ولتاژ،جریان و توان چیست؟ + اصول اولیه برق

ولتاژ و جریان مفاهیم اساسی در برق هستند. ما اولین مدل های ذهنی خود را برای این کمیت های الکتریکی پایه ایجاد خواهیم کرد. ما همچنین در مورد توان صحبت خواهیم کرد، چیزی که وقتی ولتاژ و جریان با هم عمل می کنند اتفاق می افتد. در این مقاله به اصول اولیه رشته مهندسی برق، برق صنعتی و برق ساختمان و … خواهیم پرداخت. 

شارژ و الکتریسیته، بار الکتریکی

مفهوم الکتریسیته از مشاهده طبیعت ناشی می شود. ما در بین اجسام نیرویی را مشاهده میکنیم که مانند گرانش در فاصله عمل می کند. منبع این نیرو نام شارژ یا الکتریسیته نام دارد. نکته بسیار قابل توجه در مورد نیروی الکتریکی این است که بسیار بزرگ تر از نیروی گرانش است. با این حال، بر خلاف گرانش، دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. که بارهای همنام یکدیگر را دفع و بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب میکنند اما جاذبه فقط یک نوع دارد که فقط جذب می کند و هرگز دفع نمی کند.

هادی ها و عایق ها

در این بخش در مورد انواع مواد از نظر هدایت الکتریکی صحبت میکنیم.

هادی الکتریکی

همانطور که در شکل 1 از اتم مس نشان داده شده است، رساناها از اتم‌هایی ساخته شده‌اند که الکترون‌های خارجی یا ظرفیتی آن‌ها پیوندهای نسبتاً ضعیفی با هسته‌های خود دارند. هنگامی که دسته ای از اتم های فلزی کنار هم قرار می گیرند، با خوشحالی الکترون های بیرونی خود را با یکدیگر به اشتراک می گذارند و “ازدحام” الکترون هایی را ایجاد می کنند که با هسته خاصی مرتبط نیستند.

یک نیروی الکتریکی بسیار کوچک می تواند باعث حرکت تعداد زیادی از الکترون ها شود. مس، طلا، نقره، آلومینیوم و آب شور رسانای خوبی هستند.

هادی های ضعیفی هم در میان عناصر وجود دارد. تنگستن فلزی است که برای رشته‌های لامپ استفاده می‌شود همچنین کربن  به شکل الماس رسانای نسبتا ضعیفی هستند زیرا الکترون‌های آنها کمتر مستعد حرکت هستند. 

عایق الکتریکی

عایق ها موادی هستند که الکترون های بیرونی آنها محکم به هسته آنها متصل است. نیروهای الکتریکی متوسط ​​نمی توانند این الکترون ها را آزاد کنند. هنگامی که نیروی الکتریکی اعمال می شود، ابرهای الکترونی اطراف اتم در پاسخ به نیرو کشیده شده و تغییر شکل می دهند اما الکترون ها خارج نمی شوند. شیشه، پلاستیک، سنگ و هوا نمونه ای از مواد عایق هستند. با این حال، حتی برای عایق‌ها، نیروی الکتریکی همیشه می‌تواند به اندازه‌ای بالا باشد که الکترون‌ها را جدا کند که  به این  اتفاق شکست الکتریکی می‌گویند. این همان چیزی است که هنگام رعد و برق برای مولکول های هوا اتفاق می افتد.

نیمه هادی ها

مواد نیمه هادی بین عایق ها و هادی ها قرار می گیرند. آنها معمولاً مانند عایق عمل می کنند، اما ما می توانیم آنها را تحت شرایط خاصی شبیه به هادی های الکتریکی کنیم. شناخته شده ترین ماده نیمه هادی سیلیکون است. به کمک نیمه هادی ها ما به تکنولوژی ساخت دستگاه های زیادی از جمله گوشی موبایل، تجهیزاتی مانند درایو،کلید IGBT، تریستور، دیود، سافت استارتر، اینورتر، یکسوساز و … دست پیدا کردیم.

جریان

جریان در اصل حرکت الکتریسیته است. در مهندسی ما از اصلاح شارش جریان استفاده میکنیم که اصلاح دقیقی نیست. زیرا جریان خود حاصل حرکت بارهای الکتریکی و الکتریسیته در مدار الکتریکی است. جریان به میزان عبور بار الکتریکی بر واحد زمان از یک سطح مشخص وابسته است و بر این اساس سنجیده میشود. مطابق شکل یک مرز فرضی در طول هادی در نظر بگیرید و تعداد بارهای عبوری در یک ثانیه را بشمارید. به این ترتیب مقدار جریان بر اساس آمپر را محاسبه کرده اید. باید توجه داشت که جهت حرکت و در اصل جهت شارش جریان فرضی است و طبق فرض ما انجام شده است. 

از آنجایی که جریان مقدار باری است که در یک زمان ثابت از یک مرز عبور می کند، می توان آن را با استفاده از معادله زیر به صورت ریاضی بیان کرد:

i =dq/dt

که به معنای تغییرات کوچک بار در بازه زمانی کوچک است.

ولتاژ

برای به دست آوردن دیدگاه اولیه خود در مورد مفهوم ولتاژ، بیایید فرض کنیم ولتاژ شبیه گرانش است یعنی:

Delta(U)=mg*Delta(h)

که دلتا به معنای تغییرات است و همچنین U انرژی ذخیره شده، M جرم ماده ،g شتاب گرانش، و  h ارتفاع است. حال میتوان همین مورد را به یک ذره باردار نسبت داد که ولتاژ آن مرتبط با تغییر انرژی پتانسیل درون آن است. 

Delta(U)=qV

در اصل ولتاژ در این جا نقش g*Delta h را ایفا میکند. فرض کنید یک توپ در بالای تپه به پایین می غلتد. زمانی که به نیمه راه رسید، نیمی از انرژی بالقوه خود را از دست داده است همچنین یک الکترون در بالای یک “تپه” ولتاژ از طریق سیم ها و عناصر یک مدار “سرازیری” را طی می کند. انرژی بالقوه خود را رها می کند و در طول مسیر کار را انجام می دهد. هنگامی که الکترون در نیمه راه از تپه پایین می رود نیمی از انرژی پتانسیل خود را رها کرده یا “افت کرده است”.

هم برای توپ و هم برای الکترون، سفر به پایین تپه خود به خود اتفاق می افتد. توپ و الکترون به تنهایی به سمت یک حالت انرژی پایین تر حرکت می کنند. در سفر به پایین، ممکن است چیزهایی مانند درختان یا خرس ها در مسیر توپ قرار بگیرند. برای الکترون‌ها، می‌توانیم الکترون‌ها را با استفاده از سیم‌ها هدایت کنیم و آن‌ها را از طریق اجزای الکترونیکی طراحی شده در مدار به جریان بیندازیم و در طول مسیر کارهای متفاوتی مثل روشن کردن لامپ انجام دهیم.

توان

توان در اصل میزان انرژی انتقال یافته یا تبدیل شده بر واحد زمان است.  ما توان را در واحدهای ژول بر ثانیه اندازه گیری می کنیم که به وات نیز معروف است. یک مدار الکتریکی توانایی انتقال نیرو را دارد. جریان نرخ شارش بار است و ولتاژ انرژی منتقل شده در هر واحد بار  را اندازه گیری می کند. به طور خلاصه توان الکتریکی حاصل ضرب ولتاژ در جریان است.

نتیجه گیری

در این مقاله به زبانی ساده با اصول اولیه برق آشنا شدیم و مفهوم ولتاژ، جریان و توان را شناختیم. این موارد اصولی هستند که برای تحلیل مدارات الکتریکی و تسلط در رشته مهندسی برق مورد نیاز مهندسین برق هستند. تیم فنی الکتروفی علاوه بر آموزش سافت استارتر، قابلیت تامین igbt، خرید igbt برای سیستم شما و همچنین تعمیر درایو، تعمیر اینورتر، تعمیر igbt، تست igbt، مشخص نمودن علت سوختن ای جی بی تی، تعمیر کنترل برد اینورتر، تعمیر برد قدرت اینورتر،تامین سافت استارتر، خرید سافت استارتر با ارائه جدول انتخاب سافت استارتر، قیمت سافت استارتر، تریستور سافت استارتر، تعمیر سافت استارتر و … را در کمترین زمان و با قیمت مناسب دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر با تیم فنی شرکت تماس بگیرید.