آموزش برق به زبان ساده - آکاایران

بین الكترونها و پروتونها نیروی جاذبه و بین خودشان باهم نیروی دافعه وجود دارد كه ماهیت این نیروها هنوز شناخته نشده است اما برای تحلیل ساده تر بارالكتریكی را مطرح كرده كه برای الكترون با علامت منفی و برای پروتون با علامت مثبت مشخص شده است.


? الکترون چیست؟
الكترون معنای یونانی كهربا است كهربا ماده ای است كه در مالش به پارچه پشمی باردار شده و خرده های كوچك كاه را جذب می كنداین ربایش بعلت نیرویی مرموز اتفاق می افتد كه یونانیان آن را الكتریسیته نامیده اند
? اجزای ماده :
همه مواد از ملكولهای شكل میگیرند كه آنها نیز خود از اتمها ساخته می شوند . اتمها از دو جز’ اصلی الكترون و هسته ساخته می شوند كه الكترونها در مدارهای مشخص بدور هسته در گردش می باشند .
چه عاملی سبب ماندن الكترون در مدار مشخص خود می شود ؟
بین الكترون و هسته نیروی جاذبه الكتریكی وجود دارد كه اندازه آن برابر نیروی دافعه گریز از مركز ناشی از چرخش سریع الكترون بدور هسته می باشد
? درون هسته چیست ؟
هسته شامل ذرات بسیاری است كه مهمتریت آنها از نظر جرم پروتون و نوترون است .
? بار الكتریكی چیست ؟
بین الكترونها و پروتونها نیروی جاذبه و بین خودشان باهم نیروی دافعه وجود دارد كه ماهیت این نیروها هنوز شناخته نشده است اما برای تحلیل ساده تر بارالكتریكی را مطرح كرده كه برای الكترون با علامت منفی و برای پروتون با علامت مثبت مشخص شده است.
? چگونه می توان مواد را باردار کرد ؟
روشهای باردار کردن ماده همان روشهای تولید الکتریسیته است .بعبارت دیگر می توان با استفاده از این روشها الکتریسیته تولید کرد . ساده ترین این روشها مالش دو ماده بهم است که باعث می شود الکترونها از یک ماده به ماده دیگری بروند و در نتیجه اختلاف بار بین دو ماده ایجاد شود . مثلا مالش یک میله شیشه ای به یک پارچه پشمی سبب باردار شدن هر دو ماده می شود که یکی بار مثبت ( کمبود الکترون ) و دیگری بار منفی ( ازدیاد الکترون) می یابد
? نیروی الكتریكی چیست ؟
بین بارهای الكتریكی اعم از مثبت یا منفی نیروی الكتریكی وجود دارد این نیرو به مقدار بار الكتریكی و فاصله آنها از هم بستگی دارد . مطابق قانون كولن مقدار نیرو از حاصل ضرب بارها در ضریب ثابتی كه به جنس محیط بستگی دارد تقسیم بر مجذور فاصله بین دو بار بدست می آید . اما در تحلیل ساده تر هرچه مقدار بارها بیشتر باشد مقدار نیرو نیز بیشتر و هرچه فاصله آنها بیشتر شود مقدار نیرو نیز كمتر می شود .
? مواد در حالت عادی از نظر بار الكتریكی چگونه اند ؟
همه مواد در حالت عادی دارای مقدار الكترون و پروتون مساویند به همین دلیل از نظر برایند بارهای الكتریكی خنثی می باشند .
? چگونه می توان یك ماده خنثی را باردار كرد ؟
هرگاه تعادل بین بارهای مثبت و منفی در یك جسم خنثی بهم بخورد ماده بار دار شده است . بهمین منظور كلیه روشهای تولید الكتریسیته كاری نمی كنند جز برهم زدن تعادل بین بارهای الكتریكی مثبت و منفی . می دانیم كه الكترون نسبت به پروتون قابلیت جابجایی و حركت بیشتری دارد . بنابراین می توان با دادن یا گرفتن الكترون ماده را باردار نمود . اگر تعداد الكترونها بیشتر از تعداد پروتونها شود جسم بار منفی و در صورتی كه عكس این حالت روی دهد جسم بار مثبت پیدا می كند .
?باردار كردن مواد چه ربطی به تولید الكتریسیته دارد ؟
اجازه دهید برای جواب به این سوال نخست مواد را دسته بندی كنیم
? مواد از نظر هدایت الكتریكی به چند دسته تقسیم می شوند ؟
همه مواد از نظر هدایت الكتریكی جز یك از سه دسته زیر می باشند
الف) هادی ها :
موادی كه براحتی برق را از خود عبور می دهند
ب) عایقها :
موادی كه برق را از خود عبور نمی دهند
ج) نیمه هادی ها :
این مواد در شرایط خاصی مانند هادی ها یا نیمه هادی ها عمل می كنند . اما در حالت عادی برق را به مقدار ناچیز از خود عبور می دهند
? جریان الكتریكی چیست ؟
هرگاه حاملهای الكتریسیته ( الكترونها ) در یك هادی بحركت درآیند جریان الكتریكی ایجاد می شوند . اما هر حركت الكترونی جریان برق نیست . بلكه این حركت باید در یك مسیر مشخص باشد .هر چقدر الكترونهای بیشتری در زمان كمتری در مسیر مشخص حركت كنند مقدار جریان نیز بیشتر می شود
? آمپر چیست ؟
برای دانستن میزان جریان باید بتوان آن را با عدد بیان كرد كه به همین منظور از واحد سنجش جریان كه همان آمپر است استفاده می شود
? مقدار یك آمپر جریان چقدر است ؟
هرگاه از یك هادی تعداد ??/? ضربدر ?? بتوان ?? الكترون در یك ثانیه بگذرد این میزان الكترون در زمان یك ثانیه معرف یك آمپر جریان الكتریكی است
? ولتاژ چیست ؟
دانستیم هرگاه الكترونها در یك هادی در مسیر مشخصی بحركت در آیند جریان الكتریكی ایجاد می شود . اما الكترونها بدون دریافت نیرو و انرژی از مدار گردش بدور هسته خارج نمی شوند . بنا براین برای تولید جریان نیاز به یك نیرو داریم كه آن را از منابع تولید نیرو مانند باتری می گیریم . بعبارت ساده تر نیروی لازم جهت ایجاد جریان ولتاژ نام دارد كه واحد اندازه گیری آن ولت است
? چگونه می توان ولتاژ تولید كرد ؟
این سوال پاسخ سوال دیگری نیز می تواند باشد كه همان روشهای تولید الكتریسیته است . می دانیم كه انرژی تولید نمی شود بلكه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می گردد . از آنجاییكه الكتریسیته هم انرژی است پس باید تبدیل شده انرژی های دیگر باشد . انرژیهایی كه بصورت متعارف برای تولید برق بكار می رود عبارتند از : انرژی شیمیایی در باتریها - انرژی مغناطیسی در ژنراتورها - انرژی نورانی در باتریهای خورشیدی - انرژی حرارتی در ترموكوپلها - انرژی ضربه ای در پیزو الكتریك و غیره
? مقاومت چیست ؟
الكترونها در هادی براحتی نمی توانند حركت كنند زیرا در مسیر حركت آنها موانعی وجود دارد كه بطور ساده آنها را مقاومت هادی در برابر عبور جریان می گوییم .هرچه قدر این موانع كمتر باشد عبور جریان بهتر صورت میگیرد و می گوییم جسم هادی بهتری است . این موضوع نخستین بار توسط سیمون اهم یك فیزیكدان آلمانی مطرح شد . به همین دلیل واحد اندازه گیری مقاومت اهم است
? منظور از مدار الكتریكی چیست ؟
حال با دانستن سه فاكتور اساسی در برق ( جریان ولتاژ مقاومت ) مدار الكتریكی را تعریف می كنیم : هر مدار الكتریكی یك مجموعه از تولید كننده برق - مصرف كننده آن و سیمهای ارتباطی بین ایندو است
? چند نوع مدار الكتریكی داریم ؟
دو نوع مدار الكتریكی وجود دارد
?) مدار الكتریكی باز كه در آن ارتباط بین تولید كننده در نقطه یا نقاطی قطع است و در نتیجه جریان در مدار وجود ندارد
?) مدار الكتریكی بسته كه مسیر عبور جریان كامل است و مصرف كننده از تولید كننده انرژی دریافت كرده و آنرا به صورتهای دیگر تبدیل میكند مانند یك لامپ كه برق را به نور تبدیل می كند .
? منظور از اتصالی در یك مدار یا اتصال كوتاه چیست ؟
هرگاه در یك مدار بسته جریان از مسیری بجز از مصرف كننده بگذرد و مقدار آن زیاد تر از حد مجاز باشد این وضعیت را اتصال كوتاه می گوئیم . در حالت اتصال كوتاه سیم كشی مدار و تولید كننده برق در معرض آسیب جدی قرار می گیرند زیرا جریان مدار بسیار زیاد شده و باعث داغ شدن سیم كشی و اضافه بار شدن منبع تولید كننده برق می گردند در نتیجه اتصال كوتاه باید سریعا و بصورت خودكار قطع شود كه این وظیفه بعهده فیوز است
? اساس كار فیوز چیست ؟
فیوز یك عنصر حفاظتی در مدار است كه هرگونه اضافه جریانی را كه بیشتر از مقدار نوشته شده روی فیوز باشد تشخیص داده و آنرا سریع قطع میكند . بدین صورت كه جریان اضافه سبب تولید گرما در فیوز شده و یك سیم حساس به حرارت را كه در مسیر عبور جریان و در داخل فیوز قرار دارد ذوب میكند و در نتیجه مسیر عبور جریان قطع شده و اتصال كوتاه بطور موقت برطرف می شود اما تا زمانی كه عامل ایجاد كننده اتصال كوتاه مرتفع نگردد عوض كردن فیوز فایده ای ندارد
? خطرات ناشی از برق كدامند ؟
خطراتی كه از برق ناشی می شوند عموما به دو دسته خطرات آتش سوزی و خطرات برق گرفتگی تفسیم میشوند . در صورتیكه در یك مدار الكتریكی اتصال كوتاه پیش آید و برطرف نشود جریان مدار بشدت افزایش یافته و حرارت زیادی تولد می كند . این حرارت سبب آتش گرفتن عایق سیم ها و گسترش آن به مواد آتش گیر دیگر است . خطر ناشی از برق گرفتگی مستقیما شخص را تهدید می كند
? جریان خطا چیست و چند نوع است ؟
در صورتیكه در مدار الكتریكی جریان از مسیر درست خود جاری نشود آنرا جریان خطا می گویند . این جریان ممكن است از طریق اتصال بدنه به زمین جاری شود یا از مدار اصلی بگذرد كه میزان آن بیشتر از حد مشخص مدار است كه آنرا اتصال كوتاه یا اضافه بار گویند . در حالت اتصال كوتاه دو نقطه ای از مدار كه نسبت به هم دارای ولتاژ هستند بهم اتصال می یابند ( توسط یك مقتومت بسیار كوچك ) و در حالت اضافه بار تعداد مصرف كننده ها بیشتر از مقدار مجاز آنها می شود
? منظور از برق گرفتگی چیست ؟
اگر جریان برق از بدن انسان یا حیوان بگذرد برگ گرفتگی ایجاد می شود . ممكن است اندازه جریان عبوری از بدن محسوس نباشد كه در این صورت برق گرفتگی قابل تشخیص نیست . اما در صورتیكه میزان جریان عبوری زیاد شود ابتدا شوك به بدن وارد می شود و در صورت زیادتر شدن جریان سبب قطع ضربان قلب - ایست تنفس و در نهایت مرگ مغزی می شود .
? اندازه جریان و ولتاژ مجاز چقدر است ؟
برای جریان متناوب ?? میلی آمپر و برای جریان مستقیم ?? میلی آمپر - ولتاژ متناوب ?? ولت و ولتاژ مستقیم ?? ولت است
? چگونه می توان شخص را از خطر برق گرفتگی محافظت كرد؟
به این منظور باید تمامی گزینه هایی را كه سبب برق گرفتگی می شود یافت و آنها را بی اثر كرد . مهترین عاملی كه سبب برق گرفتگی می شود اتصال بدنه است . در این حالت بكمك كلید fi یا سیم ارت یا كلید fu یا سیستم نول اتصال بدنه را حذف می كنیم . می توان از دستگاههایی استفاده كرد كه بدنه عایقی دارند و امكان اتصال بدنه در آنها وجود ندارد . می توان ولتاژ كار دستگاهها را كمتر از ولتاژ خطرناك برای بدن - كمتر از ?? ولت - بكار برد و در نهایت می توان از ترانسهای ایزوله استفاده كرد كه باعث جدا سازی فاز برق شهر از تغذیه دستگاه می شود و در نتیجه در صورت اتصال بدنه خطر برق گرفتگی از بین می رود
? توان الكتریكی چیست ؟
اصولا توان به معنی سرعت تبدیل انرژی است . در دستگاههایی كه برای تبدیل انرژی بكار می روند هر چقدر این سرعت بیشتر باشد قدرت دستگاه نیز بیشتر است . مثلا در ژنراتور توان بیشتر نشاندهنده تولید انرژی برقی ! بیشتری است . در مصرف كننده ها نیز همین موضوع صدق می كند . لامپی كه توان بیشتری دارد نور زیادتری هم تولید می كند .
? توان را چگونه محاسبه كنیم ؟
سرعت تبدیل انرژی از تقسیم مقدار آن بر زمانی كه آن انرژی تبدیل شده بدست می آید.( انرژی الكتریكی از حاصل ضرب ولتاژ در جریان در زمان بدست می آید ) . اگر میزان انرژی را بر زمان تقسیم كنیم می ماند حاصل ضرب ولتاژ مدار در جریان آن كه این همان رابطه توان است (توان = ولتاژ × جریان ) . البته این رابطه فقط برای مدارهای دی سی صدق می كند و در مدارات آسی رابطه دیگری دارد كه بعدا به آن می پردازیم .
? واحد و دستگاه اندازه گیری توان چیست ؟
توان با واحد وات و در مقادیر بالاتر با كیلو وات و مگاوات سنجیده می شوند كه توسط واتمتر اندازه گیری می شود.