12 سال پیش

آشنایی با مقاومت و خازن

مقاومت

مقاومت ها اغلب پرکاربردترین قطعه در مدارها هستند. چون بوسیله ی این قطعه می توان شدت جریان را در قسمت های مختلف مدار کنترل کرد. مقاومت ها در حالت کلی به 2 دسته ی ثابت و متغیر تقسیم می شوند. مقاومت های نوری دسته ای از مقاومت های متغیر هستند که نسبت به نور محیط مقاومت انها تغییر می کند، یعنی در محیط های پر نور مقاومت آنها کمتر و در محیط های کم نور مقاومت آنها بیشتر می شود. دسته ی دیگری از مقاومت های متغیر وجود دارند که به صورت دستی مقاومت آنها تنظیم می شود که به آنها پتانسیومتر نیز گفته می شود. ومقاومت های ثابت که مقدار انها ثابت است.

مقاومت الکتریکی چیست؟

هر هادی الکتریکی در برابر عبور جریان مقداری مقاومت از خود نشان میدهد این مقاومت باعث میشود که جریان عبوری از هادی محدود شود، مثال دو لیوان آب را به یاد بیارید وقتی بین دولیوان که مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله ای وصل کردیم آب از طرف لیوان پرتر به طرف لیوانه نصفه در درون لوله به حرکت در آمد حالا اگر یک شیر سر راه این لوله قرار دهیم چنانچه شیر را به سمت بسته شدن بچرخانیم لوله ارتباطی تنگ تر میشود در نتیجه جریان آب کاهش پیدا میکند یعنی مقاومت سر راه لوله را افزایش داده ایم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعیین کننده مقدار جریان آب عبوری از لوله است در واقع شیر یک وسیله برای کنترل جریان آب است به همین صورت با کم و زیاد کردن مقاومت موجود در مسیر یک مدار میتوان جریان کل مدار را کنترل کرد . مقدار مقاومت بستگی به جنس هادی و طول آن دارد که آن را بر حسب اهم می سنجند.

یک اهم عبارتست از مقدار مقاومتی که اگر به دو سریک منبع ولتاژ یک ولتی وصل شود جریان یک آمپر از آن عبور کند .

هنگام در گیری سربازهای سیم و سربازهای الکترونی ، الکترونها با سلاح های گرم به جون سیم می افتند و در اثر این جنگ و آتش سوزی مقداری از انرژی سربازهای الکترونی بصورت گرما هدر میرود (میدونم که بی مزه بود شما زحمت انتقاد کردن رو نکشید البته اگر خواننده ای باشه که از این خبرها نیست) پس یکی از کارهایی که مقاومت انجام داد این بود که مقداری از جریان را تبدیل به گرما کرد در بعضی جاها ما عمداً برای تولید گرما از مقاومت استفاده میکنیم ،مثل مقاومت تنگستن لامپ یا سیم مقاومت داری که در سماورهای برقی یا بخاری برقی ها استفاده میکنیم که بهش المنت هم میگن می گویند.
در این جور مواقع که گرما کار مورد نیاز ما را انجام میده میگیم سیم یا دستگاه انرژی الکتریکی رو مصرف کرده اما هر وقت که این گرما رو لازم نداشته باشیم و بیخودی تولید بشه میگیم مقاومت سیم مقداری انرژی الکتریکی رو تلف کرده (آخ آخ چه کار بدی ) مثل گرمایی که در سیمهای انتقال انرژی (سیمهای رابط ) تولید میشه .

شکل ظاهری مقاومتها:

مقاومت ممکن است چندین حلقه سیم مسی نازک که به دور هسته ای پیچیده شده است باشد ، و یا از مواد نیمه رسانا مانند کربن ساخته شده باشد. مواد نیمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بیشتری در برابر عبور جریان از خود نشان میدهند. مقاومتها به اشکال و اندازه های مختلفی ساخته میشوند که رایجترین آنها ، مقاومتهای رنگی هستند که از آنها در جریانهای پایین استفاده میشود و در جریانهای بالا معمولا از مقاومتهای سرامیکی یا آجری استفاده میشود که نسبت به مقاومتهای رنگی حجم بیشتری دارند .

حالا میخواهیم یک رابطه بین این سه کمیت پیدا کنیم

مقاومت ، جریان ، ولتاژ

بازم مثال لیوان آب (راست میگن که آب مایه حیاته ؟)
گفتیم اگه یه شیر سر راه لوله رابط دو لیوان قرار دهیم میتونیم جریان آب رو کنترل کنیم حالا فرض کنید شیر آب رو به اندازه ای تنظیم کردیم که در هر ثانیه یک سی سی آب وارد لیوان نصفه میشه حالا میایم به جای لیوان پر آب یه گالن پر آب وصل میکنیم آیا بازم همون مقدار آب وارد لیوان نصفه میشه ؟
مسلماً اینجور نیست چون فشار آب زیاد شده . به ازای یک ثانیه آب بیشتری از لوله عبور میکنه پس هرچه فشار آب رو زیاد کنیم (اختلاف سطح آبها) جریان آب بیشتر میشه به همین صورت هم در مدار الکتریکی هر چه فشار الکتریکی (ولتاژ) رو افزایش دهیم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جریان نیز بیشتر میشود.

آقای اهم این قانون رو کشف کرده که به این صورته
مقاومت / ولتاژ= جریان عبوری از سیم
خوب این یک معادله است و به این صورت ها هم میشه نوشتش
جریان / ولتاژ = مقاومت
جریان × مقاومت = ولتاژ

مثال :
فرض میکنیم که یک مقاومت 5 اهمی داریم دوسرش رو به یک منبع ولتاژ 10 ولتی وصل کرده ایم میخواهیم ببینینم که چه جریانی از مقاومت عبور میکند (جریان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان میدهند)

I=10/5 = 2 A

پس جریان دو آمپر از مقاومت عبور میکند حالا اگر به جای مقاومت 5 اهمی مقاومت 4 اهمی قرار بدیم جریانی که مقاومت از منبع تغذیه دریافت میکند 5/2 آمپر میشود.

نتیجه میگیریم :

که هر مقاومت یا هر مصرف کننده فقط به اندازه مورد نیاز خود از منبع تغذیه، جریان میکشد. توجه داشته باشید وقتی یک منبع به مقاومتی جریان میدهد این جریان از خود منبع تغذیه هم عبور میکند.

بازم که لیوان آب (بابا این لیوانها آبشون بخار نشد)
بله لیوان آب خیلی کاربردها داره دست کم نگیریدش
گفتیم که چون سطح آب درون لیوانها متفاوت است جریان آب برقرار میشود اما پس از اینکه آب هر دوتا یه اندازه شد دیگه جریان آبی وجود ندارد ( بله درسته چون دیگر اختلافی وجود ندارد) ولی در منبع تغذیه اینجوری نیست چون الکترونها دائما توسط نیروی خارجی به یک سمت کشیده میشوند .
پس برای لیوان هم می میتوان فرض کرد که یک پمپ آب بالای سر لیوانها وجود دارد که توسط یک شیلنگ به هراندازه که آب وارد لیوان نصفه میشود به همان اندازه آب را برمیدارد و به لیوان پر میریزد و هیچ گاه نمیگذارد که سطح آب درون لیوانها تغییر کند همان کاری را که نیروی خارجی بر روی یک سیم انجام میداد (آهنربا) پس چون همیشه اختلاف ثابت است در نتیجه همیشه جریان ثابت و پایدار است .

همان جریانی که از لوله پایینی لیوانهامیگذرد همان جریان هم از شیلنگ و پمپ بالا میگذرد.
این مجموعه را میتوان به دو قسمت کلی تقسیم کرد 1- منبع تغذیه (شامل دو لیوانو پمپ و شیلنگ) 2- مصرف کننده (لوله پایینی و شیر)

پس نتیجه میگیریم که در یک مدار بسته جریان بصورت حلقه ای از کل عناصر مدارعبور میکند (حتی از خود منبع تغذیه ) که مقدارش در تمام نقاط برابر است.
حالا اگر شیر آب را کمی زیاد کنیم کل جریانی که در حال گردش است زیاد میشوداین بدان معناست که اگر در یک مدار که بصورت حلقه بسته است چنانچه یکی از عناصر آن را تغییر دهیم جریان در کل مدار تغییر میکند .

حالا داریم کم کم به جواب بعضی سوالهامون نزدیک میشیم
میشه وقتی با ماشین میریم مسافرت 8 تا دونه باطریه قلمی 5/1 ولتی با خودمونبرداریم که اگه باطری ماشین خالی شد یا خراب شد به جاش از اون 8 تا باطری قلمی که روی هم میشن 12 ولت استفاده کنیم؟
یا مثلا چرا یک لامپ گازی رو میشه با باطری ماشین روشن کرد ولی با یه آدابتور 12 ولتی نمیشه ؟
یک باطری که ولتاژش بیشتره بیشتر برق تولید میکنه یا اونکه جریانش بیشتره ؟

کدخوانی مقاومت ها:

کارخانه های سازنده مقاومت ها برای سهولت در تولید، اندازه های استانداردی را برای ساخت مقاومت ها تعیین می کنند و با نوار های رنگی دور آنها اندازه ی مقاومت ها را مشخص می کنند. در انتها نیز با یک نوار نقره ای یا طلایی درصد خطا را مشخص می کنند. چون ماده ی اصلی ساخت این مقاومت ها کربن می باشد ،به انها مقاومت کربنی نیز گفته می شود. برای خواندن میزان مقاومت کربنی،آن را جوری دست می گیریم که حلقه ی طلایی یا نقره ای در سمت راست قرار بگیرد. حالا به ترتیب رنگ اولین حلقه از سمت چپ کد رقم اول، دومین حلقه از سمت چپ رقم دوم، و سومین حلقه از سمت چپ رقم n می باشد که n توان دهی است که ضریب 2 عدد قبلی می باشد.(اگر 5 حلقه داشتیم، حلقه ی سوم رقم سوم می باشد و حلقه ی چهارم n است، حلقه ی پنجم هم همون درصد خطاست

رنگ حلقه	عدد مربوط به آن
سیاه	0
قهوه ای	1
قرمز	2
نارنجی	3
زرد	4
سبز	5
آبی	6
بنفش	7
خاکستری	8
سفید	9

به عنوان مثال اگر روی یک مقاومت به ترتیب از چپ به راست نوار قهوه ای، سیاه و قرمز باشد اندازه ی مقاومت عبارتست از: یعنی این مقاومت 1000 اهم یا 1 کیلواهم می باشد. حلقه ی آخر که معمولاً طلایی یا نقره ایست حلقه ی تلورانس نیز نام دارد که در کار ما خیلی اهمیت زیادی ندارد.

مثال در مورد خواندن مقاومت ها :

مقاومت ها را در مدار بر حسب نوع کاربرد می توانیم به 2 صورت سری و موازی ببندیم.

مقاومت های سری یا متوالی:

اگر چند مقاومت را در مدار به صورت پشت سرهم ببندیم، یعنی هر2مقاومت متوالی در یک سر با هم مشترک باشند (به شکل دقت کنید)، آنگاه می گوییم مقاومت ها را با هم سری کرده ایم.

“مقاومت معادل” یعنی مقاومت نهایی کل مجموعه.برای به دست آوردن مقاومت معادل جند مقاومت که به صورت سری بسته شده اند، کافیست اندازه ی هر مقاومت را با بعدی جمع کنیم یعنی:

مثال: مقاومت معادل مجموعه ی زیر بدین صورت است.

12+4+3=19

مقاومت های موازی:

اگر چند مقاومت را در مدار به شکلی ببندیم که ابتدا و انتهای همه ی آنها به همدیگر متصل باشند(به شکل دقت کنید)، آنها را با یکدیگر موازی کرده ایم.

برای بدست آوردن مقاومت معادل در این حالت از این فرمول استفاده می کنیم:

مثال: مقاومت معادل مجموعه ی زیر بدین صورت است:

خازن

خازن یک قطعه ی الکتریکی می باشد که می تواند مقداری بار الکتریکی در خود ذخیره کند و در هنگام نیاز به مدار باز گرداند(میزان عبور بار الکتریکی در واحد زمان از یک نقطه را همان جریان الکتریکی آن نقطه می گویند.بار الکتریکی همان الکترون هایی آزادی هستند که وقتی بین 2 قطب حرکت می کنند موجب به وجود آمدن جریان الکتریکی می شوند ). خازن ها انواع گوناگونی دارند، از جمله خازن های عدسی، الکترولیتی، سرامیکی و… .

خازن ها از پرکابردترین قطعات الکتریکی هستند که در مدارهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. اگر مایلید که در باره ی خازن ها اطلاعات جامع تری تری داشته باشید می تونید به کتاب « فیزیک 3 و آزمایشگاه» مراجعه کنید.
خازن را در طراحی های شماتیک به شکل نمایش می دهند.

میزان باری که در خازن ها ذخیره می شود به ظرفیت انها بستگی دارد.

ظرفیت خازن

ظرفیت خازن عبارتست از نسبت بار ذخیره شده در خازن به اختلاف پتانسیل 2 سر خازن که (C)نماد ظرفیت خازن و (q) هم همان بار الکتریکی ذخیره شده در خازن می باشد.
به پاس خدمات فراوان مایکل فارادی ، فیزیکدان انگلیسی، یکای ظرفیت «فاراد» نامیده شده.

نکته ی مهم اینکه خازن ها بعد از پر شدن(قرار گرفتن بار الکتریکی تا حد ظرفیت در آنها را پر شدن می گوییم) دیگر هیچ جریانی را از خود عبور نمی دهند.

کد خوانی خازن ها

ظرفیت خازن و ولتاژ مناسب برای خازن ها را کارخانه های سازنده معمولاً روی بدنه ی آنها می نویسند. معمولاً 3 سیستم کد گذاری برای خازن ها وجود دارد:

بر روی خازن های بزرگ (معمولاً الکترولیتی) ظرفیت و ولتاژ به صورت مستقیم و واضح نوشته شده، مثلاً خازن زیر 10V و(1000میکروفاراد)1000µF است.

µ(میکرو)= 0.000,001= 6- ^10 n (نانو) = 0.000,000,001 =9- ^10
p یا (پیکو) = 0.000,000,000,001=12- ^10
µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF

نکته
همان طور که می بینید روی بدنه ی خازن های الکترولیت، یک نوار کشیده شده که به وسیله ی آن پایه ی – مشخص شده، در این خازن های اگر جای + و – را اشتباه وصل کنیم در اثر پدیده ی فرو شکست خازن می ترکد! در خازن های الکترولیتی نیز، خازن ذوب می‌شود!

انواع به هم بستن خازن ها

خازن ها نیز مانند مقاومت ها به 2 صورت به هم بسته می شوند: سری و موازی

خازن های سری : در به هم بستن خازن ها به صورت متوالی یا سری: ظرفیت معادل مجموعه از فرمول زیر محاسبه می شود.

به عنوان مثال ظرفیت معادل مجموعه ی روبرو برابر است.

خازن های موازی : در به هم بستن موازی خازن ها، ظرفیت خازن ها به صورت مستقیم با هم جمع می شوند،

C=4+3+12=19 برای مثال ظرفیت معادل مجموعه ی زیر برابر است با

نکته
همونطور که می بینید در حالت موازی، ولتاژی که بر روی پایه های همه ی خازن ها قرار می گیرد مساویست.زیرا 2 سر همه‌ی خازن‌ها به یکدیگر متصل شده است.
اگر در یک مدار چندین خازن به صورت سری و موازی قرار گرفته بودند، ابتدا خازن های موازی را حذف و آنگاه ظرفیت معادل بقیه ی خازن ها را محاسبه می کنیم. به مثال دقت کنید: