک مدار الکتریکی بین شدت جریان مدار، ولتاژ و مقاومت الکتریکی رابطه ی زیر وجود دارد.

مثلث اهم:

قانون اهم را می توان در مثلث مقابل قرار دارد. بنابر این دست خود را بر روی کمیت مورد نظر قرار        می دهیم و عملیات ریاضی باقیمانده را انجام می دهیم.

توجه: مقاومت الکتریکی یک رسانا با تغییر دما تغییر می کند. در رساناهای فلزی افزایش دما سبب افزایش مقاومت ویژه در نتیجه افزایش مقاومت رسانا می شود.

مثال: به دو سر یک لامپ اختلاف پتانسیل ۲۲۰ ولت وصل است. اگر شدت جریان در لامپ برابر ۵۰ آمپر باشد مقاومت الکتریکی لامپ چند اهم است؟

اتصال پیل ها:

۱- اتصال سری همسو:

اگر قطب مثبت هر پیل به قطب منفی مجاورش متصل شود اتصال را سری همسو می نامند و جهت جریان هایی که پیل ها به مدار می فرستند همسو است.

مثال: اگر در یک مدار به جای یک فوه ۵۱ ولتی از دو قوه ۵۱ ولتی که به طور سری به هم وصل شده اند استفاده کنیم، در مجموع اختلاف پتانسیل قوه ها برابر ۳ ولت می شود.

مجموع نیروی محرکه بیل های متصل به هم=نیروی محرکه پیل معادل

توجه: در صورتیکه یک یا چند پیل در خلاف جهت سایر پیل ها قرار داشته باشند، نیروی محرکه آن هارا از بقیه کم می کنیم.

۲-اتصال موازی همسو: در این اتصال قطب های همنام پیل ها دوبه دو به هم وصل شده اند و ولتاژ دو سر همه پیل ها مساوی است.

نیروی محرکه یکی از پیل ها= نیروی محرکه بیل معادل اتصال موازی همسو

به هم بستن مقاومت ها:

۱- مقاومت های متوالی:

اگر چند مقاومت مانند R1و R2و R3یکی به دنبال دیگری بسته شود به طوریکه از همه آن ها شدت جریان I بگذرد، می گوییم که مقاومت ها به طور متوالی به هم بسته شده اند، در این صورت مقاومت معادل از مجموع این مقاومت ها به دست می آید.

R=R1 R2 R3

در مقاوت های سری شدت جریان در طول مسیر یکسان است. پس I1=I2=I3

اما ولتاژ معادل برابر است با: V=V1 V2 V3

۲- مقاومت های موازی:

مقاومت ها را در صورتی موازی می گویند که هر یک از آنها بین دو نقطه از یک مدار بسته شود.

اختلاف پتانسیل دو سر همه مقاومت های موازی یکی است ولی جریان کل مدار بین آنها تقسیم می شود.

مقاومت معادل از رابطه ی زیر به دست می آید:

اختلاف پتانسیل دو سر همه مقاومت های موازی یکسان است پس V1=V2=V3

در مقاومت های موازی جریان بین مقاومت ها تقسیم می شود پس I=I1 I2 I3 

مثال: در شکل مقابل، قسمتی از یک مدار نشان داده شده است. مقاومت معادل آن چند اهم است؟

پاسخ: مقاومت های ۶و۴ اهمی به طور سری به یکدیگر متصل شده اند پس مقاومت معادل آن ها برابر است با:

R’=R۱ R۲=۶ ۴=۱۰Ω

مقاومت Wر۱۰(‘R) و مقاومت ۴۰ اهمی به طور موازی با یکدیگر بسته شده اند بنابراین مقاومت معادل آنها برابر است با:

آهنربا:

یونانیان باستان بیش از ۲۵۰۰ سال پیش با پدیده ی آهن ربا آشنا بودند، تالس که اغلب از او به عنوان پدر علم یونان یاد می شود، ماده ی کانی مگنتیت (Fe3O4) را که آهن می رباید می شناخت، ماده ی دارای چنین ویژگی را آهن ربا می گویند. مشهور است که این ماده برای نخستین بار در محلی به نام مگنزیا در آسیای صغیر (ترکیه ی امروز) مشاهده است.

خاصیت آهنربایی در آهن، نیکل، کبالت و پاره ای از ترکیبات و آلیاژهای آن ها نیز وجود دارد.

آهن ربا را با توجه به نوع کاربردی که دارند، به شکل های مختلف (میله ای،نعلی شکل، تیغه ای و…) می سازند.

قطب های آهنربا:

یک آهنربا به هر شکلی که ساخته شده باشد، دارای دو قطب است.

اگر یک آهنربا را درون ظرفی پر از میخ های کوچک یا براده های آهن فرو ببرید و سپس بیرون بیاورید مشاهده خواهید کرد که ربایش و تراکم براده های آهن در دو ناحیه آهنربا بیش از جاهای دیگر است.

به ناحیه هایی از آهن ربا که براده های بیشتری را جذب می کند و خاصیت آهنربایی در آن نواحی بیش تر است، قطب های آهنربا می گویند.

توجه: در آهنربای نعلی شکل، یکی از شاخه ها قطب N و شاخه ی دیگر قطب S است. در آهنربای حلقه ای معمولا دو سمت بالا و پایین آهنربا قطب ها را تشکیل می دهند.

اگر آهنربا را دور از چیزهای آهنی، آزادانه بیاویزیم همیشه در راستای شمال – جنوب جغرافیایی محل آزمایش قرار می گیرد، از این رو قطب های آهن ربا را به قطب N یا شمال یاب و قطب S جنوب یاب نامگذاری کرده اند.

یکی از ویژگی های جالب آهن ربا این است که اگر آهن ربایی را به دو یا چند قطعه بشکنیم، هر قطعه نیز خود یک آهن ربا با دو قطب S,N است آزمایش ها نشان داده است که هر قدر این عمل شکستن را ادامه بدهیم، بازهم قطعه های حاصل دارای دو قطب S,N خواهد بود. پس می توان نتیجه گرفت که قطب N از قطب S حدا شدنی نیست و کوچکترین ذره های تشکیل دهنده ی آهن رباها (یعنی اتم ها یا مولکول ها) نیز آهنربا هستند و دو قطب S,N دارند.

این آهنرباهای کوچک را دو قطبی مغناطیسی می نامند زیرا هر یک همواره دو قطب S,N دارند.

 خطی را که دو قطب یک دو قطبی مغناطیسی را به هم وصل می کند. محور مغناطیسی آن می نامند.یک دو قطبی مغناطیسی را با یک پیکان نشان می هند.

موادی را که اتم ها یا مولکول های سازنده آن ها خاصیت مغناطیسی دارند، مواد مغناطیسی می نامند. نحوه ی سمت گیری دو قطبی های مغناطیسی کوچک در مواد مغناطیسی مختلف، متفاوت است، به همین دلیل از لحاظ ویژگی های مغناطیسی با هم تفاوت دارند.

مواد پارامغناطیس:

دو قطبی های مغناطیسی در یک ماده ی پارامغناطیسی دارای سمت گیری مشخص و منظمی نیستند و در جهت های کاتوره ای قرار دارند. در نتیجه این مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. اگر آن ها را درون یک میدان مغناطیسی (مثلا نزدیک آهنربا) قرار دهیم دو قطبی های کوچک مانند عقربه های مغناطیسی در نزدیکی آهنربا رفتار می کنند و در راستای خطوط میدان منظم می شوند. هر چه میدان مغناطیسی قوی تر باشد، خاصیت مغناطیسی ماده بیش تر می شود.

اگر آهنربا را از این مواد دور کنیم، دو قطبی های مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت کاتوره ای قبلی بر می گردند.

منگنز، پلاتین، آلومینیوم، اکسیژن، اکسیدازت، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از جمله مواد پارامغناطیسی هستند.

مواد فرو مغناطیس:

در بعضی از مواد دو قطبی های مغناطیسی کوچک به طور طبیعی تمایل دارند با یکدیگر هم خط شوند.این مواد را فرو مغناطیس می نامند. در برخی از مواد فرومغناطیس مانند آهن، کبالت و نیکل در صورتی که خالص باشند، با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی به سهولت آهنربا می شوند و به راحتی نیز خاصیت آهنربایی خود را از دست می دهند. به این مواد،فرو مغناطیس نرم گفته می شود.

مواد فرومغناطیس نرم با حذف میدان مغناطیسی خارجی خاصیت آهنربایی خود را از دست می دهند و به همین دلیل برای ساختن آهنرباهای الکتریکی(آهنرباهای غیر دایم) مناسب هستند.

برخی دیگر از مواد مانند فولاد (آهن به اضافه دو درصدکربن), آلیاژهای دیگری از آهن، کبالت و نیکل به سختی آهنربا می شوند به این مواد فرومغناطیس سخت می گویند. این گونه مواد، پس از برداشتن میدان مغناطیسی خارجی، ماده فرو مغناطیس سخت، خاصیت آهنربایی خود را حفظ می کنند، به همین دلیل این مواد برای ساختن آهنربای دائمی مناسب هستند.

اثر قطب های آهنربا:

قطب های همنام (N,N – S,S) یکدیگر را می رانند.

قطب های ناهمنام (N,S) یکدیگر را می ربایند.

ساخت آهن ربا:

آهنربا معمولا به سه روش مالش، القا و الکتریکی ساخته می شود.

۱) مالش:

اگر میله فولادی را مطابق شکل به وسیله یک آهنربا مالش دهیم میله خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و آهنربا می شود. در این روش قطبی که در انتهای مسیر، مالش به وجود می آید مخالف قطب مالش دهنده است.

۲) القای مغناطیسی:

اگر یک سر آهنربای میله ای را به چند میخ آهنی کوچک نزدیک کنیم مشاهده می شود که میخ ها جذب آهن ربا شده و هر یک میخ می تواند میخ دیگری را جذب می کند. در واقع میخ اولی توسط آهن ربا به یک آهنربا تبدیل شده که توانسته است میخ دومی را جذب کند. به همین ترتیب میخ های بعدی نیز آهنربا شده اند. به این ترتیب یک زنجیر مغناطیسی ساخته شده است.

اگر آهنربای قویتری داشته باشیم می توانیم زنجیر بلندتری بسازیم.

ایجاد خاصیت مغناطیسی در یک آهن توسط یک آهن ربا بدون تماس با آن، را القای مغناطیسی می نامند.

آهن ربا ابتدا سنجاق یا یک ماده ی مغناطیسی را طوری به آهن ربا تبدیل می کند که قطب های ناهمنام آهنربا و سنجاق در مجاورت یکدیگر واقع شوند، در این حالت نیروی جاذبه مغناطیسی بین قطب های ناهمنام، باعث جذب سنجاق توسط آهنربا می شود.

۳) روش الکتریکی:

برای آن که یک آهنربای الکتریکی بسازیم، کافی است یک قطعه آهن را در داخل یک سیملوله که از چندین دور تشکیل شده قرار داده و جریان مستقیمی به مدت چند ثانیه از آن بگذرانیم، قطب آهنربایی که ایجاد می شود به جهت جریان از سیملوله بستگی دارد. اگر سیم پیچ را طوری دست خود بگیریم که چهار انگشت پیچیده شده در جهت جریان قرار گیرد، انگشت شست، قطب N را نشان می دهد.

توانایی آهنرباهای الکتریکی به سه عامل بستگی دارد:

۱) شمار دورهای سیملوله هر چه عده دورهای سیملوله بیشتر باشد، آهنربای الکتریکی قویتر خواهد بود.

۲) جریانی که از سیملوله می گذرد هر چه شدت جریان عبوری از سیملوله بیش تر باشد, آهن ربا الکتریکی قویتر خواهد بود.

۳) شکل هسته سیملوله

نکته: مهم ترین عواملی که خاصیت آهنربایی را ضعیف می کنند، گرما و ضربه هستند برای جلوگیری از ضعیف شدن آهنربا، باید:

۱- از وارد شدن ضربه به آن جلوگیری شود.

۲- از قرار دادن آن در محل گرم خودداری کنیم.

۳- آهنربا را به صورت دوتایی به نحوی که قطب N هر یک در مجاورت قطب S دیگری قرار داشته باشد، نگهداری کنیم یا آن ها را به یک جسم آهنی بچسبانیم.

دو قطعه آهن نرم که در دو قطب آهنربا قرار می گیرند، بنا به خاصیت القا آهنربا می شوند.

حتما شما هم می دانید که هر دستگاه الکتریکی برای کار کردن نیاز به جریان الکتریکی دارد.

اما جریان الکتریکی چطور ایجاد می شود؟ در چه اجسامی می توان این جریان را جاری کرد؟

این ها همه سوالاتی هستند که ممکن است در ذهن شما هم رخ دهد.

به همین دلیل ما در ادامه شما را با الکترون های آزاد، ماهیت و روش های ایجاد پتانسیل و جریان الکتریکی آشنا خواهیم کرد.

۱# تعریف جریان الکتریکی چیست؟

تعریفی کلی که از جریان ارائه می شود این است که جریان، مقدار بار الکتریکی عبوری از واحد سطح در واحد زمان است.

در واقع جریان الکتریکی ناشی از حرکت الکترون ها در جسم رسانا است.

اما مساله اینجاست که تفاوت اجسام رسانا و نارسانا در چیست؟ چرا فلزات رسانا و پلاستیک ها نارسانا هستند؟

علت رسانا بودن بعضی از اجسام، صرفا وجود الکترون آزاد در لایه آخر اتم آن هاست.

هر جسمی (مانند فلزات) که در لایه آخر اتم های خود الکترون های آزاد داشته باشد رسانا است و هر جسمی که اتم های آن فاقد الکترون آزاد باشند (مانند چوب و پلاستیک) جسم نارسانا یا عایق می باشد.

تا این جا متوجه شدید که جریان الکتریکی فقط در اجسام رسانا ایجاد می شود، در تصویر شماره یک، اتم های یک جسم رسانا را مشاهده می کنید، هر اتم دارای یک الکترون آزاد است که به دور هسته اتم در گردش است.

هسته اتم ها با A و الکترون آزاد مربوط به لایه آخر هر اتم با B نشان داده شده است.

شاید در نگاه اول به تعریف جریان به نظر بیاید که برای جاری شدن جریان، الکترون ها از اول قطعه شروع به حرکت می کنند و از انتهای آن بیرون می آیند، اما در واقعیت موضوع این نیست.

اتفاقی که در واقع می افتد این است که ما از ابتدای قطعه یک الکترون به اتمی از رسانا منتقل می کنیم و انرژی این الکترون باعث جا به جا شدن الکترون در اتم بعدی می شود و این روند تا آخرین اتم ادامه پیدا می کند و به این شکل جریان در مدار الکتریکی جاری می شود.

۲# جریان الکتریکی چگونه ایجاد می شود؟

برای ایجاد جریان در یک رسانا به اختلاف پتانسیل در دو طرف جسم رسانا احتیاج داریم تا بتوان به کمک این اختلاف پتانسیل، الکترون های آزاد جسم رسانا را به حرکت وادار کرد.

اگر به روش هایی که گفته خواهد شد یک اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو طرف جسم رسانا ایجاد کنیم (تصویر شماره دو در شکل بالا) الکترون های آزاد به سمت پتانسیل مثبت به حرکت در آمده و وظیفه انتقال بار الکتریکی در داخل جسم را انجام می دهند.

در این حالت می گوییم جریان الکتریکی در جسم ایجاد شده است و به الکترون ها حامل های بار می گوییم.

در شکل زیر می توانید این پدیده یعنی حرکت الکترون های آزاد یک جسم فلزی در لایه آخر اتم های آن را مشاهده کنید.

اما چگونه باید یک اختلاف پتانسیل ایجاد کنیم؟

در ادامه به چند روش اشاره خواهیم کرد.

۱-۲# ایجاد جریان توسط مغناطیس

با ایجاد یک میدان مغناطیسی می توان جریان الکتریکی به وجود آورد.

در تصویر یک، سیم پیچی را به دور آهنربایی که دو قطب آن با رنگ آبی و قرمز نشان داده شده اند پیچیده ایم، اگر دو طرف سیم پیچ را با ولت متر اندازه گیری کنیم، ولت متر وجود پتانسیل الکتریکی را در سیم نشان می دهد.

یعنی اگر به جای ولت متر یک لامپ قرار دهیم جریان الکتریکی در سیم پیچ ایجاد می شود و لامپ روشن می شود.

اما علت به وجود آمدن پتانسیل الکتریکی در سیم پیچ چیست؟

آهنربا در اطراف خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند، این میدان مغناطیسی در تصویر بالا شماره دو نشان داده شده، خطوط مغناطیسی از قطب S آهنربا به قطب N حرکت می کنند.

اگر سیم پیچ را با اندازه مناسب در سر راه این خطوط مغناطیسی قرار دهیم به علت ایجاد میدان مغناطیسی حول سیم پیچ، یک پتانسیل الکتریکی در دو سر سیم پیچ (نقاط A و B) به وجود می آید.

جالب است بدانید عکس این قضیه نیز ممکن است؛ یعنی اگر در یک سیم، جریان الکتریکی ایجاد کنید در اطراف سیم میدان مغناطیسی ایجاد می شود و می توان از این میدان مغناطیسی استفاده های فراوانی کرد و وسیله هایی  مانند آهنربای الکتریکی، موتورهای الکتریکی و… ساخت.

در شکل زیر ایجاد میدان مغناطیسی با رنگ قرمز حول یک سیمی که جریان الکتریکی از داخل آن عبور می کند را مشاهده می کنید.

در شکل زیر یک آهنربای ساده را مشاهده می کنید که با ایجاد سیم پیچ به دور یک میخ ساده و ایجاد پتانسیل الکتریکی در دو طرف سیم پیچ ساخته شده است.

۲-۲# ایجاد جریان توسط نیروی گردشی

تقریبا در تمامی نیروگاه های برق از این روش برای ایجاد جریان و پتانسیل الکتریکی استفاده می شود.

به جز نیروگاه های خورشیدی، بقیه نیروگاه های بادی، برق آبی، گازی، هسته ای به ترتیب از توربین های بادی، برق آبی، گازی و بخار استفاده می کنند.

توربین ها توسط انرژی های مختلف به چرخش در می آیند و با اتصال محور توربین به محور ژنراتور، این چرخش را برای تولید برق استفاده می کنند.

حال سوال اینجاست که چگونه از چرخش یک ژنراتور برق تولید می شود؟

شکل زیر اساس کار تمام ژنراتورها را نشان می دهد.

یک سیم فلزی با شکل خاص که در شکل با B نشان داده شده است (البته در عمل از یک سیم استفاده نمی شود بلکه سیم پیچ بزرگی به کار می رود)، مابین دو قطب آهنربای دائمی که با A نشان داده شده قرار می گیرد.

با چرخش سیم B مابین دو قطب آهنربایی A یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم به وجود آمده و باعث ایجاد پتانسیل و جریان الکتریکی درون سیم می شود.

سپس می توان از این جریان الکتریکی به وجود آمده در سیم برای مصارف برقی خانگی و صنعتی بهره برد.

عملکرد نشان داده شده اساس کار همه ژنراتورهاست.

هرچقدر سرعت چرخش و تعداد سیم پیچ ها (و در نتیجه حجم توربین) بیشتر باشد، جریان الکتریکی یعنی برق بیشتری تولید خواهد شد.

۳-۲# ایجاد جریان با روش شیمیایی

با استفاده از فرآیندهای شیمیایی می توان جریان الکتریکی ایجاد نمود.

نمونه بارز آن باتری ها هستند.

در داخل باتری از ترکیبات شیمیایی مخصوصی استفاده می شود تا در دو سر باتری (و یا به عبارت صحیح تر در دو سر قطب های باتری) پتانسیل الکتریکی به وجود بیاید.

اگر بین دو قطب باتری با استفاده از سیم و یک مصرف کننده مانند لامپ اتصال برقرار کنیم جریان الکتریکی ایجاد می شود.

در شکل زیر ایجاد جریان الکتریکی در سیم و مصرف کننده جریان (لامپ قرمز رنگ) را مشاهده می کنید.

روش های فراوان دیگری برای ایجاد پتانسیل الکتریکی وجود دارند. مانند استفاده از اختلاف حرارتی بین دو صفحه، روش های ضربه ای، روش های خورشیدی و…. که جهت رعایت اختصار مطلب به آن ها اشاره نمی کنیم.

۳# فرمول شدت جریان الکتریکی چیست؟

مقدار و یا شدت جریان الکتریکی عبوری از یک ماده را با یکای آمپر (در سیستم SI) نمایش می دهند.

علامت این یکا (A) بوده و حرف متناظر با جریان در نمادگذاری مداری (I) است.

یک آمپر جریان، تعریف شده از یک کولن بار عبور کرده از یک نقطه در مدت یک ثانیه است و برای محاسبه جریان عبوری از یک سیم کافی است تعداد بار عبوری در واحد زمان از یک سطح مقطع مشخص را محاسبه کنیم و طبق رابطه زیر داریم:

I = Q

برای مثال اگر به یک سطح عمود از یک رسانا نگاه کنیم اگر ۳ ثانیه زمان ببرد تا ۶ کولن بار از این سطح عبور کند، می گوییم جریان عبوری از این سیم ۲ آمپر است.

همین جریان یک پایه ثابت از مثلث قانون اهم است که با حضور آن مدارهای الکتریکی بی شماری به سادگی در حال کار کردن هستند.

طبق روابط ایجاد شده در قانون اهم اگر جریان در حال عبور از یک مقاومت باشد از رابطه زیر نیز قابل محاسبه است:

I = VR

۴# جهت قرار دادی جریان الکتریکی

حتما توجه کرده اید که تا به حال که درباره حرکت الکترون ها در یک مدار الکتریکی صحبت کردیم، این حرکت از ترمینال منفی منبع تغذیه شروع و به سمت مثبت آن سپری شده است؛ اما در علم الکترونیک جهت قراردادی جریان، در جهت عبور از سمت مثبت به منفی در نظر گرفته می شود که در واقع به منظور جاری شدن جریان از پتانسیل بیشتر به پتانسیل کمتر است.

این جهت قراردادی برای جریان الکتریکی در اواسط قرن ۱۷ قرار داده شد؛ اما با این که در انتهای قرن ۱۹ فیزیک دانان متوجه جهت واقعی حرکت الکترون ها شدند، جهت قراردادی را تغییر ندادند و هنوز در مدارهای الکتریکی با همان جهت محاسبات انجام می شود.

۵# انواع جریان الکتریکی

جریان با توجه به منبع سازنده آن می تواند در ۲ نوع اصلی در مدار ظاهر شود که در ادامه هر یک را توضیح خواهیم داد.

۱-۵# جریان متناوب (Al e a i g cu e )

جریان متناوب که به اختصار AC نیز نامیده می شود، در واقع نوعی از جریان است که جهت عبور آن و جهت مغناطیسه حاصل از آن در هر دوره زمانی مشخصی معکوس می شود.

جریان AC در واقع همان جریان تولید شده در نیروگاه هاست که از طریق خطوط انتقال برق به مصرف کننده های بزرگ و کوچک رسیده و همان برق خروجی از پریز خانه های ماست که تمامی وسایل آشپزخانه و سایر لوازم برقی منزل با آن کار می کنند.

شکل موج متداول در جریان های AC شکل سینوسی است که در نیم موج مثبت جهت جریان مثبت و در نیم موج منفی معکوس آن است.

در این نوع از جریان علاوه بر میزان یا شدت جریان، پارامتر دیگری مهم است که همان فرکانس موج متناوب سیگنال جریان است.

برای مثال برق شهری توزیع شده به منازل در تهران دارای شدت حدودی بین ۱۵ تا ۲۵ آمپر و فرکانس ۵۰ هرتز است.

۲-۵# جریان مسقیم (Di ec cu e )

جریان مستقیم که به اختصار DC نیز نامیده می شود کاملا برعکس جریان متناوب رفتار می کند.

به این معنی که جهت جاری شدن جریان در تمامی زمان ها ثابت و مشخص است.

این نوع جریان را معمولا منابع تغذیه خاص می سازند وسلول های الکتروشیمیایی یکی از مثال های ساده برای تولید این نوع جریان هستند،باتری ها نیز همگی جریان مستقیم تولید می کنند.

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید جریان مستقیم بر یک موج ثابت و ایستا منتشر می شود.

از این جریان در مصارف مشخصی که تجهیزات نیاز به برق مستقیم دارند استفاده می شود؛ مثل برق مورد نیاز خودرو، یا فرآیند الکترولیز مواد شیمیایی و …

۶# اندازه گیری جریان الکتریکی

برای اندازه گیری جریان در یک مدار باید از دستگاهی به نام آمپرمتر استفاده کرد.

با گسترش تکنولوژی استفاده از آمپر متر ها در مدارها و آزمایش های پایه ای، کم رنگ تر شده است و به جای آن از بخش سنجش جریان در مولتی متر ها استفاده می شود.

شیوه اندازه گیری جریان با آمپرمتر به این صورت است که در مسیر مورد نظر برای اندازه گیری باید آمپرمتر را به صورت سری در مدار قرار داد.

به بیان ساده تر باید آمپرمتر را هم به شیوه ای بست که مشابه یکی از قطعات داخل مدار باشد و جریان عبوری از مدار، از آن هم عبور کند.

مقاله بالا بخشی از مطالب گسترده تعمیرات مدارهای الکترونیکی است.

برای یادگیری صفر تا صد این حوزه به آموزش جامع تعمیرات الکترونیکی نماتک مراجعه کنید.

برای مشاهده توضیحات کامل بسته کلیک کنید.

اگر به دنبال یاد گرفتن مهارت بیشتر و افزایش درآمد هستید،

برای دریافت آموزش های رایگان مرتبط با حوزه علاقه‌مندی خود فقط کافیه فرم رو تکمیل کنید.

وضعیت شغلی خود را انتخاب کنید:

نظرتون درباره این مقاله چیه؟ ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم. توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.

درباره نویسنده : محمدعلی شریعتمداری

مطالب مرتبط

اثر هال

دیتاشیت چیست؟

باتری لیتیوم یونی

۶ نظر

درود بر شما تیم ارزشمند نماتک سپاس بسیار از وبسایت خوب و آموزنده و ارزشمندتون امیدوارم همیشه تندرست و بهروز باشید.

سلام خدمت شما جناب مهندس بزرگوار ممنون از لطف و محبت شما به تیم نماتک. باعث افتخار هست همراهی شما عزیزان با سایت نماتک و بسیار خرسند هستیم اموزش برای شما مفید واقع شده. ارزوی موفقیت برای شما داریم و از اینکه همراه تیم نماتک هستید سپاسگزاریم.

سلام در یک مدارسری با المانهای مختلف از جمله شدت جریان در تمام نقاط طبق قانون مدار یکسان میباشد ولی مگه این جریان از اولین مقاومت عبور کنه ازشدتش کاسته نمیشه خب چطور در مقاومت دومی باز همون مقدارجریانه لطفا توضیح گیج شدم

ممنون

سلام طبق فرمایش خودتون در مدارهایی که المان ها به صورت سری و دنبال هم بسته شده اند، جریان با عبور از یک المان مثل مقاومت، سلف و یا هر قطعه الکترونیکی دیگه هیچ تغییری پیدا نمیکنه و پارامتری که در این حالت دچار افت مقدار میشه، ولتاژ هست که در واقع اختلاف پتانسیل بین دو سر یک قطعه در اثر عبور جریان ایجاد میشه و این باعث میشه که اگر برای مثال یک سمت پایه مقاومت به منبع ۵ ولت وصل شده، بخاطر خاصیت داخلی قطعه مقاومت، در سر دوم اون ولتاژ به اندازه RI از ۵ ولت کمتر هست.

به بیان دیگر جریان همون حرکت الکترون ها توی یه مدار هست که برای مثال اگر از منبع در یک ثانیه ۱ کولن بار منفی (الکترون) وارد مدار بشه جریان ۱ امپری رو میسازه که این ۱ کولن بار در مسیر سری قطعات هیچ تغییری نمیکنه.

امیدوارم تونسته باشم توضیح کوتاه و کاملی خدمت شما ارائه کرده باشم و ابهام پیش اومده براتون رفع شده باشه. موفق و پیروز باشید

خیلی خوب بود حتی برای پسر بچه ابتدایی .باتشکر

سلام ممنون از لطفتون مایه مباهات ماست که مطالب برای اقشار و سنین مختلف مفید واقع بشوند. موفق باشید

ثبت ديدگاه لغو پاسخ

Δdocume .ge Eleme ById( ak_js_1 ).se A ibu e( value, ( ew Da e() ).ge Time() );

◄ بسته آموزش جامع تعمیرات الکترونیکی

◄ ۸۰ ساعت ویدیو با کیفیت

◄ ۶۰ روز ضمانت بازگشت وجه

مشاهده بسته تعمیرات الکترونیکی

عنوان

دپارتمان برق و تاسیساتتاسیسات الکتریکیاعلام حریقساختمان مدرنبرق صنعتیحفاظت موتورحفاظت کاتدیطراحی تابلو برقسیستم زمین صنعتیرویت مپکارشناس رسمی برقآزمون نظام مهندسی برقدوربین مداربسته و دزدگیرسیم پیچی الکتروموتور

دپارتمان الکترونیک و کامپیوترالکترونیکمیکروکنترلر آرمتعمیرات الکترونیکیتعمیرات لوازم خانگیسیسکومهارت های کامپیوتریرهگیری جرمپایتونتعمیرات کامپیوتر و لپ تاپتوسعه دهنده وب فرانت اند

دپارتمان کنترل و ابزار دقیقاتوماسیون صنعتیاتوماسیون زیمنسانبارداری هوشمنددرایوابزار دقیقابزار دقیق کاربردیکالیبراسیونزبان صنعت

دپارتمان مکانیکهیدرولیکهیدرولیک پیشرفتهپمپ های سانتریفیوژسی ان سیطراحی و تحلیل مهندسیهوای فشردههوشمندسازی اتومبیلطراحی مخازن اتمسفریکپاورمیلطراحی مخازن تحت فشاردستگاه تراش یونیورسالنصب و نگهداری پله برقیآزمون نظام مهندسی مکانیکنرم افزار انسیس فلوئنتطراحی قالب تزریق پلاستیکپنوماتیکسیستم های تهویه مطبوع

دپارتمان مواد و بازرسیآزمون های غیرمخرببازرسی پیچ و مهرهدستورالعمل جوشکاریخوردگی و بازرسی رنگبازرسی کالااصول علم مواداستانداردهای جوشکاریاستاندارد ۱۷۰۲۰شناسایی و انتخاب مواد مهندسیبازرسی جرثقیلبازرسی آسانسور کششیانتخاب مواد در نفت و گاز

دپارتمان پایپینگ و فرآیندپایپینگکد طراحی پایپینگشیرآلات پایپینگشبیه سازی فرآیندطراحی فرآیندمبدل های حرارتیطراحی خطوط لولهشبیه سازی مبدل های حرارتیشیرآلات صنعتی

دپارتمان عمران و معماریرویت معماریامور قرارداد و پیمانتری دی مکسانتخاب مصالح نازک کاریآزمایش مکانیک خاکآزمون نظام مهندسی معماریآزمون نظام مهندسی عمران

دپارتمان صنایع و مدیریتایمنی صنعتیایمنی مواد شیمیاییایمنی و بهداشت شغلینگهداری و تعمیراتپریماوراکنترل پروژهحسابداری بازار کارقوانین و مقررات مالیاتیمدیریت دارایی فیزیکی

دپارتمان مباحث پیشتازفوریت های پزشکیمدیریت زخمرایتینگ آیلتسعکاسیآمادگی آزمون A1 گوته

نماتک

آموزش صحیح

رسانه مهارتی نماتک به شما کمک می‌کند تا به راحتی مهارت‌های کاربردی در حوزه صنعت را بیاموزید و گامی موثر در پیشرفت صنعت کشور بردارید.

درباره ماتماس با مااتاق خبرشرایط و قوانینحریم خصوصی

پیشنهاد آموزشپرسش و پاسخراهنمای خریدآموزش شرکتیدریافت مدرک