مدار الکتریکی چیست؟ توان الکتریکی و انواع مدار

یک جنبه مهم در هر مدار الکتریکی یا الکترونیکی ، توان الکتریکی آن است. وقتی جریان از یک مقاومت عبور می کند، انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود. از این قابلیت در بخاری های برقی نیز استفاده میشود زیرا آنها جریان الکتریکی را به گرما تبدیل میکنند. لامپ ها نیز از همین اصل استفاده میکنند و عنصر را گرم میکنند تا سفید شود و نور تولید کند. مقاومت ها انواع مختلفی دارند که توان کوچک و جریان های کوچکی را محدود میکنند. در مقاومت کم، توان الکتریکی کم تر است و بنابراین گرمای تولید شده بسیار کم میشود. در این مقاله ما مدار های الکتریکی و توان الکتریکی را توضیح میدهیم. از سایت آیرنکس irenx.ir برای جمع آوری این مطالب استفاده شده است.

مدار الکتریکی

اول از همه باید بدانیم مدار الکتریکی چیست. در واقع به هر مسیر بسته ای از جریان الکتریکی، مدار الکتریکی گفته میشود. مدار ها میتوانند از نوع الکتریکی یا الکترونیکی باشند. در حقیقت اگر در یک مدار از اجزای الکتریکی استفاده شده باشد، آن مدار الکتریکی و اگر در آن از اجزای الکترونیکی نیز استفاده شده باشد، آن مدار الکترونیکی است. بنابراین اگر تمام اجزا الکتریکی باشند (غیرفعال) مدار الکتریکی است و برای اینکه مدار به صورت الکترونیکی باشد، باید حتما یک جزء فعال در مدار وجود داشته باشد. گره ها در مدار های الکتریکی با دایره های پر نمایش داده میشوند. گره ها اتصال بین سیم ها و قطعات را راحت تر به ما نشان میدهند. مدار ها از اجزای رسانا و نیمه رسانا تشکیل میشوند. در تصویر پایین جهت حرکت جریان، مقاومت ها، گره ها و ... قابل مشاهده است. یک مدار الکترونیکی از اجزای الکترونیکی مانند مقاومت، ترانزیستور، خازن، سلف و دیود تشکیل شده که توسط سیم هایی که جریان الکتریکی را منتقل میکنند، به یکدیگر متصل شده اند. 

بعضی از مدار ها با جریان DC کار میکنند، یعنی جریان مستقیم است و بر طبق قرارداد از سمت مثبت باتری به سمت منفی باتری حرکت میکند. اما بعضی از مدار ها با جریان AC کار میکنند که با توجه به فرکانس جریان، جهت جریان متناوبا برعکس میشود. گفتنی است که برق خانه، دفتر و ... توسط جریان متناوب (AC) تامین میشود. برد های الکتریکی و حتی موبایل و لپتاپ ها با جریان DC کار میکنند. در حقیقت با استفاده از آداپتور و مدار های خاص، جریان AC تبدیل به جریان DC میشود تا وسایل الکترونیکی ما به درستی کار کنند.

مدار سری و موازی

در مدار ها میتوان از اتصال سری و اتصال موازی استفاده کرد که هر کدام خاصیت خود را دارند. در مدار های سری قطعات با هم یک گره مشترک دارند و در مدار های موازی قطعات و سیم ها با هم 2 گره مشترک دارند. در اتصال های متفاوت، جریان و ولتاژ الکتریکی متفاوتی عبور میکند و بنابر نیاز باید از اتصال مناسب استفاده کرد. جهت کسب اطلاعات بیشتر مقاله ولتاژ چیست را بخوانید.

تصویر بالا یک مدار سری (سمت چپ) و مدار موازی (سمت راست) را نشان میدهد. در مدار های موازی جریان تقسیم شده و از مسیر ها به یک اندازه عبور میکند و در مدار سری (متوالی) برعکس است. به تصویر زیر دقت کنید. در مدار زیر مقاومت 6 و 7 یک اتصال سری با یکدیگر برقرار کرده اند بنابراین میتوان آن ها را یک مقاومت واحد 4 اهمی در نظر گرفت. مقاومت 2 و 3 نیز با یکدیگر اتصال سری دارند و میتوان این دو مقاومت را یک مقاومت 12 اهمی در نظر گرفت. اما مقاومت 2 و3 با مقاومت 5 یک اتصال موازی را تشکیل داده اند (زیرا از دو سمت به یکدیگر متصل هستند). محاسبه مقاومت معادل در مدار های سری (متوالی) بسیار ساده است زیرا فقط کافی است مقدار مقاومت ها را با یکدیگر جمع کنیم. اما محاسبه مقاومت معادل در مدار ها موازی پیچیده تر است و نیازمند فرمول خاصی است. جهت یادگیری این موارد به قسمت آموزش الکترونیک سایت آیرنکس (irenx.ir) مراجعه کنید.

پس نتیجه میگیریم:

• در یک مدار سری ، تمام اجزا با یک پایه مشترک به هم متصل می شوند و یک مسیر واحد برای جریان تشکیل می دهند.
• در یک مدار موازی ، تمام اجزا دو پایه مشترک بهم متصل می شوند و دقیقاً دومسیر برای عبور جریان را تشکیل می دهند.

توان الکتریکی

حالا میرسیم به تعریف توان الکتریکی. در حقیقت باید بدانید که توان الکتریکی سرعتی در واحد زمان است که در آن انرژی الکتریکی توسط یک مدار الکتریکی منتقل می شود. به نوعی توان الکتریکی سرعت تبدیل انرژی را بیان میکند. فرمول توان الکتریکی برابر است با P=I*V یعنی توان برابر است با جریان ضرب در ولتاژ. البته فرمول های فراوانی برای بدست آوردن توان الکتریکی وجود دارد اما فرمول اصلی همین P=V*I است. وات واحدی است که برای توان الکتریکی استفاده میشود. حتما در هنگام خرید لامپ به این موضوع دقت کرده اید که لامپ ها را با واحد وات معرفی میکنند و مثلا میگویند لامپ 60 وات. یعنی این لامپ با توان 60 وات انرژی الکتریکی را به نور تبدیل میکند. طبیعتا هرچقدر توان بیشتر باشد، نور بیشتری نیز تولید خواهد شد. البته تمام توان تبدیل به نور نمیشود و مقداری از آن تبدیل به گرما میشود و هدر میرود. در مقاومت هایی که در مدار ها استفاده میشود، اتلاف توان زیاد است و برای محدود کردن جریان از آن ها استفاده میشود.

به تصویر بالا دقت کنید. یک مقاومت (R) را مشاهده میکنید که ولتاژ (V) بر آن اعمال شده است و جریان (I) از آن در حال گذر است. حالا اگر بخواهیم مقدار دهی کنیم و جریان را برابر با I=1 و ولتاژ را برابر با V=5 در نظر بگیریم، با توجه به فرمولی که گفته شد، توان الکتریکی برابر است با 5*1=5 وات.  با دانستن فرمول توان و اطلاع داشتن از ولتاژ و جریان میتوانید به راحتی توان الکتریکی را برای مولفه های دیگر محاسبه کنید.

یادگیری الکترونیک را از کجا شروع کنیم؟

اغلب افرادی که میخواهند وارد حوزه الکترونیک شوند نمیدانند باید از کجا شروع کنند. حتی نحوه یادگیری موارد ساده و ابتدایی در حوزه الکترونیک و برق نیازمند داشتن ترتیب خاصی است تا به طور کامل درک و فهم حاصل شود. در سایت آیرنکس بخضی به نام آموزش الکترونیک رایگان قرار داده شده است که شما میتوانید به راحتی مطالب مربوط به الکترونیک را فرا بگیرید. همچنین دوره ای به نام آموزش الکترونیک پایه قرار داده شده است که میتوانید به راحتی مفاهیم پایه و قطعات پایه رشته الکترونیک را یاد بگیرید. 

پیشنهاد میشود در ابتدا مفاهیم پایه الکترونیک مثل برق چیست، مفهوم مدار، مدار سری و موازی، توان الکتریکی و قانون اهم را یاد بگیرید و سپس به سراغ یادگیری قطعات پایه مثل ترانزیستور ها، دیود ها، مقاومت ها، LED ها و ... بروید. در نهایت میتوانید پروژه های مختلف با پلتفرم های محبوب مثل آردوینو، رزبری پای و ... را راه اندازی کنید. از برد های آردوینو میتوان برای هوشمند سازی خانه، ساخت ربات، ارتباط وسایل با تلفن همراه و ... استفاده کرد. برد های آردوینو بسیار ارزان هستند و به راحتی میتوانید آن ها را برنامه نویسی کنید تا برای شما کاری را انجام دهند. به طور مثال در هنگام تشخیص حرکت در خانه شما، آژیر را فعال کند و برای شما یک اس ام اس ارسال کند.