نظرية دارة التيار المستمر

ما هو DC؟

في المدرسة الابتدائية ، تعلمنا أن كل شيء مصنوع من الذرات. هذا نتاج ثلاث جسيمات: الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. كما يوحي الاسم ، فإن النيوترون ليس له أي شحنة بينما البروتونات موجبة والإلكترونات سالبة.

في الذرة ، تبقى الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات معًا في تشكيل مستقر ، ولكن إذا تم فصل الإلكترونات عن الذرات بأي عملية خارجية ، فإنها سترغب دائمًا في الاستقرار في الموضع السابق وبالتالي ستخلق جاذبية تجاه البروتونات. إذا استخدمنا هذه الإلكترونات الحرة ودفعناها داخل موصل يشكل دائرة ، فإن التجاذب المحتمل ينتج فرق الجهد.

إذا لم يغير تدفق الإلكترون مساره وكان في تدفقات أو حركات أحادية الاتجاه داخل دائرة ، يطلق عليه تيار مستمر أو تيار مباشر. جهد التيار المستمر هو مصدر الجهد الثابت.

في حالة التيار المباشر ، لن تنعكس القطبية أو تتغير أبدًا فيما يتعلق بالوقت ، في حين أن تدفق التيار يمكن أن يتغير بمرور الوقت.

كما هو الحال في الواقع ، لا توجد حالة مثالية. في حالة الدائرة التي تتدفق فيها الإلكترونات الحرة ، فهذا صحيح أيضًا. هذه الإلكترونات الحرة لا تتدفق بشكل مستقل ، لأن المواد الموصلة ليست مثالية للسماح للإلكترونات بالتدفق بحرية. إنه يعارض تدفق الإلكترون بقاعدة معينة من القيود. بالنسبة لهذه المشكلة ، تتكون كل دائرة إلكترونية / كهربائية من ثلاث كميات فردية أساسية تسمى VI R.

• الجهد (V)
• الحالي (أنا)
• والمقاومة (R)

هذه الأشياء الثلاثة هي الكميات الأساسية الأساسية التي تظهر في جميع الحالات تقريبًا عندما نرى أو نصف شيئًا ما أو نصنع شيئًا مرتبطًا بالكهرباء أو الإلكترونيات. كلاهما مرتبطان جيدًا ولكنهما دالا على ثلاثة أشياء منفصلة في الإلكترونيات أو الأساسيات الكهربائية.

ما هو التيار؟

كما ذكرنا سابقًا ، تتدفق الإلكترونات المنفصلة الحرة داخل الدائرة ؛ يسمى هذا التدفق للإلكترونات (الشحنة) بالتيار. عندما يتم تطبيق مصدر جهد عبر دائرة ، تتدفق جزيئات الشحنة السالبة باستمرار بمعدل موحد. يتم قياس هذا التيار بالأمبير وفقًا لوحدة النظام الدولي ويشار إليه بالرمز I أو i. وفقًا لهذه الوحدة ، 1 أمبير هو كمية الكهرباء المنقولة في ثانية واحدة. وحدة الشحن الأساسية هي كولوم.

1A هو 1 كولوم شحنة محمولة في دائرة أو موصل في ثانية واحدة. إذن الصيغة هي

1 أ = 1 ج / س

حيث ، يُشار إلى C على أنها كولوم و S في المرتبة الثانية.

في السيناريو العملي ، تتدفق الإلكترونات من المصدر السالب إلى المصدر الإيجابي لمصدر الطاقة ، ولكن من أجل فهم أفضل للدائرة ذات الصلة بتدفق التيار التقليدي ، يفترض أن التيار يتدفق من الطرف الموجب إلى السالب.

في بعض مخططات الدارات ، سنرى غالبًا أن عددًا قليلاً من الأسهم التي تحتوي على I أو i تشير إلى تدفق التيارات ، وهو التدفق التقليدي للتيار. سنرى استخدام التيار على لوحة مفاتيح الجدار كـ "بحد أقصى 10 أمبير مصنّف" أو في شاحن الهاتف "أقصى تيار شحن هو 1 أمبير " إلخ.

يستخدم التيار أيضًا كبادئة مع مضاعفات فرعية مثل كيلو أمبير (10 ³ فولت) ، ملي أمبير (10 ^-3 أمبير) ، ميكرو أمبير (10 ^-6 أمبير) ، نانو أمبير (10 ^-9 أمبير) إلخ.

ما هو الجهد؟

الجهد هو فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة. لا يُخطر الطاقة الكامنة المخزنة كشحنة كهربائية في نقطة إمداد كهربائي. يمكننا الإشارة إلى فرق الجهد أو قياسه بين أي نقطتين في عقد الدائرة أو الوصلة وما إلى ذلك.

يسمى الفرق بين نقطتين بفرق الجهد أو انخفاض الجهد.

يتم قياس هذا الانخفاض في الجهد أو فرق الجهد بالفولت برمز V أو v. يشير المزيد من الجهد إلى مزيد من السعة والمزيد من الضغط على الشحن.

كما هو موضح من قبل ، يُطلق على مصدر الجهد الثابت اسم جهد التيار المستمر. إذا تغير الجهد بشكل دوري مع مرور الوقت ، فهو جهد تيار متردد أو تيار متردد.

واحد فولت هو بالتعريف ، استهلاك الطاقة بواحد جول لكل شحنة كهربائية من كولوم واحد. العلاقة كما هو موصوف

V = الطاقة المحتملة / الشحن أو 1V = 1 J / C.

حيث ، يُشار إلى J باسم Joule و C هي كولوم.

يحدث انخفاض جهد فولت واحد عندما يتدفق تيار مقداره 1 أمبير عبر مقاومة قدرها 1 أوم.

1V = 1A / 1R

حيث A هي Ampere و R هي المقاومة بالأوم.

يستخدم الجهد أيضًا كبادئة مع مضاعفات فرعية مثل كيلوفولت (10 ³ فولت) ، ميلي فولت (10 ^-3 فولت) ، ميكرو فولت (10 ^-6 فولت) ، نانو فولت (^10-9 فولت) إلخ. يُشار إليه بالجهد السالب وكذلك الجهد الإيجابي.

يوجد جهد التيار المتردد بشكل شائع في المنافذ المنزلية. في الهند هو 220 فولت تيار متردد ، وفي الولايات المتحدة الأمريكية هو 110 فولت تيار متردد وما إلى ذلك. يمكننا الحصول على جهد التيار المستمر عن طريق تحويل هذا التيار المتردد إلى تيار مستمر أو من البطاريات والألواح الشمسية ووحدات تزويد الطاقة المختلفة بالإضافة إلى شواحن الهاتف. يمكننا أيضًا تحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد باستخدام العاكسات.

من المهم جدًا أن تتذكر أن الجهد يمكن أن يوجد بدون تيار لأنه فرق الجهد بين نقطتين أو فرق الجهد لكن التيار لا يمكن أن يتدفق بدون أي فرق جهد بين نقطتين.

ما هي المقاومة؟

كما هو الحال في هذا العالم ، لا يوجد شيء مثالي ، فكل مادة لها مواصفات معينة لمقاومة تدفق الإلكترونات عند المرور منها. قدرة مقاومة من مادة مقاومته الذي يقاس في أوم (Ω) أو أوميغا. مثل التيار والجهد ، فإن المقاومة لها أيضًا بادئة لمضاعفات فرعية مثل كيلو أوم (10 ³ Ω) ، ميلي أوم (10 ^-3 Ω) ، ميجا أوم (10 ⁶ Ω) إلخ. لا يمكن قياس المقاومة في سلبية. إنها فقط قيمة موجبة.

تُعلم المقاومة ما إذا كانت المادة التي يمر منها التيار موصلًا جيدًا تعني مقاومة منخفضة أو موصلًا سيئًا يعني مقاومة عالية. 1 مقاومة منخفضة جدًا مقارنة بـ 1M Ω.

لذلك ، هناك مواد ذات مقاومة منخفضة جدًا وهي موصلة جيدة للكهرباء. مثل النحاس والذهب والفضة والألمنيوم إلخ. ومن ناحية أخرى ، هناك العديد من المواد التي تتمتع بمقاومة عالية جدًا وبالتالي فهي موصل سيئ للكهرباء مثل الزجاج والخشب والبلاستيك ، وبسبب المقاومة العالية وقدرات توصيل الكهرباء السيئة ، فإنها تستخدم أساسا لغرض العزل كعازل.

أيضا ، أنواع خاصة من المواد تستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات لقدراتها الخاصة لتوصيل الكهرباء بين الموصلات السيئة والجيدة ، إنها أشباه الموصلات ، والاسم يشير إلى طبيعتها ، أشباه الموصلات. ترانزستورات ، الصمام الثنائي ، الدوائر المتكاملة مصنوعة من أشباه الموصلات. يستخدم الجرمانيوم والسيليكون على نطاق واسع في مواد أشباه الموصلات في هذا الجزء.

كما تمت مناقشته من قبل لا يمكن أن تكون المقاومة سلبية. لكن المقاومة لها قسمان محددان ، أحدهما في مقطع خطي والآخر في مقطع غير خطي. يمكننا تطبيق حسابات رياضية محددة ذات صلة بالحدود لحساب قدرة المقاومة لهذه المقاومة الخطية ، من ناحية أخرى ، لا تحتوي المقاومة المجزأة غير الخطية على تعريف مناسب أو علاقات بين الجهد والتدفق الحالي بين هذه المقاومات.

قانون أوم وعلاقة السادس:

جورج سيمون أوم الملقب جورج أوم هو فيزيائي ألماني وجد علاقة تناسبية بين انخفاض الجهد والمقاومة والتيار. تُعرف هذه العلاقة باسم قانون أوم.

في اكتشافه ، ذكر أن التيار الذي يمر عبر موصل يتناسب طرديًا مع الجهد عبره. إذا قمنا بتحويل هذه النتيجة إلى تشكيل رياضي ، فسنرى ذلك

التيار (الأمبير) = الجهد / المقاومة أنا (أمبير) = V / R

إذا عرفنا أيًا من القيمتين من هذه الكيانات الثلاثة ، فيمكننا إيجاد القيمة الثالثة.

من المعادلة أعلاه ، سنجد الكيانات الثلاثة ، وستكون الصيغة: -

الجهد االكهربى	الخامس = أنا س ص	سيكون الإخراج هو الجهد في فولت (V)
تيار	أنا = V / R.	سيكون الإخراج الحالي في أمبير (A)
مقاومة	R = V / I	سيكون الإخراج مقاومة في أوم (Ω)

دعونا نرى الفرق بين هذه الثلاثة باستخدام دائرة حيث يكون الحمل مقاومة ويستخدم مقياس أمبير لقياس التيار ويستخدم الفولت متر لقياس الجهد.

في الصورة أعلاه ، يتم توصيل مقياس التيار الكهربائي في سلسلة ويوفر التيار للحمل المقاوم ، ومن ناحية أخرى ، يتم توصيل مقياس الفولت عبر المصدر لقياس الجهد.

من المهم أن تتذكر أن مقياس التيار الكهربائي يحتاج إلى مقاومة 0 لأنه من المفترض أن يوفر مقاومة 0 للتيار المتدفق من خلاله ، ولكي يحدث هذا ، يتم توصيل مقياس التيار الكهربائي المثالي على التوالي ، ولكن نظرًا لأن الجهد هو فرق الجهد من عقدتين ، الفولتميتر متصل بالتوازي.

إذا قمنا بتغيير تيار مصدر الجهد أو جهد مصدر الجهد أو مقاومة الحمل عبر المصدر خطيًا ثم قمنا بقياس الوحدات ، فسننتج النتيجة التالية:

في هذا الرسم البياني إذا كانت R = 1 ، فإن التيار والجهد سيزدادان نسبيًا. V = I x 1 أو V = I. لذلك إذا تم إصلاح المقاومة ، فإن الجهد سيزداد مع التيار أو العكس.

ما هي القوة؟

يتم إنشاء الطاقة أو استهلاكها ، في الدوائر الإلكترونية أو الكهربائية ، يتم استخدام تصنيف الطاقة لتوفير معلومات حول مقدار الطاقة التي تستهلكها الدائرة لإخراجها بشكل مناسب.

وفقًا لقاعدة الطبيعة ، لا يمكن تدمير الطاقة ، ولكن يمكن نقلها ، مثل تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية عند تطبيق الكهرباء عبر محرك ، أو تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة عند تطبيقها على السخان. وبالتالي ، يحتاج السخان إلى الطاقة ، وهي طاقة ، لتوفير تبديد مناسب للحرارة ، حيث يتم تصنيف هذه الطاقة على أنها طاقة السخان عند أقصى خرج.

يُشار إلى الطاقة برمز W ويتم قياسها بالواط.

القوة هي القيمة المضاعفة للجهد والتيار. وبالتالي،

P = V x أنا

حيث P هي قوة في واط ، V هو الجهد و أنا غير أمبير أو تدفق التيار.

كما أن لديها بادئة فرعية مثل Kilo-Watt (10 ³ W) ، mili-Watt (10 ^-3 W) ، Mega-Watt (10 ⁶ W) إلخ.

نظرًا لأن قانون أوم V = I x R وقانون القوة هو P = V x I ، لذلك يمكننا وضع قيمة V في قانون القوة باستخدام صيغة V = I x R. ثم سيكون قانون القوة

P = I * R * I أو P = I ² R

من خلال ترتيب نفس الشيء يمكننا العثور على شيء واحد على الأقل عندما لا يتوفر شيء آخر ، يتم إعادة ترتيب الصيغ في المصفوفة أدناه:

لذلك يتكون كل جزء من ثلاث صيغ. في أي حالة من الحالات إذا أصبحت المقاومة 0 ، فسيكون التيار لا نهائيًا ، ويطلق عليه حالة قصر الدائرة. إذا أصبح الجهد 0 ، فإن التيار غير موجود وستكون القوة الكهربائية 0 ، إذا أصبح التيار 0 ، فإن الدائرة في حالة دائرة مفتوحة حيث يوجد الجهد ولكن ليس التيار ، وبالتالي فإن القوة الكهربائية ستكون 0 ، إذا كانت القوة الكهربائية 0 عندئذ لن تستهلك الدائرة أي طاقة أو تنتجها.

مفهوم التدفق الإلكتروني

التدفقات الحالية من خلال الجذب السياحي. في الواقع ، لأن الإلكترونات هي جسيمات سالبة وتتدفق من الطرف السالب إلى الطرف الموجب لمصدر الطاقة. لذلك في الدوائر الفعلية ، يتدفق تيار الإلكترون من الطرف السالب إلى الطرف الموجب ، ولكن في تدفق التيار التقليدي كما وصفنا قبل أن نفترض أن التيار يتدفق من الطرف الموجب إلى السالب. في الصورة التالية سوف نفهم تدفق التيار بسهولة بالغة.

مهما كان الاتجاه ، فإنه لا يؤثر على تدفق التيار داخل الدائرة ، فمن الأسهل فهم تدفق التيار التقليدي من الموجب إلى السالب. اتجاه واحد تدفق التيار هو تيار مستمر أو تيار مباشر والذي يتناوب مع اتجاهه يسمى التيار المتردد أو التيار المتردد.

أمثلة عملية

دعونا نرى مثالين لفهم الأشياء بشكل أفضل.

1. في هذه الدائرة ، يتم توصيل مصدر تيار مستمر بجهد 12 فولت عبر حمل 2Ω ، فاحسب استهلاك الطاقة للدائرة؟

في هذه الدائرة ، المقاومة الإجمالية هي مقاومة الحمل ، لذا فإن R = 2 ومصدر جهد الدخل هو 12V DC وبالتالي فإن V = 12V. سيكون التدفق الحالي في الدائرة

أنا = V / R أنا = 12/2 = 6 أمبير

نظرًا لأن القوة الكهربائية (W) = الجهد (V) × Ampere (A) ، فإن إجمالي القوة الكهربائية سيكون 12 × 6 = 72 وات.

يمكننا أيضًا حساب القيمة بدون أمبير.

القوة الكهربائية (W) = الطاقة = الجهد ² / المقاومة الطاقة = 12 ² /2 = 12 * 12/2 = 72 واط

مهما كانت الصيغة المستخدمة ، سيكون الناتج هو نفسه.

2. إجمالي استهلاك الطاقة في هذه الدائرة عبر الحمل هو 30 وات ، إذا قمنا بتوصيل مصدر تيار مستمر بجهد 15 فولت ، فما مقدار التيار المطلوب؟

في هذه الدائرة المقاومة الكلية غير معروفة. جهد إمداد الدخل هو 15 فولت تيار مستمر ، لذا فإن V = 15 فولت تيار مستمر والطاقة المتدفقة عبر الدائرة هي 30 واط ، لذلك ، P = 30W. سيكون التدفق الحالي في الدائرة

أنا = P / VI = 30/15 2 أمبير

لذلك ، عند تشغيل الدائرة بقدرة 30 وات ، نحتاج إلى مصدر طاقة بجهد 15 فولت تيار مستمر قادر على توصيل 2 أمبير من تيار مستمر أو أكثر حيث تتطلب الدائرة تيار 2 أمبير.