ولتاژ و نحوه عملکرد آن

حتما شنیده اید که باتری یا پریز دیواری دارای تعداد مشخصی استولت. این اندازه گیری الکتریکی استبالقوهتوسط باتری یا شبکه برق متصل به پریز دیواری تولید می شود.

همه آن ولت ها آنجا نشسته اند و منتظرند شما از آنها استفاده کنید، اما یک نکته وجود دارد:برای اینکه برق بتواند هر کاری را انجام دهد باید بتواند حرکت کند. این شبیه یک بادکنک منفجر شده است. اگر آن را ببندید، هوا در آن وجود داردتوانستاگر منتشر شد کاری انجام دهید، اما تا زمانی که آن را آزاد نکنید عملاً کاری انجام نخواهد داد.

برخلاف هوایی که از بالون خارج می شود، الکتریسیته فقط می تواند از طریق موادی که می توانند جریان الکتریسیته را هدایت کنند، مانند سیم مسی، جریان یابد. اگر سیم را به باتری یا پریز دیواری وصل کنید (هشدار:ولتاژ پریز دیواری خطرناک است، این کار را نکنید! اما اگر سیم به چیز دیگری وصل نباشد، برق جایی برای رفتن نخواهد داشت و همچنان حرکت نمی کند.

چه چیزی باعث حرکت برق می شود؟الکتریسیته می خواهد از ولتاژ بالاتر به ولتاژ پایین تر جریان یابد.این دقیقاً مانند بالون است: هوای تحت فشار در بالون می خواهد از داخل بالون (فشار بیشتر) به خارج از بالون (فشار پایین تر) جریان یابد. اگر یک مسیر رسانا بین ولتاژ بالاتر و ولتاژ پایین ایجاد کنید، الکتریسیته در آن مسیر جریان می یابد. و اگر چیز مفیدی مانند LED را در آن مسیر وارد کنید، جریان الکتریسیته کاری برای شما انجام می دهد، مانند روشن کردن آن LED. حوزه!

بنابراین، ولتاژ بالاتر و ولتاژ کمتر را از کجا پیدا می کنید؟ در اینجا چیزی واقعا مفید است که بدانید:هر منبع برق دو طرف دارد. این را می‌توانید روی باتری‌ها، که در دو سرشان درپوش‌های فلزی دارند، یا پریز دیواری‌تان که دو (یا بیشتر) سوراخ دارد، ببینید. در باتری و غیرهDC (جریان مستقیم)منابع ولتاژ، این طرف ها (اغلب نامیده می شوندپایانه ها) نامگذاری شده اندمثبت(یا "+")، ومنفی(یا "-").

چرا هر منبع برق دو طرف دارد؟ این به ایده "پتانسیل" برمی گردد، و اینکه برای جریان دادن برق به یک اختلاف ولتاژ نیاز دارید. احمقانه به نظر می رسد، اما شما نمی توانید بدون دو چیز تفاوت داشته باشید. در هر منبع تغذیه، سمت مثبت ولتاژ بالاتری نسبت به سمت منفی خواهد داشت که دقیقاً همان چیزی است که ما می خواهیم. در واقع، وقتی ولتاژ را اندازه گیری می کنیم، معمولاً می گوییم که طرف منفی 0 ولت است و طرف مثبت هر تعداد ولتی است که منبع تغذیه می تواند ارائه دهد.

منابع الکتریکی مانند پمپ هستند. پمپ ها همیشه دو طرف دارند، یک خروجی که چیزی را بیرون می زند و یک ورودی که چیزی را به داخل می مکد. باتری ها و ژنراتورها و پنل های خورشیدی به همین ترتیب کار می کنند. چیزی در داخل آنها سخت کار می کند که الکتریسیته را به سمت پریز حرکت می دهد (سمت مثبت)، اما تمام آن الکتریسیته ای که از دستگاه خارج می شود یک فضای خالی ایجاد می کند، به این معنی که طرف منفی باید برق را به داخل بکشد تا آن را جایگزین کند.*

تا به حال چه آموخته ایم؟

• ولتاژ بالقوه است، اما الکتریسیته برای انجام هر کار مفیدی باید جریان داشته باشد.
• الکتریسیته برای عبور از آن به مسیری نیاز دارد که باید یک هادی الکتریکی مانند سیم مسی باشد.
• برق از ولتاژ بالاتر به ولتاژ پایین تر جریان می یابد.
• منابع ولتاژ DC همیشه دارای دو ضلع مثبت و منفی هستند که طرف مثبت آن ولتاژ بیشتری نسبت به طرف منفی دارد.

ساده ترین مدار

ما بالاخره آماده ایم تا برق را برایمان کار کنیم! اگر طرف مثبت یک منبع ولتاژ را از طریق چیزی که برخی کارها را انجام می دهد مانند یک دیود ساطع کننده نور (LED) وصل کنیم و به سمت منفی منبع ولتاژ برگردیم. برق، یاجاری، جاری خواهد شد. و ما می توانیم چیزهایی را در مسیر قرار دهیم که وقتی جریان از آنها عبور می کند، کارهای مفیدی انجام می دهند، مانند LED هایی که روشن می شوند.

به این مسیر دایره ای که همیشه برای جریان یافتن جریان الکتریسیته و انجام کار مفید نیاز است، مدار می گویند.مدار مسیری است که در همان مکان شروع و متوقف می شود، دقیقاً همان کاری که ما انجام می دهیم.

این لینک را کلیک کنیدبرای مشاهده شبیه سازی جریانی که از یک مدار ساده عبور می کند. این شبیه سازی برای اجرا به جاوا نیاز دارد.

*بنجامین فرانکلین در ابتدا نوشت که الکتریسیته از سمت مثبت منبع ولتاژ به سمت منفی جریان می یابد. با این حال، فرانکلین راهی برای دانستن این موضوع نداشتالکترون ها در واقع در جهت مخالف جریان می یابند- در سطح اتمی، از سمت منفی بیرون می آیند و به سمت مثبت برمی گردند. از آنجایی که مهندسان صدها سال قبل از کشف حقیقت از فرانکلین پیروی کردند، ما هنوز از قرارداد "اشتباه" تا به امروز استفاده می کنیم. عملاً این جزئیات مهم نیست، و تا زمانی که همه از یک قرارداد استفاده می کنند، همه ما می توانیم مدارهایی بسازیم که به خوبی کار می کنند.

مدارهای کوتاه و باز

"بار" چیست؟

دلیل اینکه ما می خواهیم مدار بسازیم این است که الکتریسیته کارهای مفیدی برای ما انجام دهد. روشی که ما انجام می دهیم این است که چیزهایی را در مدار قرار می دهیم که از جریان جریان برای روشن کردن، ایجاد نویز، اجرای برنامه ها و غیره استفاده می کنند.

به این چیزها می گویندبارها، زیرا آنها منبع تغذیه را "بارگیری" می کنند، درست مانند زمانی که شما چیزی را حمل می کنید "بارگیری می کنید". همانطور که می توانید با وزن زیاد بارگیری کنید، ممکن است منبع تغذیه را بیش از حد بارگیری کنید که جریان جریان را کاهش می دهد. اما بر خلاف شما، ممکن است مدار را خیلی کم بارگذاری کنید - این ممکن است باعث شود جریان بیش از حد جریان یابد (تصور کنید اگر وزنی حمل نمی‌کنید خیلی سریع کار کنید)، که می‌تواند قطعات شما یا حتی منبع تغذیه را بسوزاند.

در آموزش بعدی همه چیز را در مورد ولتاژ، جریان و بارها خواهید آموخت:ولتاژ، جریان، مقاومت و قانون اهم. اما در حال حاضر، بیایید با دو مورد خاص از مدار آشنا شویم:اتصال کوتاه، ومدار باز. دانستن این موارد به هنگام عیب یابی مدارهای خود بسیار کمک می کند.

اتصال کوتاه

این کار را نکنید، اما اگر یک سیم را مستقیماً از طرف مثبت به سمت منفی منبع تغذیه وصل کنید، چیزی را ایجاد خواهید کرد که به آناتصال کوتاه. این ایده بسیار بدی است.

به نظر می رسد این بهترین مدار ممکن است، پس چرا ایده بدی است؟ به یاد داشته باشید که جریان الکتریکی می خواهد از یک ولتاژ بالاتر به ولتاژ پایین تر جریان یابد و اگر باری را به جریان وارد کنید، می توانید کارهای مفیدی مانند روشن کردن یک LED انجام دهید.

اگر باری در جریان داشته باشید، جریان جریان از مدار شما به مقدار مصرف دستگاه شما محدود می شود که معمولاً مقدار بسیار کمی است. با این حال، اگر چیزی برای محدود کردن جریان وارد نکنید، چیزی برای کاهش جریان وجود نخواهد داشت و سعی می‌کند بی‌نهایت باشد!

منبع تغذیه شما نمی تواند جریان نامتناهی را ارائه کند، اما تا جایی که می تواند جریان را ارائه می دهد که ممکن است زیاد باشد. این می تواند باعث سوختن سیم، آسیب رساندن به منبع تغذیه، تخلیه باتری یا سایر موارد هیجان انگیز شود. اغلب اوقات منبع تغذیه شما نوعی مکانیسم ایمنی برای محدود کردن حداکثر جریان در صورت اتصال کوتاه دارد، اما نه همیشه. این دلیلی است که همه خانه ها و ساختمان ها دارندقطع کننده های مدار، برای جلوگیری از شروع آتش سوزی در صورت اتصال کوتاه در جایی از سیم کشی.

یک مشکل نزدیک به هم این است که به طور تصادفی جریان بیش از حد از بخشی از مدار شما عبور کرده و باعث سوختن یک قطعه می شود. این یک اتصال کوتاه نیست، اما نزدیک است. این اغلب زمانی اتفاق می افتد که شما از موارد نادرست استفاده می کنیدمقاومتمقدار، که اجازه می دهد جریان بیش از حد از طریق یک جزء دیگر مانند LED عبور کند.

نتیجه نهایی:اگر متوجه شدید که چیزها به طور ناگهانی داغ می شوند یا قسمتی به طور ناگهانی می سوزد، بلافاصله برق را خاموش کنید و به دنبال اتصال کوتاه احتمالی باشید.

مدار باز

نقطه مقابل اتصال کوتاه یک استمدار باز. این مداری است که در آن حلقه به طور کامل متصل نیست (و بنابراین این در واقع یک مدار نیست).

برخلاف اتصال کوتاه بالا، هیچ چیز از این "مدار" صدمه نمی بیند، اما مدار شما نیز کار نمی کند. اگر در مدارها تازه کار هستید، پیدا کردن محل شکست اغلب دشوار است، به خصوص اگر از آن استفاده می کنیدتخته های نانجایی که همه هادی ها پنهان هستند.

اگر مدار شما کار نمی کند، محتمل ترین علت مدار باز است.این معمولاً به دلیل شکستگی اتصال یا شل شدن سیم است. (اتصالات کوتاه می توانند تمام برق را از بقیه مدار شما بدزدند، پس حتما به دنبال آن ها نیز باشید.)

نکته:اگر به راحتی نمی توانید محل باز بودن مدار خود را پیدا کنید، الفمولتی مترمی تواند ابزار بسیار مفیدی باشد اگر آن را برای اندازه گیری ولت تنظیم کنید، می توانید از آن برای بررسی ولتاژ در نقاط مختلف مدار برق خود استفاده کنید و در نهایت نقطه ای را که ولتاژ از آن عبور نمی کند، پیدا کنید.

منابع و ادامه دادن

شما به تازگی، در ابتدایی ترین شکل آن، یاد گرفته اید که مدار چیست. همانطور که به یادگیری ادامه می دهید، با مدارهای پیچیده تری مواجه می شوید که دارای حلقه های متعدد و قطعات الکترونیکی بسیار بیشتری هستند. اما همه مدارها، مهم نیست چقدر پیچیده هستند، از قوانین مشابه مدار تک حلقه ای که به تازگی درباره آن یاد گرفتید، پیروی می کنند.

سفر شما به الکترونیک تازه شروع شده است، در اینجا چند موضوع پیشنهادی بعدی برای بررسی وجود دارد:

• تخته های نانابزارهای مفیدی هستند که به شما امکان می دهند به سرعت مدارهای موقت را با استفاده از سیم های جامپر بسازید. ما همیشه از آنها استفاده می کنیم. همچنین ممکن است بخواهید استاد شویدکار با سیمبرای کمک به شما در ساخت مدارهای خود
• الفمولتی متربه شما امکان می دهد ولتاژ، جریان و مقاومت را اندازه گیری کنید و هنگام تلاش برای عیب یابی مدارهای ناکارآمد کمک بزرگی است.
• مدارها در اندازه ها، شکل ها و پیکربندی های مختلف وجود دارند. بررسی کنیدمدارهای سری در مقابل مدارهای موازیآموزش برای دیدن مدارهای منتقل شده به سطح بعدی.

در اینجا چند آموزش در مورد متداول ترین اجزایی که در ساخت مدارها استفاده می کنید آورده شده است.

• یک راه عالی برای یادگیری در مورد مدارها، شروع ساختن مدارها است. ماآموزش LEDنحوه روشن کردن یک یا چند LED را نشان می دهد.
• مقاومت هایکی از پرکاربردترین قطعات در مدارها هستند.
• خازن هاهمچنین در اکثر مدارها یافت می شوند. همانطور که هستنددیودها.
• ——https://learn.sparkfun.com/tutorials/what-is-a-circuit