آشنایی با الکترونیک

[Sorush SG]

آشنایی با الکترونیک :

[Sorush SG]

انرژي الكتريكي چيست ؟

ميدانيم كه هر ماده از تعداد بسيار اتم تشكيل شده است كه هر اتم نيز از سه قسمت :

1-نوترون

2- پروتن

3-الكترون

تشكليل شده است تعداد الكترونها با تعداد پروتنها در حالت عادي (خنثي) برابر است الكترون داراي بار منفي و پروتن داراي بار مثبت ميباشند كه الكترونها به دور(( پروتن و نوترون )) (هسته اتم) با سرعت بسيار زيادي ميچرخند.

در اثر اين چرخش نيروي گريز از مركزي بوجود مي آيد كه مقدار اين نيرو با مقدار نيروي جاذبه بين الكترونها و هسته برابر است پس اين برابري نيرو الكترونها را در حالت تعادل نگه ميدارد و نميگذارد كه از هسته دور شوند .

يك سيم مسي هم داراي تعداد زيادي اتم و در نتيجه الكترون است هر گاه ما بتوانيم توسط يك نيرويي الكترونهاي در حال چرخش به دور هسته را از مدار خود خارج كنيم و در يك جهت معين به حركت در آوريم جريان الكتريكي برقرار ميشود.

پس اين نكته را دريافتيم كه جريان برق چيزي جز حركت الكترونها نيست البته اين حركت بصورت انتقالي انجام ميشود يعني يك اتم تعدادي الكترون به اتم كناري خود ميدهد و اتم كناري نيز به همين ترتيب تعدادي الكترون به اتم بعدي ميدهد و بدين صورت جريان برقرار ميشود.

پس هر گاه كه ميگوئيم جريان برق كم يا زياد است يعني تعداد الكترونهايي كه در مسير سيم در حال حركت هستند كم يا زياد است .

[Sorush SG]

نيروهايي كه باعث جدا شدن الكترون از هسته ميشوند:

1- نيروي مغناطيسي خارجي

هرگاه يك سيم را در يك ميدان مغناطيسي حركت دهيم نيروي اين ميدان باعث حركت الكترونهاي سيم ميشود .

2- ضربه

فرض كنيد يك اتوبوس كنار خيابان ايستاده و تمام مسافران آن محكم روي صندليها نشستند بعد يك اتومبيل ديگر با سرعت زياد به جلوي اين اتوبوس برخورد ميكند حال اتوبوس با سرعت به عقب پرتاب ميشود و مسافران كه در آنها اينرسي سكون ذخيره شده تمايل دارند كه به همان حالت سكون باقي بمانند در نتيجه اتوبوس به عقب رفته ولي مسافران در همان نقطه مكاني باقي ميمانند در نتيجه مسافران از صندليهاي خود جدا شده و از شيشه اتوبوس به بيرون پرتاب ميشوند پس اين نيروي ضربه بود كه مسافران را از اتوبوس جدا كرد به همين صورت نيز ضربه ميتواند الكترونها را از مدار خود خارج كند. نمونه اين توليد برق در فندكها.

3- انرژي خورشيدي

انرژي خورشيدي نيز داراي نيرويي است كه قادر است الكترونها را از مدار خود جدا كند.

4-حرارت و ...

[Sorush SG]

ميدانيم كه حرارت باعث ميشود كه جنبش ملكولي اجسام زياد شود در اثر اين جنبش تعداد زيادي ملكول به شدت با هم برخورد ميكنند كه همان نيروي ضربه را بوجود مي آوردند و باعث جدا شدن الكترون از اتم ميشوند .

نكته : يك سيم مانند دالاني ميماند كه در يك دوره زماني مشخص تعداد معيني از افراد ميتوانند از آن عبور كنند يعني براي اينكه در دوره زماني مشخص مثلا در 1 دقيقه افراد بيشتري بتوانند از اين دالان عبور كنند بايد سرعت حركت آنها بيشتر شود در نتيجه در اثر برخورد با هم و با ديواره دالان باعث ايجاد اصطكاك و گرما ميشوند براي سيم نيز چنين اتفاقي مي افتد يعني اگر بخواهيم تعداد الكترونهاي در حال حركت را افزايش دهيم (جريان را افزايش دهيم ) سرعت حركت الكترونها و نيز تعداد الكترونهايي كه همراه با هم از مقطع سيم عبور ميكنند افزايش مي يابد در نتيجه اصطكاك افزايش يافته و توليد گرما ميكند كه اگر جريان بيش از حد مجاز خود از سيم عبور كند گرماي توليد شده باعث ذوب شدن سيم ميشود (سيم ميسوزد).

برداشت كلي از اين قسمت : حركت الكترونها در يك هادي (سيم) را جريان الكتريكي گويند .

تا اينجا معني جريان را فهميديم اما در مورد ولتاژ چه بايد گفت ؟

آيا يك منبع كه ولتاژش بيشتر باشد برق بيشتري توليد ميكند يا منبعي كه جريانش بيشتر باشد ؟

[Sorush SG]

هر گاه يك اتم الكترنهايش را از دست دهد بار منفي آن كم ميشود و اصطلاحاً ميگوئيم بار دار مثبت شده است .

ميدانيم كه بين بار مثبت و منفي نيروي جاذبه وجود دارد و نيروي جاذبه يك عدد الكترون با نيروي جاذبه يك عدد پروتن برابر است به همين جهت است كه در اتم هر پروتن براي خود يك الكترون اختيار ميكند تا اينكه بار الكتريكي اتم خنثي شود .

در حالت عادي تمام اتمهاي يك سيم از نظر بار الكتريكي خنثي هستند.

وقتي ما توسط نيروي خارجي الكترونهاي اتمهاي سيم را جدا ميكنيم و آنها را به يك سمت هدايت ميكنيم آن طرف سيم كه الكترونها به آنجا هدايت شده اند داراي زيادي الكترون است پس بارش منفي ميشود و طرف ديگر كه كمبود الكترون دارد بارش مثبت ميشود در نتيجه بين دوسر سيم يك اختلاف بوجود مي آيد اين اختلاف بصورت انرژي پتانسيل در دو سر سيم ذخيره ميشود تا زمانيكه راهي براي خنثي شدنش پيدا كند.

پس در اين حالت هيچ گونه جرياني در سيم و جود ندارد و فقط يك انرژي پتانسيل دو سر سيم ذخيره شده است كه به اين نيروي پتانسيل ولتاژ الكتريكي گوييم حال چنانچه نيروي خارجي را قطع كنيم الكترونها به سرعت به جاي قبلي خود برميگردند و در يك لحظه چريان برقرار ميشود .

پس متوجه شديم تا زمانيكه نيروي خارجي وجود دارد نميگذارد كه الكترونها از مسير همان سيم به جاي خود برگردند پس بايد راه ديگري پيدا كنند براي همين اگر توسط يك سيم ديگر كه ميدان خارجي آن را تحت تاثير خود قرار نداده باشد دو سر سيم قبلي را به هم وصل كنيم الكترونها راهي براي حركت به سمت مكان كمبود الكترون پيدا ميكنند در نتيجه جريان در سيم برقرار ميشود .

[Sorush SG]

پس نتيجه گرفتيم كه در يك مدار الكتريكي كار اصلي را جريان انجام ميدهد و ولتاژ فقط يك نيروي ذخيره شده است كه باعث به حركت در آوردن الكترونها ميشود .

حال براي اينكه بهتر متوجه شويد كه ولتاژ چگونه باعث به حركت در آوردن الكترونها (برقراري جريان ) ميشود يك مثال ميزنيم .

فرض كنيد دو ليوان داريم كه يكي پر و ديگري نصفه است ليوانها را در كنار هم قرار ميدهيم ميدانيم كه بين اين دوليوان اختلاف مقدار آب وجود دارد همانگونه كه بين دو سر سيم اختلاف مقدار الكترون وجود داشت اگر اين ليوانها چندين ساعت هم در كنار هم قرار بگيرند هيچ اتفاقي نمي افتد اما چنانچه توسط يك لوله ته دو ليوان را به هم وصل كنيم آب از طرف ليوان پر تر به سمت ليوان نصفه حركت ميكند تا زمانيكه سطح آب درون دو ليوان به يك اندازه شود .

پس در اينجا اختلاف آب است كه باعث حركت ميشود و در آنجا اختلاف الكترون (اختلاف پتانسيل) كه اين اختلاف پتانسيل خود داراي مقدار است كه به آن مقدار ولتاژ ميگوئيم .

[Sorush SG]

آشنايي با الكترونيك - مقدمات :

رساناي الكتريكي (هادي)به هر ماده اي كه بتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد رساناي الكتريكي يا هادي الكتريك (هدايت كننده جريان الكتريكي ) گويند مانند فلزات و به هر ماده كه نتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد نارسانا يا غيرهادي گويند مانند پلاستيك ، چرم ، كاغذ وغيره .

مقاومت چيست ؟

هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان ميدهد اين مقاومت باعث ميشود كه جريان عبوري از هادي محدود شود، مثال دو ليوان آب را به ياد بياريد وقتي بين دوليوان كه مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله اي وصل كرديم آب از طرف ليوان پرتر به طرف ليوانه نصفه در درون لوله به حركت در آمد حالا اگر يك شير سر راه اين لوله قرار دهيم چنانچه شير را به سمت بسته شدن بچرخانيم لوله ارتباطي تنگ تر ميشود در نتيجه جريان آب كاهش پيدا ميكند يعني مقاومت سر راه لوله را افزايش داده ايم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعيين كننده مقدار جريان آب عبوري از لوله است در واقع شير يك وسيله براي كنترل جريان آب است به همين صورت با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان جريان كل مدار را كنترل كرد .

مقدار مقاومت بستگي به جنس هادي و طول آن دارد كه آن را بر حسب اهم مي سنجند يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند .

[Sorush SG]

هنگام در گيري سربازهاي سيم و سربازهاي الكتروني ، الكترونها با سلاح هاي گرم به جان سيم مي افتند و در اثر اين جنگ و آتش سوزي مقداري از انرژي سربازهاي الكتروني بصورت گرما هدر ميرود پس يكي از كارهايي كه مقاومت انجام داد اين بود كه مقداري از جريان را تبديل به گرما كرد در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده ميكنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه به آن المنت هم ميگويند.

در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام ميده ميگيم سيم يا دستگاه انرژي الكتريكي رو مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما را لازم نداشته باشيم و بي علت توليد بشود ميگوييم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي را تلف كرده مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد ميشود .

سمبل مداري مقاومت به اين شكلها است :

[Sorush SG]

مقاومت ممكن است چندين حلقه سيم مسي نازك كه به دور هسته اي پيچيده شده است باشد ، و يا از مواد نيمه رسانا مانند كربن ساخته شده باشد.

مواد نيمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بيشتري در برابر عبور جريان از خود نشان ميدهند.

مقاومتها به اشكال و اندازه هاي مختلفي ساخته ميشوند كه رايجترين آنها ، مقاومتهاي رنگي هستند كه از آنها در جريانهاي پايين استفاده ميشود و در جريانهاي بالا معمولا از مقاومتهاي سراميكي يا آجري استفاده ميشود كه نسبت به مقاومتهاي رنگي حجم بيشتري دارند .

حالا ميخواهيم يك رابطه بين اين سه كميت پيدا كنيم :

مقاومت ، جريان ، ولتاژ

بازهم مثال ليوان آب :

گفتيم اگه يه شير سر راه لوله رابط دو ليوان قرار دهيم ميتونيم جريان آب را كنترل كنيم حالا فرض كنيد شير آب را به اندازه اي تنظيم كرديم كه در هر ثانيه يك سي سي آب وارد ليوان نصفه ميشود حالا به جاي ليوان پر آب يه گالن پر آب وصل ميكنيم آيا بازم همون مقدار آب وارد ليوان نصفه ميشود ؟

[Sorush SG]

مسلماً اينطور نيست چون فشار آب زياد شده .

به ازاي يك ثانيه آب بيشتري از لوله عبور ميكند.

پس هرچه فشار آب را زياد كنيم (اختلاف سطح آبها) جريان آب بيشتر ميشود و به همين صورت هم در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) را افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر ميشود.

مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم

يا

جريان / ولتاژ = مقاومت

جريان × مقاومت = ولتاژ

مثال

فرض ميكنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش را به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم ميخواهيم ببينيم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكند (جريان را با i ولتاژ را با v و مقاومت را r نشان ميدهند)

i=10/5 = 2 a

پس جريان دو آمپر از مقاومت عبور ميكند حالا اگر به جاي مقاومت 5 اهمي مقاومت 4 اهمي قرار بدهيم جرياني كه مقاومت از منبع تغذيه دريافت ميكند 5/2 آمپر ميشود .