مبانی برق

مبانی برق

در یک هادی عایق شده مانند قطعه‌ای سیم مسی ،الکترونهایآزاد شبیه مولکولهای گازی که در ظرفی محبوس شده‌اند، حرکات کاتوره‌ای انجاممی‌دهند و مجموعه حرکات آنها در طول سیم هیچ گونه جهت مشخصی ندارد. تعدادالکترونهایی که به چپ حرکت می‌کنند با تعداد الکترونهایی که به راست حرکت می‌کنند،یکی است و برآیند آنها صفر می‌باشد. ولی اگر دو سر سیم را بهباتری وصل کنیم،این برآیند دیگر صفر نیست.

تاریخچه

تاریخ الکتریسیته به 600 سال قبل از میلاد می‌رسد. در داستانهایمیلتوس (Miletus) می‌خوانیم که یککهربا در اثرمالش کاه را جذب می‌کند. مغناطیس از موقعی شناخته شد که مشاهده گردید، بعضی از سنگها مثل مگنیتیت ، آهن رامی‌ربایند. الکتریسیته و مغناطیس ، در ابتدا جداگانه توسعه پیدا کردند، تا این کهدر سال 1825اورستد (Orested) رابطه‌ای بین آنها مشاهدهکرد. بدین ترتیب اگر جریانی از سیم بگذرد می‌تواند یک جسم مغناطیسی را تحت تأثیرقرار دهد. بعدهافارادهکشف کرد که الکتریسیته و مغناطیس جدااز هم نیستند و درمبحثالکترومغناطیس قرار می‌گیرد.

مشخصات جریان الکتریکی

از نظر تاریخی نماد جریان I ، از کلمه آلمانیIntensitکه به معنی شدت است، گرفته شده است. واحد جریان الکتریکی دردستگاه SI ، آمپر است. به همین علت بعضیاوقات جریان الکتریکی بطور غیر رسمی و به دلیل همانندی با واژهولتاژ ، آمپراژخوانده می‌شود. اما مهندسین از این گونه استفاده ناشیانه ، ناراضی هستند.

آیا شدت جریان در نقاط مختلف هادی متفاوت است؟

شدت جریان در هر سطح مقطعاز هادی مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی کهدر هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتیاگر سطح مقطعها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود کهبارالکتریکی در هادی حفظ می‌شود. در هیچ نقطه‌ای بار الکتریکی نمی‌تواند روی هممتراکم شود و یا از هادی بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برایبار الکتریکی وجود ندارد.

سرعت رانش

میدانالکتریکیکه بر روی الکترونهای هادی اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجادنمی‌کند. چونالکترونها پیوسته با یونهای هادی برخورد می‌کنند. لذا انرژی حاصل از شتاب الکترونها به انرژینوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترونها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) درراستای خلاف جهت میدان الکتریکی بدست می‌آورند.

چگالی جریان الکتریکی

جریان I یک مشخصه برای اجسام رسانا است و مانندجرم، حجم و ... یک کمیت کلی محسوب می‌شود. در حالی که کمیت ویژه‌ دانستیه یاچگالی جریان j است که یککمیتبرداری است و همواره منسوب به یک نقطه از هادی می‌باشد. در صورتی که جریانالکتریسیته در سطح مقطع یک هادی بطور یکنواخت جاری باشد، چگالی جریان برای تمامنقاط این مقطع برابرj = I/Aاست. دراین رابطه A مساحت سطح مقطع است. بردار j در هر نقطه به طرفی که بار الکتریکی مثبتدر آن نقطه حرکت می‌کند، متوجه است و بدین ترتیب یک الکترون در آن نقطه در جهت j حرکت خواهد کرد.

اشکال مختلف جریان الکتریکی

در هادیهای فلزی ، مانند سیمها ، جریان ناشیاز عبور الکترونها است، اما این امر در مورد اکثر هادیهای غیر فلزی صادق نیست. جریان الکتریکی درالکترولیتها ، عبور اتمهای باردار شده به صورت الکتریکی (یونها) است، که در هر دو نوع مثبت ومنفی وجود دارند. برای مثال، یکپیلالکتروشیمیایی ممکن است با آب نمک (یک محلول ازکلرید سدیم) در یک طرف غشا و آب خالص در طرفدیگر ساخته شود. غشا به یونهای مثبت سدیم اجازه عبور می‌دهد، اما به یونهای منفیکلر این اجازه را نمی‌دهد. بنابراین یک جریان خالص ایجاد می‌شود. جریانالکتریکی درپلاسما عبور الکترونها ، مانند یونهای مثبت و منفی است. در آب یخ زده و در برخی ازالکترولیتهای جامد ، عبورپروتونها ،جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. نمونه‌هایی هم وجود دارد که علیرغم اینکه در آنها، الکترونها بارهایی هستند که از نظر فیزیکی حرکت می‌کنند، اما تصور جریان مانند 'حفره‌های (نقاطی که برای خنثی شدن از نظر الکتریکی نیاز به یک الکترون دارند) مثبتمتحرک ، قابل فهم تر است. این شرایطی است که در یکنیم هادی نوع p وجود دارد.

اندازه گیری جریان الکتریکی

جریان الکتریکی را می‌توان مستقیما توسط یکگالوانومتر اندازه گیری کرد. اما این روش نیاز به قطع مدار دارد که گاهی مشکل است. جریان رامی‌توان بدون قطع مدار و توسط اندازه گیریمیدان مغناطیسیکه جریان تولید می‌کند،محاسبه کرد. ابزارهای مورد نیاز برای این کار شامل سنسورهای اثر هال ، کلمپگیره‌های جریان و سیم پیچهای روگووسکی است.

مقاومت الکتریکی

اگراختلاف پتانسیلمعینی را یک بار به دوانتهای سیم مسی و بار دیگر به دو انتهای میله چوبی وصل کنیم، شدت جریانهای حاصل درهر لحظه با هم اختلاف زیادی خواهند داشت. خاصیتی از هادی را که اختلاف مزبور راباعث می‌شود،مقاومتالکتریکی گویند، که آن را با R نشان می‌دهند و مقدار آن برابرR = V/Iاست که در آن V اختلاف پتانسیل بین دوسر سیم و I جریان الکتریکی است. واحد مقاومت الکتریکی اهم یا ولت بر آمپر می‌باشد.

توان الکتریکی

یک مدار الکتریکی را در نظر می‌گیریم که حامل جریان I وولتاژ V بوده و یک مقاومت Rدر آن قرار دارد. بار الکتریکی dq موقع عبور از مقاومتبه اندازه Vdq ، ازانرژی پتانسیل الکتریکیخود را از دستمی‌دهد. طبققانونبقای انرژی ، این انرژی در مقاومت به صورت دیگری ، مثلا گرما ظاهر می‌شود. گردر مدت زمان dt ، انرژی du حاصل شود، در این صورت داریم:

P=du/dt

دراین رابطه P ، توان الکتریکی است که دارای واحد وات می‌باشد. برای یک مقاومتمی‌توان توان را به صورت زیر:

P = RI2

مقاومت الکتریکی

تقریباً تمام مدارهای الکترونیکی برای عملکرد صحیح به مقاومت احتیاج دارند. مقاومتها امکان کنترل جریان و یا ولتاژ ارائه شده را فراهم می‌کنند. به عبارت دیگر می‌توان گفت قطعه مقاومت، قطعه‌ای است که در موارد مختلفی از قبیل محدود کردن ولتاژ و جریان و همچنین تقسیم ولتاژ و جریان استفاده می‌شود. ساختار مقاومت مورد استفاده در تعیین مشخصه‌های الکتریکی آن مفید واقع می‌شود. در هر مداری باید موارد زیر را برای مقاومت‌ها مد نظر داشت:

مقدار مقاومت

توان قابل تحمل

تلرانس                                         

ضریب حرارتی

ایجاد نویز

پایداری

زمانی که جریان الکتریکی از داخل یک رسانا عبور می‌‌کند با مقاومتی مواجه می‌‌شود. رابطه مقاومت با جریان و ولتاژ از طریق قانون اهم بیان می‌‌شودکه یک رابطهٔ خطی است : V = RI

R: مقاومت بر حسب اهم . V: ولتاژ بر حسب ولت . I: جریان عبوری بر حسب آمپر .

البته باید توجه داشت که مقاومت وابسته به مدار نیست و فقط به جنس و شکل ماده بستگی دارد. قانون اهم را قانون مداری مقاومت می‌‌خوانند اما رابطه فیزیکی مقاومت به شکل زیر است:

R=ρl/A

که ρ مقاومت ویژهٔ ماده، l، طول رسانا و A، سطح مقطع آن است.

یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی کهصرفنظر ازولتاژ اعمالی بهدو سرش یاجریانالکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعینمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند کهدر برابر تغییراتدما و دیگر عوامل محیطی ،نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یامتغییر باشند. مقاومتهای متغیرپتانسیومتریارئوستانیز خوانده می‌شوند و این اجازهرا می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییرکند.

برخیاز مقاومتها بلند و نازک هستند و ماده مقاوم حقیقی در وسط آنها قرار دارد و یک پایههادی در هر انتهای آن نصب شده است. به این مقاومت بستهمحوریگفته می‌شود. تصویر سمت راست یک ردیف از مقاومتهایی را نشان می‌دهد که عموما در یک بسته بندیقرار داده می‌شوند. مقاومتهای استفاده شده در کامپیوترها و دیگر وسایل ، نوعا خیلیکوچکتراند و اغلب در بسته‌های با پایه سطحی (فن آوری پایه سطحی) بدون سیمهای رابطبکار می‌روند. مقاومتهای با توان بالاتر را در بسته‌های محکمتری قرار می‌دهند وبگونه‌ای طراحی شده‌اند که گرما را بطور موثری از بین ببرند، اما تمامی آنها دارایهمان ساختار قبلی مقاومتها هستند. مقاومتها به عنوان بخشی ازشبکه‌های الکتریکیبکار می‌روند و در علممیکرو الکترونیکو ابزارهاینیمه هادیشرکت دارند. اندازه گیری دقیق یکمقاومت بصورت نسبت ولتاژ بهجریان است و واحد آن دردستگاه SI،اهماست. یک عنصر دارای مقاومت 1 اهم استاگر یک ولتاژ 1 ولتی دو سر عنصر منجر به یک جریان 1 آمپر شود که معادل جریان یککولمب بار الکتریکی (تقریبا 6.242506 X 10 18 الکترون) در ثانیه در جهتمخالف است. یک جسم فیزیکی نوعی مقاومت است. اکثرفلزات،مواد هادیهستند و در برابر جریان الکتریستهمقاومت کمی دارند. بدن انسان ، یک تکهپلاستیک ، یا حتی یکخلادارای مقاومتهایی هستند که قابل اندازهگیری است. موادی که دارای مقاومتهای بسیار بالایی هستندعایق نامیده می‌شوند.

رابطهبین ولتاژ ، جریان و مقاومت در یک جسم توسط یک معادله ساده که ازقانوناهم گرفته شده و اغلب با آن اشتباه می‌شود، بیان می‌شود:

V = IR

که درآن V ولتاژ دو سر مقاومت بر حسب ولت ، I جریان عبور کننده از مقاومتبر حسب آمپر و R مقدار مقاومت بر حسب اهم است. اگر V و I دارای یک رابطه خطی باشند که به مفهوم ثابت بودن R در یک محدوده است، آنگاهاین ماده در آن محدودهاهمیخوانده می‌شود. یک مقاومت ایده آل دارای مقاومتثابت در تمامیفرکانسها ومقادیر ولتاژ و جریان است. موادابر رسانادر دماهای بسیار پایین دارایمقاومت صفر هستند. عایقها ( نظیر آزمایشهای مربوط به هوا ،الماس ، یا موادغیر هادی) ممکن است دارای مقاومتهایی بسیار بالا (اما نه بینهایت) باشند. لکن تحتولتاژهای به میزان کافی زیاد، دچار شکست می شوند و جریان بزرگی را از خود عبورمی‌دهند. مقاومت یک عنصر را می‌توان از مشخصه‌های فیزیکی آن محاسبه کرد. مقاومت با طول عنصر ومقاومت ویژه (یک خاصیت فیزیکی ماده) آن بطور مستقیممتناسب است و با سطح مقطع آن رابطه عکس دارد. معادله محاسبه مقاومت یک بخش مادهمانند زیر است:

R = rL/A

کهدر آن r مقاومت ویژه ماده ، L طول و A مساحت سطح مقطع است. این معادله را می‌توان برای موادی که از نظر شکل پیچیده‌ترند، بصورت انتگرالی نیزنوشت. اما این فرمول ساده برای سیمهای استوانه‌ای و اغلب هادیهای عمومی قابلاستفاده است. این مقدار می‌تواند در فرکانسهای بالا به علت اثر پوستی ، که سطح مقطعدر دسترس را کاهش می‌دهد، تغییر کند. مقاومتهای استاندارد را در مقادیری از چندمیلی اهم تا حدود یک گیگا اهم به فروش می‌رسانند. تنها محدوده مشخصی از مقادیر کهمقادیر ترجیح داده شده نام دارند در دسترس هستند. در عمل ، اجزای گسستهفروخته شده به عنوانمقاومت، یک مقاومت کامل آنگونه که در بالا تعریف شد،نیستند. مقاومتها معمولا توسط خطایشان (حداکثر تغییرات مورد انتظار نسبت به مقاومتمشخص شده) بیان می‌شوند. در یک مقاومت با رنگ کد گذاری شده باند منتهی الیه سمتراست. اگر به رنگنقره‌ایباشد خطای 10 درصد ،اگر به رنگطلاییباشد خطای 5 درصد ، اگر بهرنگقرمزباشد خطای 2 درصد و اگر به رنگقهوه‌ایباشد خطای 1 درصد را نشان می‌دهد. مقاومتهایبا خطای کمتر هم وجود دارند کهمقاومتهای دقیقخوانده می‌شوند. یکمقاومت دارای حداکثر ولتاژ و جریانی است که فراتر از آنها ، مقاومت ممکن است تغییرکند (در بعضی موارد به شدت) یا از نظر فیزیکی از بین برود (برای مثال بسوزد). اگرچه که برخی از مقاومتها دارای ولتاژ و جریان نامی‌اند، اغلب آنها توسط یک توانفیزیکی حداکثر که توسط اندازه فیزیکی تعیین می‌شود، ارزیابی می‌شوند. عموما تواننامی برای مقاومتهای کامپوزیت کربن و مقاومتهای ورقه فلزی 1.8 وات ، 1.4 وات و 1.2وات است. مقاومتهای ورق فلزی نسبت به مقاومتهای کربنی در برابر تغییرات دما و گذرزمان پایدارترند. مقاومتهای بزرگتر قادرند که گرمای بیشتری را بدلیل سطحوسیعترشان از بین ببرند. مقاومتهای سیم پیچی شده و پر شده با شن هنگامی بکارمی‌روند که توان نامی بالاتری مانند 20 وات مورد نیاز باشد. بعلاوه تمامی مقاومتهایحقیقی کمی خواصسلفی وخازنی ازخود نشان می‌دهند که رفتار دینامیکی مقاومت ، ناشی از معادله ایده آل آن را تغییرمی‌دهد. هر کدام از مقاومتهای یک ساختار مداریسریوموازیدارایاختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند. برای محاسبه مقاومت معادل کلآنها:

Req-1 = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn

خاصیت موازی بودن را می‌توان برای ساده سازیمعادله ، با دو خط موازی (مانند هندسه) در معادلات نمایش داد. برای دو مقاومت موازیداریم:

(Req = R1R2/(R1 + R2

جریان هر مقاومت درمدارهای سری و موازیثابت است، اما ولتاژ درطول هر مقاومت ممکن است متفاوت باشد. مجموع اختلاف پتانسیلها (ولتاژ) برابر ولتاژکلی است. برای محاسبه مقاومت کلی آنها:

R = R1 + R2 + … + Rn

یک شبکه مقاومتی که ترکیبیاز مدارهای سری و موازی است را می‌توان به اجزا کوچکتری تجزیه کرد که یکسان یا غیریکسانند. برای مثال:

Req = R1R2/(R1 + R2) + R3

مقاومتهای متغیر

مقاومت متغیر مقاومتی است که مقدارش می‌تواند توسط یکحرکت مکانیکی تعیین شود، برای مثال توسط دست تنظیم شود. مقاومتهای متغیر می‌تواننداز نوع ارزان و تک دور یا از نوع چند دور با یک عنصر مارپیچی باشند. برخی از آنهاحتی دارای نمایشگر مکانیکی تعداد دور نیز هستند. بطور سنتی مقاومتهای متغیر نامطمئنبوده‌اند، چرا که سیم یا فلز خورده یا فرسوده می‌شوند. (یک روش دیگر کنترل که درواقع یک مقاومت نیست اما شبیه آن عمل می‌کند، شامل یک سیستمسنسور فتوالکتریکاست که چگالی نوری یک ورقه را اندازه می‌گیرد. بدلیل اینکه سنسور ورقهرا لمس نمی‌کند، پوسیدگی رخ نمی‌دهد.) یکپتانسیومترنوعی ازمقاومتهای متغییر است که بسیار عام است. یکی از استفاده‌های عمومی آن به عنوانکنترل صدا درتقویت کننده‌های صوتیاست. یکواریستوراکسید فلزی ، یا MOV نوعبخصوصی از مقاومت است که دارای دو مقدار مقاومت بسیارمتفاوت است، یک مقاومت بسیاربالا در ولتاژ پایین (زیر ولتاژ راه انداز) و یک مقاومت بسیار کم در ولتاژ بالا (بالاتر از ولتاژ راه انداز). این نوع از مقاومت معمولا برای حفاظت اتصال کوتاه دربرقگیر تیر برق خیابانها یا به عنوان یکاسنابراستفاده می‌‌‌شود. یکمقاومت با ضریب دمایی مثبت/PTC یک مقاومت وابسته به دما است که دارای یکضریب دمایی مثبت است. وقتی که دما افزایش می‌یابد،مقاومتهم زیاد می‌شود. PTC ها اغلبدرتلویزیونها بصورت سری باسیم پیچ دمغناطیس کنندهیافت می‌شوند که یکجرقه جریان کوتاه را از طریق سیم پیچ در هنگام روشن کردن تلویزیون ایجاد می‌کند. یکنسخه تخصصی یک PTC چند سوییچاست که مانند یکفیوز خود تعمیر عملمی‌کند. یکمقاومت با ضریب دمایی منفی/NTC نیز یک مقاومت وابسته به دماست،اما دارای یک ضریب دمایی منفی است. وقتی که دما افزایش می‌یابد مقاومت NTC کاهش می‌یابد. NTC ها عموما در آشکار سازهای دمای ساده و در ابزارهایاندازهگیری بکار می‌روند.

 

قانون اهم

 

قانون اهمکه به نام کاشف آنجرج اهمنام گذاری شده است، بیان می دارد کهنسبت اختلاف پتانسیل (یا افتولتاژ) بین دو سریکهادی (ومقاومت) بهجریانعبور کننده از آن به شرطی که دما ثابتبماند، مقدار ثابتی است: V / I = R که در آنV ولتاژ وIجریاناست. این معادله منجر به یک ثابت نسبیRمی شود کهمقاومتالکتریکی آن وسیله نامیده می شود. این قانون تنها برایمقاومتهاییصادق است کهمقاومت شانبهولتاژ اعمالی دوسرشان وابسته نباشد که به این مقاومت ها مقاومت هایاهمییاایده آلیاوسیله های اهمیگفته می شود. خوشبختانهشرایطی که در آن قانون اهم صادق است، بسیار عمومی است.( قانون اهم هیچگاه برایابزارهایدنیای واقعیکاملا دقیق نیست چرا که هیچ ابزار واقعی وجود ندارد کهیکابزار اهمیباشد). معادلهV / I = Rحتی برای ابزارهای غیر اهمی هم صادق است اما در آن صورت دیگر مقاومتRیک مقدار ثابت نیست و به مقدارVوابسته است. برای اینکه بررسی کنیم که آیاابزاری اهمی است یا نه، می توانVرا بر حسبIرسم کرد و نمودار بدستآمده را با خط مستقیمی که از مبدا می گذرد مقایسه کرد. معادله قانون اهم اغلببصورت : V = I \cdot R بیان می شود چرا که این معادله صورتیاست که اکثر اوقات همراه مقاومت ها بکار برده می شود. فیزیکدانان اغلب فرممیکروسکوپیک قانون اهم را استفاده می کنند: {mathbf{j} = \sigma \cdot \mathbf{E\ که در آن j چگالی جریان ( جریان عبوری از واحد حجم)، & هدایتو E میدانالکتریکی است. و در واقع فرمی است که اهم قانونش را بیان کرد. فرم عمومیV = I·Rکه در طراحی مدارات بکار می رود، نسخه ماکروسکوپیک متوسط گیری شده فرم اصلیاست. دانستن این مطلب مهم است که قانون اهم یک قانون گرفته شده از ریاضیات نیستولی بخوبی توسط شواهد تجربی تایید می شود. گاهی اوقات هم قانون اهم به هم می خوردچرا که این قانون بسیار ساده سازی شده است. منشا اصلی به وجود آمدن مقاومت درمواد در برابر جریان الکتریکی را می توان عیب ها، ناخالصی های مواد و این واقعیت کهالکترون ها خودشان اتم ها را به این طرف و آن طرف می زنند، دانست. وقتی که دمای فلزافزایش می یابد، عامل سوم نیز افزایش می یابد بنابراین، وقتی که یک جسم به علت عبورجریان الکتریکی از آن گرم می شود، مانند رشته داخل حباب لامپ، مقاومتش افزایش مییابد. مقاومت یک جسم از معادله زیر بدست می آید: (R = \frac{L}{A} \cdot \rho = \frac{L}{A} \cdot \rho_0 (\alpha (T - T_0) + 1 که در آن & مقاومت ویژه،Lطول جسم هادی،Aمساحت سطح مقطع آن،Tدمای جسم، T_0 یک دمای مرجع (معمولا دمای اتاق) و rho_0 و alpha ثابت های ویژه مادهجسم هادی اند.

رابطه باهدایتگرما

معادله انتشار الکتریستهکه بر اساس اصول اهم بیان شده است، مشابه معادلهجیان-باپتیست-ژوزف فوریربرای انتشارگرمااست و اگر ما در روش حل فوریر یک مسالههدایت گرمایی کلمهدمارا بهپتانسیلالکتریکیتغییر داده وجریانالکتریکیرا به جایشار گرماییبکار ببریم، در آنصورت مادارای روش حل فوریر مساله مشابه برایهدایتالکتریکی خواهیم بود. پایه کار فوریرایده و تعریف واضح او از هدایت بود. اما امر این شامل فرضی است که بی تردید برایگرادیان های دمای کوچک درست است. فرض در نظر گرفته شده این است که اگر تمامی متغیرها ثابت باشند، شار آزمایش‌های مربوط به گرما به شدت متناسب با گرادیان دما است. فرض کاملاً مشابهی هم در بیان قانون اهم گذاشته شده که اگر مابقی متغیرها یکساندر نظر گرفته شوند، قدرت جریان در هر نقطه متناسب با گرادیان پتانسیل الکتریکی است. با روش های پیشرفته موجود، بررسی دقت این فرض در الکتریسته از آزمایش‌های مربوط بهگرما بسیار آسانتر است.

 

خواندن مقدار مقاومتها

 

یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی کهصرفنظر ازولتاژ اعمالی بهدو سرش یاجریانالکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعینمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند کهدر برابر تغییراتدما و دیگر عوامل محیطی ،نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یامتغییر باشند. مقاومتهای متغیرپتانسیومتریارئوستانیز خوانده می‌شوند و این اجازهرا می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییرکند.

تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهای رنگی

مقاومتهای توان کم دارایابعاد کوچک هستند، به همین دلیل مقدار مقاومت وتولرانسرا بوسیله نوارهایرنگی مشخص می‌کنند که خود این روش به دو شکل صورت می‌گیرد:

روش چهار نواری

روش پنج نواری

روش اول برای مقاومتهای با تولرانس 2% به بالا استفادهمی‌شود و روش دوم برای مقاومتهای دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از 2%) استفادهمی‌شود. در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم. به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:

0

سیاه

1

قهوه‌ای

2

قرمز

3

نارنجی

4

زرد

5

سبز

6

آبی

7

بنفش

8

خاکستری

9

سفید

دورنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یافقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ،ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول رایادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگسوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دوعدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ). عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسباهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد. ساخت هر مقاومت با خطاهمراه است. یعنی ممکن است 5% یا 10% یا 20%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت بهرنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یاتولرانس 5 % است و اگر نقره‌ای بودنمایانگر مقاومتی با خطای 10% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگمحسوب شده و تولرانس آن را 20 %در نظر می‌گیریم. به مثال زیر توجهنمایید:

ازسمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد 4 ، رنگ بنفش معادل عدد 7 ، رنگقرمز معادل عدد 2 ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪5 می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون درنظر گرفتن تولرانس ، مساوی 4700 اهم ، یا 4.7 کیلو اهم است و برای محاسبه خطاعدد4700 را ضربدر 5 و تقسیم بر 100 می‌کنیم، که بدست می‌آید: 235

4935 = 235 + 4700

 

4465 = 235 - 4700

مقدار واقعی مقاومت چیزی بین 4465اهم تا 4935 اهم می‌باشد.

 

تلرانس

 

مقدار واقعی یک مقاومت در عمل با مقداری که به وسیلهسازنده قید می شود اختلاف دارد . این اختلاف "تولرانس"(tolerance) یا " درصد خطا " نامیده می شود و آن را برحسب درصد بیان می کنند . میزان خطا بستگی به تکنولوژی ساختودقت دستگاه های تولید مقاومت دارد . میزان درصد تلرانس معرف حد پایینی و حد بالاییمقاومت است . برای مثال اگر یک مقاومت Ω 100 دارای تولرانس 10% باشد دارای مقداریبین 90تا110 اهم است که Ω 90 را "حد پایینی" و Ω 110 را "حد بالایی " گویند. مقدارتولرانس در مقاومت ها به صورت عدد بر روی مقاومت نوشته شده یا در مقاومت هایی با کدرنگی به وسیله رنگ بیان می شود

 

هیچ نظری تا کنون برای این مطلب ارسال نشده است، اولین نفر باشید...