مبانی مهندسی برق برای مبتدیان. مبانی مهندسی برق نظری برای مبتدیان. شرح رشته "مبانی نظری مهندسی برق"

این یک کار پیش پا افتاده نیست، به شما می گویم. :) به منظور تسهیل در یکسان سازی مواد، تعدادی از ساده سازی ها را معرفی کردم. کاملاً هذیانی و ضدعلمی، اما کم و بیش به وضوح جوهره فرآیند را نشان می دهد. تکنیک "الکتریک فاضلاب" با موفقیت خود را در آزمایشات میدانی ثابت کرده است و بنابراین در اینجا نیز استفاده خواهد شد. من فقط می خواهم به این نکته اشاره کنم که این فقط یک ساده سازی بصری است که برای حالت کلی و یک لحظه خاص برای درک ماهیت معتبر است و عملاً ربطی به فیزیک واقعی فرآیند ندارد. پس چرا؟ و برای اینکه راحت‌تر به خاطر بیاورم چه چیزی چیست و ولتاژ و جریان را با هم اشتباه نگیریم و بفهمم مقاومت چگونه بر همه اینها تأثیر می‌گذارد، در غیر این صورت من به اندازه کافی این را از دانش‌آموزان شنیده‌ام...

جریان، ولتاژ، مقاومت.

اگر یک مدار الکتریکی را با یک سیستم فاضلاب مقایسه کنید، منبع تغذیه مخزن تخلیه است، آب جاری جریان، فشار آب ولتاژ است، و رگه هایی که از طریق لوله ها هجوم می آورند، محموله است. هرچه مخزن بالاتر باشد، انرژی پتانسیل آب در آن بیشتر است و جریان فشاری قوی‌تر از لوله‌ها عبور می‌کند، که به این معنی است که بار اضافی می‌تواند شسته شود.
علاوه بر ضایعات جاری، جریان با اصطکاک در برابر دیواره‌های لوله‌ها مانع می‌شود و تلفات ایجاد می‌کند. هرچه لوله‌ها ضخیم‌تر باشند، تلفات کمتر می‌شود (هی گی حالا یادت می‌آید که چرا علاقه‌مندان به صدا از سیم‌های ضخیم‌تری برای آکوستیک قدرتمند خود استفاده می‌کنند؛)).
بنابراین، بیایید خلاصه کنیم. یک مدار الکتریکی حاوی منبعی است که اختلاف پتانسیل - ولتاژ - بین قطب های خود ایجاد می کند. تحت تأثیر این ولتاژ، جریان از طریق بار به جایی می رود که پتانسیل کمتر است. جریان جریان توسط مقاومت ایجاد شده توسط بار محموله و تلفات مانع می شود. در نتیجه، فشار تنش ضعیف تر می شود، مقاومت بیشتر می شود. خب حالا بیایید سیستم فاضلاب خود را در جهت ریاضی قرار دهیم.

قانون اهم

برای مثال ساده ترین مدار متشکل از سه مقاومت و یک منبع را محاسبه می کنیم. من مدار را نه همانطور که در کتاب های درسی روی TOE مرسوم است ترسیم می کنم، بلکه به نمودار مدار واقعی نزدیک تر می شوم، جایی که آنها نقطه پتانسیل صفر را می گیرند - بدنه، معمولاً برابر با منهای منبع است، و به علاوه یک نقطه در نظر گرفته می شود. با پتانسیل برابر با ولتاژ تغذیه. برای شروع، فرض می کنیم که ولتاژ و مقاومت را می دانیم، به این معنی که باید جریان را پیدا کنیم. بیایید تمام مقاومت ها را جمع کنیم (برای قوانین اضافه کردن مقاومت ها نوار کناری را بخوانید) تا بار کل را بدست آوریم و ولتاژ را بر نتیجه حاصل تقسیم کنیم - جریان پیدا شده است! حال بیایید ببینیم ولتاژ چگونه در هر مقاومت توزیع می شود. بیایید قانون اهم را برگردانیم و شروع به محاسبه کنیم. U=I*Rاز آنجایی که جریان در مدار برای تمام مقاومت های سری یکسان است، ثابت خواهد بود، اما مقاومت ها متفاوت خواهد بود. نتیجه این شد که منبع = U1 + U2 + U3. بر اساس این اصل، به عنوان مثال، می توانید 50 لامپ با ولتاژ 4.5 ولت را به صورت سری وصل کنید و به راحتی آنها را از یک پریز 220 ولت تغذیه کنید - حتی یک لامپ هم نمی سوزد. اگر در این رابطه، در وسط، یک مقاومت سنگین، مثلاً یک کیلو اهم، وارد کنید و دو مقاومت کوچکتر دیگر - یک اهم را بگیرید، چه اتفاقی می افتد؟ و از محاسبات مشخص می شود که تقریباً تمام ولتاژ در این مقاومت بزرگ کاهش می یابد.

قانون کیرشهوف

بر اساس این قانون، مجموع جریان های ورودی و خروجی به گره برابر با صفر است و جریان های وارد شده به گره معمولا با علامت مثبت و جریان های خارج شده با منهای مشخص می شوند. بر اساس قیاس با سیستم فاضلاب ما، آب از یک لوله قدرتمند به دسته ای از لوله های کوچک پراکنده می شود. این قانون به شما امکان می دهد مصرف جریان تقریبی را محاسبه کنید، که گاهی اوقات به سادگی هنگام محاسبه نمودارهای مدار ضروری است.

قدرت و تلفات
توان مصرفی در مدار به صورت حاصل ضرب ولتاژ و جریان بیان می شود.
P = U * I
بنابراین، هر چه جریان یا ولتاژ بیشتر باشد، قدرت بیشتر است. زیرا مقاومت (یا سیم ها) هیچ بار مفیدی را انجام نمی دهد، سپس قدرتی که از آن خارج می شود، به شکل خالص آن تلف می شود. در این مورد، توان را می توان از طریق قانون اهم به صورت زیر بیان کرد:
P= R * I 2

همانطور که می بینید، افزایش مقاومت باعث افزایش توان صرف شده برای تلفات می شود و اگر جریان افزایش یابد، تلفات به صورت درجه دوم افزایش می یابد. در مقاومت، تمام نیرو وارد گرمایش می شود. به همین دلیل، به هر حال، باتری ها در حین کار گرم می شوند - آنها همچنین دارای مقاومت داخلی هستند که بخشی از انرژی از بین می رود.
به همین دلیل است که علاقه‌مندان به صدا از سیم‌های مسی ضخیم با حداقل مقاومت برای سیستم‌های صوتی سنگین خود استفاده می‌کنند تا تلفات برق را کاهش دهند، زیرا جریان‌های قابل توجهی در آنجا وجود دارد.

یک قانون جریان کل در یک مدار وجود دارد، اگرچه در عمل هرگز برای من مفید نبوده است، اما دانستن آن ضرری ندارد، بنابراین یک کتاب درسی TOE (مبانی نظری مهندسی برق) را از شبکه بگیرید، این بهتر است برای مدارس متوسطه، همه چیز در آنجا بسیار ساده تر و واضح تر توضیح داده شود - بدون رفتن به ریاضیات عالی.

هر یک از ما، هنگامی که شروع به درگیر شدن در چیز جدیدی می کنیم، بلافاصله به سمت "پرتگاه اشتیاق" می شتابیم و سعی می کنیم پروژه های دشوار را تکمیل یا اجرا کنیم. خانگی. این اتفاق زمانی برای من افتاد که به الکترونیک علاقه مند شدم. اما همانطور که معمولاً اتفاق می افتد، اولین شکست ها شور و شوق را کاهش داد. با این حال، من به عقب نشینی عادت نداشتم و به طور سیستماتیک (به معنای واقعی کلمه از ابتدا) شروع به درک اسرار دنیای الکترونیک کردم. و بنابراین "راهنمای فن آوری های مبتدی" متولد شد.

مرحله 1: ولتاژ، جریان، مقاومت

این مفاهیم اساسی هستند و بدون آشنایی با آنها، ادامه آموزش اصولی بیهوده خواهد بود. فقط به یاد داشته باشیم که هر ماده ای از اتم تشکیل شده است و هر اتم به نوبه خود دارای سه نوع ذره است. الکترون یکی از این ذرات است که بار منفی دارد. پروتون ها بار مثبت دارند. مواد رسانا (نقره، مس، طلا، آلومینیوم و غیره) الکترون های آزاد زیادی دارند که به طور تصادفی حرکت می کنند. ولتاژ نیرویی است که باعث می شود الکترون ها در جهت خاصی حرکت کنند. به جریانی از الکترون که در یک جهت حرکت می کند، جریان نامیده می شود. هنگامی که الکترون ها در یک هادی حرکت می کنند، با نوعی اصطکاک مواجه می شوند. به این اصطکاک مقاومت می گویند. مقاومت حرکت آزاد الکترون ها را "فشرده" می کند، بنابراین مقدار جریان را کاهش می دهد.

یک تعریف علمی تر از جریان، نرخ تغییر تعداد الکترون ها در یک جهت معین است. واحد جریان آمپر (I) است. در مدارهای الکترونیکی جریان در محدوده میلی آمپر (1 آمپر = 1000 میلی آمپر) است. به عنوان مثال، جریان معمولی برای یک LED 20 میلی آمپر است.

واحد اندازه گیری ولتاژ ولت (V) است. باتری منبع ولتاژ است. ولتاژهای 3 ولت، 3.3 ولت، 3.7 ولت و 5 ولت رایج ترین در مدارها و دستگاه های الکترونیکی هستند.

ولتاژ علت و جریان نتیجه است.

واحد مقاومت اهم (Ω) است.

مرحله 2: منبع تغذیه

باتری یک منبع ولتاژ یا منبع "مناسب" برق است. باتری از طریق یک واکنش شیمیایی داخلی الکتریسیته تولید می کند. دارای دو ترمینال در بیرون است. یکی از آنها ترمینال مثبت (+ V) و دیگری ترمینال منفی (-V) یا "زمین" است. به طور معمول دو نوع منبع تغذیه وجود دارد.

• باتری ها؛
• باتری ها

باتری ها یک بار استفاده می شوند و سپس دور ریخته می شوند. باتری ها را می توان چندین بار استفاده کرد. باتری ها اشکال و اندازه های مختلفی دارند، از باتری های مینیاتوری که برای برق رسانی به سمعک ها و ساعت های مچی استفاده می شوند تا باتری هایی به اندازه اتاق که انرژی پشتیبان را برای مبادلات تلفنی و مراکز کامپیوتری تامین می کنند. بسته به ترکیب داخلی، منابع تغذیه می توانند انواع مختلفی داشته باشند. تعدادی از رایج ترین انواع مورد استفاده در پروژه های رباتیک و مهندسی عبارتند از:

باتری 1.5 ولت

باتری های با این ولتاژ می توانند در اندازه های مختلف باشند. رایج ترین اندازه ها AA و AAA هستند. محدوده ظرفیت 500 تا 3000 میلی آمپر ساعت

سکه لیتیوم 3 ولت

همه این سلول های لیتیومی با ولتاژ نامی 3 ولت (در بار) و با ولتاژ مدار باز حدود 3.6 ولت رتبه بندی می شوند. ظرفیت می تواند از 30 تا 500 میلی آمپر ساعت برسد. به دلیل اندازه کوچک آنها به طور گسترده در دستگاه های دستی استفاده می شود.

هیدرید فلز نیکل (NiMH)

این باتری ها چگالی انرژی بالایی دارند و می توانند تقریباً بلافاصله شارژ شوند. یکی دیگر از ویژگی های مهم قیمت است. چنین باتری هایی ارزان هستند (در مقایسه با اندازه و ظرفیت آنها). این نوع باتری اغلب در رباتیک استفاده می شود محصولات خانگی.

باتری های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر 3.7 ولت

آنها دارای ظرفیت تخلیه خوب، چگالی انرژی بالا، عملکرد عالی و اندازه کوچک هستند. باتری لیتیوم پلیمری به طور گسترده در رباتیک استفاده می شود.

باتری 9 ولت

رایج ترین شکل یک منشور مستطیلی با لبه های گرد و پایانه های واقع در بالا است. ظرفیت آن حدود 600 میلی آمپر ساعت است.

اسید سرب

باتری های سرب اسیدی، پیشروی کل صنعت الکترونیک هستند. آنها فوق العاده ارزان، قابل شارژ و خرید آسان هستند. باتری های سرب اسیدی در مهندسی مکانیک، UPS (منبع تغذیه بدون وقفه)، روباتیک و سایر سیستم هایی که در آنها به منبع انرژی زیادی نیاز است و وزن آنچنان مهم نیست، استفاده می شود. رایج ترین ولتاژها 2 ولت، 6 ولت، 12 ولت و 24 ولت هستند.

اتصال سری-موازی باتری ها

منبع تغذیه را می توان به صورت سری یا موازی وصل کرد. در صورت اتصال سری، ولتاژ افزایش می یابد و در صورت اتصال موازی، مقدار جریان افزایش می یابد.

دو نکته مهم در مورد باتری وجود دارد:

ظرفیت اندازه گیری (معمولاً آمپر در ساعت) شارژ ذخیره شده در باتری است و با جرم ماده فعال موجود در آن تعیین می شود. ظرفیت بیانگر حداکثر مقدار انرژی است که می توان تحت شرایط مشخص خاص استخراج کرد. با این حال، ظرفیت ذخیره انرژی واقعی یک باتری ممکن است به طور قابل توجهی از مقدار اسمی اعلام شده متفاوت باشد و ظرفیت باتری به شدت به سن و دما، شرایط شارژ یا دشارژ بستگی دارد.

ظرفیت باتری بر حسب وات ساعت (Wh)، کیلووات ساعت (کیلووات ساعت)، آمپر ساعت (Ah) یا میلی آمپر ساعت (mAh) اندازه گیری می شود. یک وات ساعت ولتاژ (V) ضرب در جریان (I) است (ما توان را دریافت می کنیم - واحد اندازه گیری وات (W) است) که یک باتری می تواند برای مدت زمان معینی (معمولاً 1 ساعت) تولید کند. از آنجایی که ولتاژ ثابت است و به نوع باتری (قلیایی، لیتیومی، سرب اسیدی و غیره) بستگی دارد، اغلب فقط Ah یا mAh روی پوسته بیرونی (1000 mAh = 1Ah) مشخص می شود. برای عملکرد طولانی تر یک دستگاه الکترونیکی، لازم است باتری هایی با جریان نشتی کم مصرف کنید. برای تعیین عمر باتری، ظرفیت را بر جریان بار واقعی تقسیم کنید. مداری که 10 میلی آمپر می کشد و با باتری 9 ولتی تغذیه می شود حدود 50 ساعت کار می کند: 500 میلی آمپر / 10 میلی آمپر = 50 ساعت.

با بسیاری از انواع باتری ها، نمی توانید انرژی را به طور کامل تخلیه کنید (به عبارت دیگر، باتری را نمی توان به طور کامل تخلیه کرد) بدون ایجاد آسیب جدی و اغلب غیرقابل جبران به اجزای شیمیایی. عمق تخلیه (DOD) یک باتری کسری از جریان قابل کشیدن را تعیین می کند. به عنوان مثال، اگر DOD توسط سازنده به عنوان 25٪ تعریف شده باشد، تنها 25٪ از ظرفیت باتری می تواند استفاده شود.

نرخ شارژ/دشارژ بر ظرفیت اسمی باتری تأثیر می گذارد. اگر منبع تغذیه خیلی سریع تخلیه شود (یعنی جریان تخلیه زیاد باشد)، در این صورت مقدار انرژی قابل استخراج از باتری کاهش می یابد و ظرفیت کمتر می شود. از طرف دیگر، اگر باتری خیلی آهسته تخلیه شود (جریان کم مصرف شود)، ظرفیت آن بیشتر خواهد شد.

دمای باتری نیز بر ظرفیت آن تأثیر می گذارد. در دماهای بالاتر، ظرفیت باتری به طور کلی بیشتر از دماهای پایین تر است. با این حال، افزایش عمدی دما راه موثری برای افزایش ظرفیت باتری نیست، زیرا باعث کاهش طول عمر منبع تغذیه نیز می شود.

ج-ظرفیت:جریان شارژ و دشارژ هر باتری نسبت به ظرفیت آن اندازه گیری می شود. اکثر باتری ها، به استثنای اسید سرب، درجه حرارت 1 درجه سانتیگراد دارند. به عنوان مثال، یک باتری با ظرفیت 1000 میلی آمپر ساعت اگر سطح آن 1 درجه سانتیگراد باشد، به مدت یک ساعت 1000 میلی آمپر تولید می کند. همین باتری با دمای 0.5 درجه سانتیگراد، 500 میلی آمپر به مدت دو ساعت تولید می کند. با سطح 2C، همان باتری 2000 میلی آمپر به مدت 30 دقیقه تولید می کند. 1C اغلب به عنوان تخلیه یک ساعته نامیده می شود. 0.5 درجه سانتیگراد - مانند یک ساعت دو ساعته و 0.1 درجه سانتیگراد - مانند یک ساعت 10 ساعته.

ظرفیت باتری معمولاً با استفاده از یک آنالایزر اندازه گیری می شود. تحلیلگرهای فعلی اطلاعات را به صورت درصد بر اساس مقدار ظرفیت نامی نمایش می دهند. یک باتری جدید گاهی اوقات بیش از 100٪ جریان تولید می کند. در این مورد، باتری به سادگی به صورت محافظه کارانه رتبه بندی می شود و می تواند بیشتر از آنچه سازنده مشخص می کند دوام بیاورد.

شارژر را می توان از نظر ظرفیت باتری یا مقدار C انتخاب کرد. به عنوان مثال، یک شارژر با رتبه C/10 باتری را در 10 ساعت به طور کامل شارژ می کند، یک شارژر با رتبه 4C باتری را در 15 دقیقه شارژ می کند. نرخ شارژ بسیار سریع (1 ساعت یا کمتر) معمولاً به شارژر نیاز دارد تا پارامترهای باتری مانند محدودیت های ولتاژ و دما را به دقت کنترل کند تا از شارژ بیش از حد و آسیب به باتری جلوگیری کند.

ولتاژ یک سلول گالوانیکی توسط واکنش های شیمیایی که در داخل آن انجام می شود تعیین می شود. به عنوان مثال، سلول های قلیایی 1.5 ولت، تمام سلول های اسید سرب 2 ولت و سلول های لیتیوم 3 ولت هستند. باتری ها می توانند از سلول های متعدد تشکیل شوند، بنابراین به ندرت باتری سرب اسیدی 2 ولتی را خواهید دید. آنها معمولاً به صورت داخلی به یکدیگر متصل می شوند تا 6 ولت، 12 ولت یا 24 ولت را ارائه دهند. به خاطر داشته باشید که ولتاژ اسمی یک باتری AA "1.5 ولت" در واقع از 1.6 ولت شروع می شود، سپس به سرعت به 1.5 کاهش می یابد، سپس به آرامی به 1.0 ولت کاهش می یابد. در این مرحله باتری "دشارژ" در نظر گرفته می شود.

نحوه انتخاب بهترین باتری برای صنایع دستی?

همانطور که قبلاً متوجه شده اید، انواع زیادی از باتری ها با ترکیبات شیمیایی مختلف در حوزه عمومی موجود هستند، بنابراین انتخاب اینکه کدام نیرو برای پروژه خاص شما بهترین است، آسان نیست. اگر پروژه بسیار وابسته به انرژی باشد (سیستم های صوتی بزرگ و موتوری محصولات خانگی) باید یک باتری سرب اسیدی انتخاب کنید. اگر می خواهید یک دستگاه قابل حمل بسازید زیر درخت، که جریان کمی مصرف می کند، پس باید باتری لیتیومی را انتخاب کنید. برای هر پروژه قابل حمل (وزن سبک و منبع تغذیه متوسط)، باتری لیتیوم یونی را انتخاب کنید. می‌توانید باتری نیکل فلزی هیدرید (NIMH) ارزان‌تری را انتخاب کنید، اگرچه آنها سنگین‌تر هستند، اما از نظر ویژگی‌های دیگر از لیتیوم یون پایین‌تر نیستند. اگر می خواهید یک پروژه پر انرژی انجام دهید، یک باتری قلیایی لیتیوم یون (LiPo) بهترین گزینه خواهد بود زیرا اندازه کوچک، سبک وزن در مقایسه با انواع دیگر باتری ها، شارژ مجدد بسیار سریع و ارائه جریان بالایی دارد.

آیا می خواهید باتری های شما برای مدت طولانی دوام بیاورند؟ از یک شارژر با کیفیت بالا که دارای حسگرهایی برای حفظ سطح شارژ مناسب و شارژ جریان کم است استفاده کنید. یک شارژر ارزان باتری های شما را از بین می برد.

مرحله 3: مقاومت ها

مقاومت یک عنصر بسیار ساده و رایج در مدارها است. برای کنترل یا محدود کردن جریان در مدار الکتریکی استفاده می شود.

مقاومت ها اجزای غیرفعال هستند که فقط انرژی مصرف می کنند (و نمی توانند آن را تولید کنند). مقاومت‌ها معمولاً به مدار اضافه می‌شوند که در آن اجزای فعال مانند op-amp، میکروکنترلرها و سایر مدارهای مجتمع را تکمیل می‌کنند. آنها معمولاً برای محدود کردن جریان، ولتاژهای جداگانه و خطوط ورودی / خروجی جداگانه استفاده می شوند.

مقاومت یک مقاومت بر حسب اهم اندازه گیری می شود. مقادیر بزرگتر را می توان با پیشوند کیلو، مگا یا گیگا مرتبط کرد تا خوانش مقادیر آسان شود. اغلب می‌توانید مقاومت‌هایی را ببینید که دارای برچسب kOhm و محدوده MOhm هستند (مقاومت‌های mOhm بسیار کمتر رایج هستند). به عنوان مثال، یک مقاومت 4700Ω معادل یک مقاومت 4.7kΩ است و یک مقاومت 5600000Ω را می توان به صورت 5600kΩ یا (معمولاً) 5.6MΩ نوشت.

هزاران نوع مختلف مقاومت وجود دارد و شرکت های زیادی آنها را تولید می کنند. اگر یک درجه بندی تقریبی در نظر بگیریم، دو نوع مقاومت وجود دارد:

• با ویژگی های مشخص شده؛
• هدف کلی، که ویژگی های آن ممکن است "راه برود" (خود سازنده انحراف احتمالی را نشان می دهد).

نمونه ای از خصوصیات کلی:

• ضریب دمای؛
• ضریب ولتاژ؛
• محدوده فرکانس؛
• قدرت؛
• اندازه فیزیکی.

با توجه به خواص آنها، مقاومت ها را می توان به موارد زیر طبقه بندی کرد:

مقاومت خطی- نوعی مقاومت که با افزایش اختلاف پتانسیل (ولتاژ) که به آن اعمال می شود مقاومت آن ثابت می ماند (مقاومت و جریان عبوری از مقاومت با ولتاژ اعمال شده تغییر نمی کند). ویژگی های مشخصه جریان-ولتاژ چنین مقاومتی یک خط مستقیم است.

مقاومت غیر خطیمقاومتی است که مقاومت آن بسته به مقدار ولتاژ اعمال شده یا جریان عبوری از آن تغییر می کند. این نوع دارای مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی است و به شدت از قانون اهم پیروی نمی کند.

چندین نوع مقاومت غیر خطی وجود دارد:

• مقاومت های NTC (ضریب دمای منفی) - مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد.
• مقاومت های PEC (ضریب دمای مثبت) - مقاومت آنها با افزایش دما افزایش می یابد.
• مقاومت های LZR (مقاومت های وابسته به نور) - مقاومت آنها با تغییر در شدت شار نور تغییر می کند.
• مقاومت های VDR (مقاومت های وابسته به ولتاژ) - هنگامی که مقدار ولتاژ از مقدار معینی فراتر رود، مقاومت آنها به شدت کاهش می یابد.

از مقاومت های غیر خطی در پروژه های مختلف استفاده می شود. LZR به عنوان حسگر در پروژه های مختلف رباتیک استفاده می شود.

علاوه بر این، مقاومت ها دارای یک مقدار ثابت و متغیر هستند:

مقاومت های ثابت- انواع مقاومت هایی که مقدار آنها از قبل در حین تولید تنظیم شده است و در حین استفاده قابل تغییر نیستند.

مقاومت یا پتانسیومتر متغیر –نوعی مقاومت که مقدار آن در حین استفاده قابل تغییر است. این نوع معمولاً دارای یک شفت است که به صورت دستی چرخانده یا حرکت می کند تا مقدار مقاومت را در یک محدوده ثابت تغییر دهد، به عنوان مثال. 0 کیلو اهم تا 100 کیلو اهم.

فروشگاه مقاومت:

این نوع مقاومت از یک "بسته" تشکیل شده است که شامل دو یا چند مقاومت است. دارای چندین ترمینال است که از طریق آنها می توان مقدار مقاومت را انتخاب کرد.

ترکیب مقاومت ها عبارتند از:

کربن:

هسته این گونه مقاومت ها از کربن و یک بایندر ریخته می شود و مقاومت لازم را ایجاد می کند. هسته دارای کنتاکت های فنجانی است که میله مقاومت را در هر طرف نگه می دارد. کل هسته با یک ماده (مانند باکلیت) در یک پوشش عایق پر شده است. محفظه دارای ساختار متخلخل است، بنابراین مقاومت های کامپوزیت کربن به رطوبت نسبی محیط حساس هستند.

این نوع مقاومت ها معمولاً به دلیل عبور الکترون ها از ذرات کربن در مدار تولید نویز می کنند، بنابراین این مقاومت ها در مدارهای "مهم" استفاده نمی شوند، اگرچه ارزان تر هستند.

رسوب کربن:

مقاومتی که با قرار دادن یک لایه نازک کربن در اطراف یک میله سرامیکی ساخته می شود، مقاومت رسوب شده کربن نامیده می شود. با گرم کردن میله های سرامیکی در داخل یک فلاسک متان و رسوب کربن در اطراف آنها ساخته می شود. مقدار مقاومت با مقدار کربن رسوب شده در اطراف میله سرامیکی تعیین می شود.

مقاومت فیلم:

این مقاومت با قرار دادن فلز پاشیده شده در خلاء روی پایه میله سرامیکی ساخته می شود. این نوع مقاومت ها بسیار قابل اعتماد هستند، پایداری بالایی دارند و همچنین دارای ضریب دمایی بالایی هستند. اگرچه آنها در مقایسه با سایرین گران هستند، اما در سیستم های پایه استفاده می شوند.

مقاومت سیمی:

یک مقاومت سیمی با پیچاندن سیم فلزی به دور یک هسته سرامیکی ساخته می شود. سیم فلزی آلیاژی از فلزات مختلف است که با توجه به ویژگی های بیان شده و مقاومت مقاومت مورد نیاز انتخاب می شود. این نوع مقاومت از پایداری بالایی برخوردار است و می تواند قدرت بالایی را نیز تحمل کند، اما به طور کلی نسبت به انواع دیگر مقاومت ها حجیم تر هستند.

فلز سرامیک:

این مقاومت ها از پخت برخی فلزات مخلوط با سرامیک بر روی یک بستر سرامیکی ساخته می شوند. نسبت مخلوط در یک مقاومت مخلوط فلز و سرامیک مقدار مقاومت را تعیین می کند. این نوع بسیار پایدار است و همچنین دارای مقاومت دقیق اندازه گیری شده است. آنها عمدتاً برای نصب سطحی بر روی بردهای مدار چاپی استفاده می شوند.

مقاومت های دقیق:

مقاومت هایی که مقدار مقاومت آنها در یک تلرانس قرار دارد، بنابراین بسیار دقیق هستند (مقدار اسمی در محدوده باریکی قرار دارد).

همه مقاومت ها دارای یک تلرانس هستند که به صورت درصد داده می شود. تلورانس به ما می گوید که مقاومت چقدر به مقدار اسمی می تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال، یک مقاومت 500Ω که دارای مقدار تحمل 10٪ است، می تواند مقاومتی بین 550Ω یا 450Ω داشته باشد. اگر مقاومت 1% تلرانس داشته باشد، مقاومت فقط 1% تغییر می کند. بنابراین یک مقاومت 500Ω می تواند از 495Ω تا 505Ω متغیر باشد.

مقاومت دقیق مقاومتی است که سطح تحمل آن تنها 0.005٪ است.

مقاومت قابل ذوب:

مقاومت سیمی طوری طراحی شده است که وقتی توان نامی از حد آستانه فراتر رفت، به راحتی بسوزد. بنابراین مقاومت قابل ذوب دو عملکرد دارد. هنگامی که عرضه بیش از حد نباشد، به عنوان یک محدود کننده جریان عمل می کند. هنگامی که توان نامی بیش از حد مجاز است، oa به عنوان یک فیوز عمل می کند؛ پس از دمیدن، مدار باز می شود، که قطعات را از اتصال کوتاه محافظت می کند.

ترمیستورها:

یک مقاومت حساس به حرارت که مقدار مقاومت آن با دمای کار تغییر می کند.

ترمیستورها یا ضریب دمایی مثبت (PTC) یا ضریب دمایی منفی (NTC) را نمایش می دهند.

میزان تغییر مقاومت با تغییر دمای عملیاتی بستگی به اندازه و طراحی ترمیستور دارد. برای دانستن تمامی مشخصات ترمیستورها همیشه بهتر است داده های مرجع را بررسی کنید.

مقاومت نوری:

مقاومت هایی که مقاومت آنها بسته به شار نوری که روی سطح آن می افتد تغییر می کند. در یک محیط تاریک، مقاومت مقاومت نوری بسیار بالا، چندین MΩ است. هنگامی که نور شدید به سطح برخورد می کند، مقاومت مقاومت نوری به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

بنابراین، مقاومت‌های نوری، مقاومت‌های متغیری هستند که مقاومت آن‌ها به میزان نوری که به سطح آن می‌تابد بستگی دارد.

انواع مقاومت های سرب دار و بدون سرب:

مقاومت ترمینال: این نوع مقاومت در اولین مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گرفت. قطعات به پایانه های خروجی متصل شدند. با گذشت زمان، تخته های مدار چاپی شروع به استفاده کردند، که در سوراخ های نصب که سرنخ های عناصر رادیویی لحیم شده بودند.

مقاومت های نصب سطحی:

این نوع مقاومت از زمان معرفی تکنولوژی نصب سطحی به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفته است. به طور معمول این نوع مقاومت با استفاده از فناوری لایه نازک ایجاد می شود.

مرحله 4: مقادیر مقاومت استاندارد یا مشترک

سیستم نامگذاری ریشه هایی دارد که به ابتدای قرن گذشته باز می گردد، زمانی که بیشتر مقاومت ها کربنی با تحمل تولید نسبتاً ضعیف بودند. توضیح بسیار ساده است - با استفاده از تحمل 10٪ می توانید تعداد مقاومت های تولید شده را کاهش دهید. تولید مقاومت های 105 اهم ناکارآمد خواهد بود، زیرا 105 در محدوده تحمل 10 درصد مقاومت 100 اهم است. دسته بعدی بازار 120 اهم است زیرا یک مقاومت 100 اهم با تلرانس 10 درصد محدوده ای بین 90 تا 110 اهم خواهد داشت. یک مقاومت 120 اهم محدوده ای بین 110 تا 130 اهم دارد. با این منطق، تولید مقاومت هایی با تلرانس 10 درصدی 100، 120، 150، 180، 220، 270، 330 و غیره ترجیح داده می شود (بر این اساس گرد شوند). این سری E12 است که در زیر نشان داده شده است.

تلرانس 20% E6،

تلرانس 10% E12،

تحمل 5% E24 (و معمولاً 2% تلرانس)

تحمل 2% E48،

E96 تحمل 1٪،

E192 0.5، 0.25، 0.1٪ و تحمل های بالاتر.

مقادیر استاندارد مقاومت:

سری E6: (20% تلرانس) 10، 15، 22، 33، 47، 68

سری E12: (تحمل 10٪) 10، 12، 15، 18، 22، 27، 33، 39، 47، 56، 68، 82

سری E24: (5% تحمل) 10، 11، 12، 13، 15، 16، 18، 20، 22، 24، 27، 30، 33، 36، 39، 43، 47، 51، 56، 62، 68، 75، 82، 91

سری E48: (تحمل 2%) 100، 105، 110، 115، 121، 127، 133، 140، 147، 154، 162، 169، 178، 187، 196، 205، 122، 262، 215، 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 6147,788 66 ، 909، 953

سری E96: (تحمل 1٪) 100، 102، 105، 107، 110، 113، 115، 118، 121، 124، 127، 130، 133، 137، 140، 143، 145، 140، 145، 145، 145، 145، 145، 145 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 212,247, 249, 212, 200 94 301 309 316 324 332 340 348 357 365 374 383 392 402 412 422 432 442 453 451 5 36, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825,85, 806, 825, 787, 806, 825, 825, 201, 2018 9، 9 76

سری E192: (0.5 ، 0.25 ، 0.1 و 0.05 ٪ تحمل) 100 ، 101 ، 102 ، 104 ، 105 ، 106 ، 107 ، 109 ، 110 ، 111 ، 113 ، 114 ، 115 ، 117 ، 118 ، 120 ، 121 ، 123 ، 124، 126، 127، 129، 130، 132، 133، 135، 137، 138، 140، 142، 143، 145، 147، 149، 150، 152، 152، 154، 151، 151 165 167 169 172 174 176 178 180 182 184 187 189 191 193 196 198 200 203 205 202 182 ، 223 226 229 232 234 237 240 243 246 249 252 255 258 261 264 267 271 274 27228 298 301 305 309 312 316 320 324 328 332 336 340 344 348 352 357 361 365 370 373 ، 402، 407، 412، 417، 422، 427، 432، 437، 442، 448، 453، 459، 464، 470، 475، 481، 487، 493، 495، 495، 495، 5 536 542 549 556 562 569 576 583 590 597 604 612 619 626 634 642 649 657 665 617 ، 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898,299 965 ، 976، 988

هنگام طراحی سخت افزار، بهتر است به پایین ترین بخش، یعنی. بهتر است از E6 به جای E12 استفاده کنید. به گونه ای که تعداد گروه های مختلف در هر تجهیزاتی به حداقل برسد.

ادامه دارد

مفاهیم زیادی وجود دارد که نمی توان آنها را با چشمان خود دید یا با دستان خود لمس کرد. بارزترین مثال، مهندسی برق است که از مدارهای پیچیده و اصطلاحات مبهم تشکیل شده است. بنابراین، بسیاری از مردم به سادگی قبل از مشکلات مطالعه آینده این رشته علمی و فنی عقب نشینی می کنند.

اصول اولیه مهندسی برق برای مبتدیان که به زبانی قابل دسترس ارائه شده است به شما کمک می کند تا در این زمینه دانش کسب کنید. با پشتوانه حقایق تاریخی و مثال های روشن، آنها حتی برای کسانی که برای اولین بار با مفاهیم ناآشنا روبرو می شوند جذاب و قابل درک می شوند. با حرکت تدریجی از ساده به پیچیده، مطالعه مطالب ارائه شده و استفاده از آنها در فعالیت های عملی کاملاً امکان پذیر است.

مفاهیم و خواص جریان الکتریکی

قوانین و فرمول های الکتریکی نه تنها برای انجام هر گونه محاسبات مورد نیاز است. آنها همچنین مورد نیاز کسانی هستند که عملاً عملیات مربوط به برق را انجام می دهند. با دانستن اصول اولیه مهندسی برق می توانید به طور منطقی علت خرابی را تعیین کرده و خیلی سریع آن را برطرف کنید.

جوهر جریان الکتریکی حرکت ذرات باردار است که بار الکتریکی را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می کنند. با این حال، با حرکت حرارتی تصادفی ذرات باردار، با الگوبرداری از الکترون‌های آزاد در فلزات، انتقال بار رخ نمی‌دهد. حرکت بار الکتریکی از طریق مقطع یک رسانا تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که یون‌ها یا الکترون‌ها در حرکت منظم شرکت کنند.

جریان الکتریکی همیشه در جهت خاصی جریان دارد. حضور آن با علائم خاص نشان داده می شود:

• گرم کردن رسانایی که جریان از آن عبور می کند.
• تغییر در ترکیب شیمیایی یک هادی تحت تأثیر جریان.
• اعمال نیرو بر جریان های مجاور، اجسام مغناطیسی و جریان های مجاور.

جریان الکتریکی می تواند مستقیم یا متناوب باشد. در حالت اول، تمام پارامترهای آن بدون تغییر باقی می مانند و در حالت دوم، قطبیت به طور دوره ای از مثبت به منفی تغییر می کند. در هر نیم چرخه، جهت جریان الکترون تغییر می کند. نرخ چنین تغییرات دوره ای فرکانس است که بر حسب هرتز اندازه گیری می شود

مقادیر جریان اصلی

هنگامی که یک جریان الکتریکی در یک مدار رخ می دهد، انتقال بار ثابت از طریق مقطع هادی اتفاق می افتد. مقدار بار منتقل شده در یک واحد زمان معین را می گویند که در اندازه گیری می شود آمپر.

برای ایجاد و حفظ حرکت ذرات باردار، لازم است نیرویی در جهت خاصی به آنها وارد شود. اگر این عمل متوقف شود، جریان الکتریکی نیز متوقف می شود. این نیرو میدان الکتریکی نامیده می شود که به آن نیز می گویند. این است که باعث اختلاف پتانسیل یا ولتاژدر انتهای هادی قرار دارد و به حرکت ذرات باردار انگیزه می دهد. برای اندازه گیری این مقدار، از یک واحد ویژه استفاده می شود - ولت. رابطه مشخصی بین کمیت های اساسی وجود دارد که در قانون اهم منعکس شده است که به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مهمترین ویژگی یک هادی که مستقیماً با جریان الکتریکی مرتبط است مقاومت، اندازه گیری شده در اوماها. این مقدار نوعی مقاومت هادی در برابر جریان جریان الکتریکی در آن است. در نتیجه تأثیر مقاومت، هادی گرم می شود. با افزایش طول هادی و کاهش سطح مقطع آن، مقدار مقاومت افزایش می یابد. مقدار 1 اهم زمانی رخ می دهد که اختلاف پتانسیل در هادی 1 ولت و جریان 1 آمپر باشد.

قانون اهم

این قانون به مفاد و مفاهیم اساسی مهندسی برق مربوط می شود. ارتباط بین مقادیری مانند جریان، ولتاژ، مقاومت و غیره را با دقت بیشتری منعکس می کند. تعاریف این مقادیر قبلاً مورد توجه قرار گرفته است، اکنون لازم است میزان تأثیر متقابل و تأثیر آنها بر یکدیگر مشخص شود.

برای محاسبه این یا آن مقدار، باید از فرمول های زیر استفاده کنید:

1. قدرت جریان: I = U/R (آمپر).
2. ولتاژ: U = I x R (ولت).
3. مقاومت: R = U/I (اهم).

وابستگی این مقادیر، برای درک بهتر ماهیت فرآیندها، اغلب با ویژگی های هیدرولیک مقایسه می شود. به عنوان مثال، در پایین یک مخزن پر از آب، یک شیر با یک لوله در مجاورت آن نصب شده است. هنگامی که شیر باز می شود، آب شروع به جریان می کند زیرا بین فشار بالا در ابتدای لوله و فشار پایین در انتهای لوله تفاوت وجود دارد. دقیقاً همین وضعیت در انتهای هادی به شکل اختلاف پتانسیل - ولتاژ ایجاد می شود که تحت تأثیر آن الکترون ها در امتداد هادی حرکت می کنند. بنابراین، بر اساس قیاس، ولتاژ نوعی فشار الکتریکی است.

قدرت فعلی را می توان با جریان آب مقایسه کرد، یعنی مقدار آبی که در یک دوره زمانی معین از سطح مقطع لوله عبور می کند. با کاهش قطر لوله، جریان آب نیز به دلیل افزایش مقاومت کاهش می یابد. این جریان محدود را می توان با مقاومت الکتریکی یک رسانا مقایسه کرد که جریان الکترون ها را در محدوده خاصی نگه می دارد. برهمکنش جریان، ولتاژ و مقاومت شبیه به ویژگی های هیدرولیک است: با تغییر در یک پارامتر، همه پارامترهای دیگر تغییر می کنند.

انرژی و توان در مهندسی برق

در مهندسی برق نیز مفاهیمی مانند انرژیو قدرتمربوط به قانون اهم انرژی خود به اشکال مکانیکی، حرارتی، هسته ای و الکتریکی وجود دارد. طبق قانون بقای انرژی، نمی توان آن را از بین برد یا ایجاد کرد. فقط می تواند از یک شکل به شکل دیگر تبدیل شود. به عنوان مثال، سیستم های صوتی، انرژی الکتریکی را به صدا و گرما تبدیل می کنند.

هر وسیله برقی مقدار مشخصی انرژی را در مدت زمان معینی مصرف می کند. این مقدار برای هر دستگاه جداگانه است و نشان دهنده قدرت است، یعنی مقدار انرژی که یک دستگاه خاص می تواند مصرف کند. این پارامتر با فرمول محاسبه می شود P = I x U، واحد اندازه گیری است. این به معنای حرکت یک ولت از طریق مقاومت یک اهم است.

بنابراین، اصول اولیه مهندسی برق برای مبتدیان به شما در درک مفاهیم و اصطلاحات اولیه در ابتدا کمک می کند. پس از این، استفاده از دانش به دست آمده در عمل بسیار آسان تر خواهد بود.

برق برای آدمک ها: اصول الکترونیک

ما یک ماده کوچک با موضوع: "برق برای مبتدیان" ارائه می دهیم. این یک درک اولیه از اصطلاحات و پدیده های مرتبط با حرکت الکترون ها در فلزات را ارائه می دهد.

ویژگی های اصطلاح

الکتریسیته انرژی ذرات باردار کوچکی است که در هادی ها در جهت خاصی حرکت می کنند.

با جریان ثابت، هیچ تغییری در بزرگی آن و همچنین در جهت حرکت در یک دوره زمانی مشخص وجود ندارد. اگر یک سلول گالوانیکی (باتری) به عنوان منبع جریان انتخاب شود، آنگاه شارژ به شیوه ای منظم حرکت می کند: از قطب منفی به انتهای مثبت. این روند تا زمانی که به طور کامل ناپدید شود ادامه می یابد.

جریان متناوب به صورت دوره ای مقدار و همچنین جهت حرکت را تغییر می دهد.

مدار انتقال AC

بیایید سعی کنیم بفهمیم فاز در کلمه ای که همه شنیده اند چیست، اما همه معنای واقعی آن را درک نمی کنند. ما وارد جزئیات و جزئیات نمی شویم، ما فقط مواد مورد نیاز صنعتگر خانگی را انتخاب می کنیم. شبکه سه فاز روشی برای انتقال جریان الکتریکی است که در آن جریان از سه سیم مختلف عبور می کند و یکی آن را برمی گرداند. به عنوان مثال، در یک مدار الکتریکی دو سیم وجود دارد.

جریان از طریق سیم اول به سمت مصرف کننده، به عنوان مثال، به یک کتری جریان می یابد. سیم دوم برای برگرداندن آن استفاده می شود. هنگامی که چنین مداری باز می شود، عبور بار الکتریکی از داخل هادی وجود نخواهد داشت. این نمودار یک مدار تک فاز را توصیف می کند. در برق؟ فاز سیمی است که جریان الکتریکی از آن عبور می کند. صفر سیمی است که از طریق آن برگشت انجام می شود. در یک مدار سه فاز به طور همزمان سه سیم فاز وجود دارد.

یک تابلو برق در آپارتمان برای جریان در تمام اتاق ها ضروری است. از نظر اقتصادی مقرون به صرفه در نظر گرفته می شوند، زیرا نیازی به دو ندارند. الکترود زمین که در شبکه تک فاز استفاده می شود، بار کاری را تحمل نمی کند. او یک فیوز است.

به عنوان مثال، اگر یک اتصال کوتاه رخ دهد، خطر برق گرفتگی یا آتش سوزی وجود دارد. برای جلوگیری از چنین وضعیتی، مقدار فعلی نباید از سطح ایمن تجاوز کند؛ مازاد آن به زمین می رود.

کتابچه راهنمای "مدرسه برق" به صنعتگران تازه کار کمک می کند تا با برخی از خرابی های لوازم خانگی کنار بیایند. به عنوان مثال، اگر در عملکرد موتور الکتریکی ماشین لباسشویی مشکلاتی وجود داشته باشد، جریان به محفظه فلزی بیرونی جریان می یابد.

در صورت عدم اتصال به زمین، شارژ در سراسر دستگاه توزیع می شود. هنگامی که آن را با دستان خود لمس می کنید، شخص به عنوان هادی زمین عمل می کند و شوک الکتریکی دریافت می کند. اگر سیم زمین وجود داشته باشد، این وضعیت به وجود نمی آید.

ویژگی های مهندسی برق

کتاب درسی "الکتریسیته برای آدمک ها" در بین کسانی که از فیزیک دور هستند، اما قصد دارند از این علم برای اهداف عملی استفاده کنند، محبوب است.

تاریخ پیدایش مهندسی برق را آغاز قرن نوزدهم می دانند. در این زمان بود که اولین منبع فعلی ایجاد شد. اکتشافات انجام شده در زمینه مغناطیس و الکتریسیته توانست علم را با مفاهیم جدید و حقایق با اهمیت عملی غنی کند.

کتابچه راهنمای "مدرسه برق" آشنایی با اصطلاحات اولیه مربوط به برق را فرض می کند.

بسیاری از کتاب های فیزیک حاوی نمودارهای پیچیده الکتریکی و انواع اصطلاحات گیج کننده هستند. برای اینکه مبتدیان تمام پیچیدگی های این بخش از فیزیک را درک کنند، یک کتابچه راهنمای ویژه "برق برای آدمک ها" ایجاد شد. سفر به دنیای الکترون باید با در نظر گرفتن قوانین و مفاهیم نظری آغاز شود. مثال های گویا و حقایق تاریخی استفاده شده در کتاب "برق برای آدمک ها" به برقکاران تازه کار کمک می کند تا دانش را کسب کنند. برای بررسی پیشرفت خود می توانید از تکالیف، تست ها و تمرین های مربوط به برق استفاده کنید.

اگر می‌دانید که دانش نظری کافی برای مقابله مستقل با اتصال سیم‌کشی برق ندارید، به کتاب‌های مرجع برای "دومیس" مراجعه کنید.

ایمنی و تمرین

ابتدا باید بخش مربوط به اقدامات احتیاطی ایمنی را به دقت مطالعه کنید. در این صورت، در حین کار مرتبط با برق، هیچ موقعیت اضطراری خطرناک برای سلامتی وجود نخواهد داشت.

به منظور عملی کردن دانش نظری به دست آمده پس از خودآموزی مبانی مهندسی برق، می توانید با لوازم خانگی قدیمی شروع کنید. قبل از شروع تعمیرات، حتما دستورالعمل های همراه دستگاه را مطالعه کنید. فراموش نکنید که نباید با برق شوخی کرد.

جریان الکتریکی با حرکت الکترون ها در هادی ها مرتبط است. اگر ماده ای قادر به هدایت جریان نباشد به آن دی الکتریک (عایق) می گویند.

برای اینکه الکترون های آزاد از یک قطب به قطب دیگر حرکت کنند، باید اختلاف پتانسیل مشخصی بین آنها وجود داشته باشد.

شدت جریان عبوری از یک رسانا به تعداد الکترون هایی که از سطح مقطع هادی عبور می کنند مربوط می شود.

سرعت جریان جریان تحت تأثیر مواد، طول و سطح مقطع هادی است. با افزایش طول سیم، مقاومت آن افزایش می یابد.

نتیجه

الکتریسیته یکی از شاخه های مهم و پیچیده فیزیک است. کتابچه راهنمای "Electricity for Dummies" مقادیر اصلی را که کارایی موتورهای الکتریکی را مشخص می کند، بررسی می کند. واحدهای ولتاژ ولت هستند، جریان بر حسب آمپر اندازه گیری می شود.

هر کس قدرت خاصی دارد. به مقدار برق تولید شده توسط یک دستگاه در یک دوره زمانی معین اشاره دارد. مصرف کنندگان انرژی (یخچال، ماشین لباسشویی، کتری، اتو) نیز دارای برق هستند و در حین کار برق مصرف می کنند. در صورت تمایل می توانید محاسبات ریاضی را انجام دهید و قیمت تقریبی هر لوازم خانگی را تعیین کنید.

مهندسی برق مانند یک زبان خارجی است. برخی در حال حاضر برای مدت طولانی بر آن تسلط کامل داشته اند، برخی دیگر تازه شروع به آشنایی با آن کرده اند و برای برخی دیگر هنوز یک هدف دست نیافتنی اما جذاب است. چرا بسیاری از مردم می خواهند این دنیای اسرارآمیز برق را کشف کنند؟ مردم تنها حدود 250 سال است که با آن آشنا هستند، اما امروزه تصور زندگی بدون برق دشوار است. برای آشنایی با این دنیا، مبانی نظری مهندسی برق (TOE) برای آدمک ها وجود دارد.

اولین آشنایی با برق

در پایان قرن هجدهم، دانشمند فرانسوی شارل کولمب شروع به مطالعه فعال پدیده های الکتریکی و مغناطیسی مواد کرد. این او بود که قانون بار الکتریکی را کشف کرد که به نام او - کولن - نامگذاری شد.

امروزه مشخص شده است که هر ماده ای از اتم ها و الکترون هایی تشکیل شده است که در یک مدار به دور آنها می چرخند. با این حال، در برخی از مواد، الکترون ها توسط اتم ها بسیار محکم نگه داشته می شوند، در حالی که در برخی دیگر این پیوند ضعیف است، که به الکترون ها اجازه می دهد آزادانه از برخی اتم ها جدا شوند و به برخی دیگر بچسبند.

برای اینکه بفهمید چیست، می توانید شهری بزرگ با تعداد زیادی ماشین را تصور کنید که بدون هیچ قانونی حرکت می کنند. این ماشین ها به طور آشفته حرکت می کنند و نمی توانند کار مفیدی انجام دهند. خوشبختانه، الکترون ها از هم جدا نمی شوند، بلکه مانند توپ از یکدیگر منعکس می شوند. برای بهره مندی از این کارگران کوچک ، سه شرط باید رعایت شود:

1. اتم های یک ماده باید آزادانه الکترون های خود را رها کنند.
2. باید نیرویی به این ماده وارد شود که الکترون ها را مجبور به حرکت در یک جهت می کند.
3. مداری که ذرات باردار در امتداد آن حرکت می کنند باید بسته باشد.

رعایت این سه شرط است که زمینه ساز مهندسی برق برای مبتدیان است.

همه عناصر از اتم تشکیل شده اند. اتم ها را می توان با منظومه شمسی مقایسه کرد، فقط هر منظومه تعداد مدارهای مخصوص به خود را دارد و هر مدار می تواند شامل چندین سیاره (الکترون) باشد. هر چه مدار از هسته دورتر باشد، الکترون ها در این مدار جاذبه کمتری را تجربه می کنند.

جاذبه به جرم هسته بستگی ندارد، بلکه از قطبیت های مختلف هسته و الکترون ها. اگر هسته دارای بار 10+ واحد باشد، الکترون ها نیز باید در مجموع 10 واحد داشته باشند، اما بار منفی. اگر یک الکترون از مدار بیرونی پرواز کند، انرژی کل الکترون ها از قبل -9 واحد خواهد بود. یک مثال ساده برای جمع +10 + (-9) = +1. معلوم می شود که اتم دارای بار مثبت است.

برعکس هم اتفاق می افتد: هسته جاذبه قوی دارد و یک الکترون "خارجی" را جذب می کند. سپس یک الکترون "اضافی" یازدهم در مدار بیرونی خود ظاهر می شود. همان مثال +10 + (-11) = -1. در این حالت اتم دارای بار منفی خواهد بود.

اگر دو ماده با بارهای مخالف در یک الکترولیت قرار داده شوند و از طریق یک رسانا مثلاً یک لامپ به آنها متصل شوند، جریان در یک مدار بسته جریان می یابد و لامپ روشن می شود. اگر مدار قطع شود، مثلاً از طریق یک کلید، لامپ خاموش می شود.

جریان الکتریکی به صورت زیر بدست می آید. هنگامی که یکی از مواد (الکترود) در معرض الکترولیت قرار می گیرد، الکترون اضافی در آن ظاهر می شود و بار منفی پیدا می کند. برعکس، الکترود دوم وقتی در معرض الکترولیت قرار می‌گیرد، الکترون‌ها را رها می‌کند و دارای بار مثبت می‌شود. هر الکترود به ترتیب "+" (الکترون های اضافی) و "-" (فقدان الکترون) تعیین می شود.

اگرچه الکترون ها دارای بار منفی هستند، اما الکترود با علامت "+" مشخص می شود. این سردرگمی در ابتدای مهندسی برق رخ داد. در آن زمان، اعتقاد بر این بود که انتقال بار توسط ذرات مثبت انجام می شود. از آن زمان، مدارهای زیادی ترسیم شده است. و برای اینکه آنها را دوباره انجام ندهند، همه چیز را همانطور که هست رها کردند.

در سلول های گالوانیکی، جریان الکتریکی در نتیجه یک واکنش شیمیایی ایجاد می شود. ترکیب چندین عنصر باتری نامیده می شود؛ چنین قاعده ای را می توان در مهندسی برق برای ساختگی ها یافت. اگر فرآیند معکوس امکان پذیر باشد، هنگامی که انرژی شیمیایی در عنصر تحت تأثیر جریان الکتریکی جمع می شود، چنین عنصری باتری نامیده می شود.

سلول گالوانیکی توسط الساندرو ولتا در سال 1800 اختراع شد. او از صفحات مس و روی آغشته به محلول نمک استفاده کرد. این نمونه اولیه باتری ها و باتری های مدرن شد.

انواع و ویژگی های جریان

پس از دریافت اولین الکتریسیته، این ایده به وجود آمد که این انرژی در یک فاصله معین منتقل شود و در اینجا مشکلاتی به وجود آمد. به نظر می رسد که الکترون هایی که از یک هادی عبور می کنند بخشی از انرژی خود را از دست می دهند و هر چه رسانا طولانی تر باشد، این تلفات بیشتر است. در سال 1826، جورج اهم قانونی را ایجاد کرد که رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت را ردیابی می کند. به صورت زیر خوانده می شود: U=RI. در کلمات، معلوم می شود: ولتاژ برابر است با جریان ضرب در مقاومت هادی.

از معادله می توان دریافت که هر چه طول هادی که مقاومت را افزایش می دهد، جریان و ولتاژ کمتری خواهد داشت، بنابراین توان کاهش می یابد. از بین بردن مقاومت غیرممکن است؛ برای انجام این کار باید دمای هادی را به صفر مطلق کاهش دهید که فقط در شرایط آزمایشگاهی امکان پذیر است. جریان برای برق ضروری است، بنابراین شما نمی توانید آن را نیز لمس کنید، تنها چیزی که باقی می ماند افزایش ولتاژ است.

برای پایان قرن نوزدهم، این یک مشکل غیر قابل حل بود. از این گذشته ، در آن زمان هیچ نیروگاهی وجود نداشت که جریان متناوب تولید کند ، هیچ ترانسفورماتور وجود نداشت. بنابراین، مهندسان و دانشمندان توجه خود را به رادیو معطوف کردند، هرچند که بسیار متفاوت از بی سیم مدرن بود. دولت های کشورهای مختلف منافع این تحولات را ندیدند و از چنین پروژه هایی حمایت نکردند.

برای اینکه بتوان ولتاژ را تغییر داد، کم یا زیاد کرد، جریان متناوب مورد نیاز است. در مثال زیر می توانید ببینید که چگونه این کار می کند. اگر سیم به شکل یک سیم پیچ بغلتد و آهنربا به سرعت داخل آن حرکت کند، جریان متناوب در سیم پیچ ایجاد می شود. این را می توان با اتصال یک ولت متر با علامت صفر در وسط به انتهای سیم پیچ تأیید کرد. فلش دستگاه به سمت چپ و راست منحرف می شود، این نشان می دهد که الکترون ها در یک جهت و سپس در جهت دیگر حرکت می کنند.

این روش تولید الکتریسیته القای مغناطیسی نامیده می شود. به عنوان مثال، در ژنراتورها و ترانسفورماتورها، دریافت و تغییر جریان استفاده می شود. با توجه به فرم آن جریان متناوب می تواند:

• سینوسی؛
• تکانشی؛
• راست شد.

انواع هادی ها

اولین چیزی که بر جریان الکتریکی تأثیر می گذارد رسانایی مواد است. این رسانایی برای مواد مختلف متفاوت است. به طور معمول، همه مواد را می توان به سه نوع تقسیم کرد:

• رهبر ارکستر؛
• نیمه هادی؛
• دی الکتریک

هادی می تواند هر ماده ای باشد که آزادانه جریان الکتریکی را از خود عبور دهد. اینها شامل مواد سخت مانند فلز یا نیمه فلز (گرافیت) است. مایع - جیوه، فلزات مذاب، الکترولیت ها. این شامل گازهای یونیزه نیز می شود.

بر این اساس، هادی ها به دو نوع رسانایی تقسیم می شوند:

• الکترونیکی؛
• یونی

رسانایی الکترونیکی شامل تمام مواد و موادی است که از الکترون ها برای ایجاد جریان الکتریکی استفاده می کنند. این عناصر شامل فلزات و نیمه فلزات می باشد. کربن نیز جریان را به خوبی هدایت می کند.

در هدایت یونی، این نقش را ذره ای ایفا می کند که بار مثبت یا منفی دارد. یون ذره ای است که یک الکترون مفقود یا اضافی دارد. برخی از یون ها از گرفتن یک الکترون "اضافی" مخالف نیستند، در حالی که برخی دیگر برای الکترون ها ارزش قائل نیستند و بنابراین آزادانه آنها را از بین می برند.

بر این اساس، چنین ذرات می توانند بار منفی یا بار مثبت داشته باشند. یک مثال آب نمک است. ماده اصلی آب مقطر است که عایق بوده و رسانای جریان نیست. هنگامی که نمک اضافه می شود، به یک الکترولیت، یعنی یک رسانا تبدیل می شود.

نیمه هادی ها در حالت عادی خود جریانی را هدایت نمی کنند، اما هنگامی که در معرض تأثیرات خارجی (دما، فشار، نور و غیره) قرار می گیرند، شروع به هدایت جریان می کنند، البته نه به خوبی هادی ها.

تمام مواد دیگری که در دو نوع اول گنجانده نشده اند به عنوان دی الکتریک یا عایق طبقه بندی می شوند. در شرایط عادی، آنها عملا جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در مدار بیرونی الکترون ها در مکان های خود بسیار محکم نگه داشته می شوند و جایی برای الکترون های دیگر وجود ندارد.

هنگام مطالعه برق برای آدمک ها، باید به یاد داشته باشید که از تمام انواع مواد ذکر شده قبلی استفاده می شود. هادی ها عمدتاً برای اتصال عناصر مدار (از جمله در ریز مدارها) استفاده می شوند. آنها می توانند یک منبع تغذیه را به یک بار (به عنوان مثال، سیم از یخچال، سیم کشی برق و غیره) وصل کنند. آنها در ساخت کویل ها استفاده می شوند که به نوبه خود می توانند بدون تغییر استفاده شوند، به عنوان مثال، روی تخته های مدار چاپی یا در ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورهای الکتریکی و غیره.

هادی ها بیشترین و متنوع ترین هستند. تقریباً تمام قطعات رادیویی از آنها ساخته شده است. برای به دست آوردن یک وریستور، به عنوان مثال، می توان از یک نیمه رسانا (کاربید سیلیکون یا اکسید روی) استفاده کرد. قطعاتی هستند که شامل هادی هایی با انواع مختلف هدایت هستند، به عنوان مثال، دیودها، دیودهای زنر، ترانزیستورها.

دو فلزی جایگاه ویژه ای را اشغال می کند. ترکیبی از دو یا چند فلز است، که دارای درجات گسترش متفاوتی هستند. هنگامی که چنین قطعه ای گرم می شود، به دلیل درصد انبساط متفاوت تغییر شکل می دهد. به طور معمول در حفاظت جریان استفاده می شود، به عنوان مثال، برای محافظت از موتور الکتریکی از گرمای بیش از حد یا خاموش کردن دستگاه هنگامی که به دمای تنظیم شده رسید، مانند اتو.

دی الکتریک ها عمدتاً یک عملکرد محافظتی دارند (به عنوان مثال، دسته های عایق بر روی ابزارهای برقی). آنها همچنین به شما امکان می دهند عناصر یک مدار الکتریکی را جدا کنید. برد مدار چاپی که قطعات رادیویی روی آن نصب شده اند از دی الکتریک ساخته شده است. سیم های سیم پیچ با لاک عایق پوشانده شده اند تا از اتصال کوتاه بین پیچ ها جلوگیری شود.

با این حال، یک دی الکتریک، هنگامی که یک هادی اضافه می شود، تبدیل به نیمه هادی می شود و می تواند جریان را هدایت کند. همین هوا در هنگام رعد و برق تبدیل به هادی می شود. چوب خشک هادی ضعیفی است، اما اگر خیس شود، دیگر ایمن نخواهد بود.

جریان الکتریسیته نقش بسیار زیادی در زندگی انسان مدرن ایفا می کند، اما از سوی دیگر می تواند خطر مرگباری را به همراه داشته باشد. تشخیص آن، به عنوان مثال، در سیمی که روی زمین قرار دارد، بسیار دشوار است؛ این به تجهیزات و دانش خاصی نیاز دارد. بنابراین هنگام استفاده از وسایل برقی باید بسیار احتیاط کرد.

بدن انسان در درجه اول از آب تشکیل شده است، اما آب مقطر نیست که دی الکتریک است. بنابراین، بدن تقریباً تبدیل به یک رسانای الکتریسیته می شود. پس از دریافت شوک الکتریکی، عضلات منقبض می شوند که می تواند منجر به ایست قلبی و تنفسی شود. با عمل بیشتر جریان، خون شروع به جوشیدن می کند، سپس بدن خشک می شود و در نهایت، بافت ها زغال می شوند. اولین کاری که باید انجام دهید این است که جریان را متوقف کنید، در صورت لزوم، کمک های اولیه را ارائه دهید و با پزشکان تماس بگیرید.

ولتاژ ساکن در طبیعت رخ می دهد، اما اغلب خطری برای انسان ایجاد نمی کند، به استثنای رعد و برق. اما می تواند برای مدارها یا قطعات الکترونیکی خطرناک باشد. بنابراین هنگام کار با ریز مدارها و ترانزیستورهای اثر میدانی از دستبندهای زمینی استفاده می شود.