تعاریف و کمیت های پایه
تاریخ الکتریسیته به زمانهای بسیار دور برمی گردد.در ابتدا الکتریسیته و مغناطیس موضوعات کاملا جداگانه ای بودند . اولی از میله شیشه ای و پوست خز ، باطری و جریان ، الکترولیت و رعد و برق و دیگری از آهنربا و قطب نما صحبت می کرد . این دو علم جداگانه پیشرفت کردند تا در سال 1820 " ارستر " در حال تدریس دریافت که جریان الکتریکی گذرنده از یک سیم می تواند بر روی عقربه قطب نمایی که در نزدیک آن قرار گرفته است اثر کند . بزودی آمپر بیان داشت که پدیده های مغناطیسی از بارهای الکتریکی متحرک حاصل می گردد . در سال 1831 فارادی عکس قضیه را کشف کرد و بیان داشت که آهنربای متحرک جریان الکتریکی و یا ولتاژ القایی ایجاد می کند و این نظریات همانطور ادامه پیدا کردند و علم الکترونیک پدید آمد و این علم تا آنجا پیشرفت کرد که امروزه دستگاهی بسیار ظریف و پیچیده به اسم موبایل در اختیار ما قرار گرفته که ترکیبی بسیار جالب و در عین حال پیشرفته از علم الکترونیک و مخابرات است .
تعاریف پایه زیر به منظور درک بیشتر موضوع ارائه می گردد :
1) بار الکتریکی :
یکی از خواص بارهای الکتریکی وجود آن به دو صورت است که از قدیم آن را مثبت و منفی نامیده اند . آنچه مشاهده می شود آن است که تمامی بارها را می توان به دو گروه تقسیم کرد به طوری که تمام اعضاء هر گروه یکدیگر را دفع می کنند در حالی که اعضاء گروه دیگر را جذب می کنند . اگر دو جسم A و B دارای بار الکتریکی باشند و یکدیگر را دفع کنند و اگر جسم A یک جسم باردار سوم مثل C را جذب کند در این صورت همیشه مشاهده می شود که جسم B نیز C را جذب می کند . با یک آزمایش ساده می توان مطالب بالا را نشان داد . اگر یک میله شیشه ای را با پارچه ابریشمی مالش دهیم و از یک نخ بلند ابریشمی بیاویزیم و حال یک میله شیشه ای دیگر که با پارچه ابریشمی مالش داده شده است را به آن نزدیک کنیم مشاهده می گردد که میله ها یکدیگر را دفع می کنند . از طرف دیگر یک میله لاستیکی که با پوست خز مالش داده شده است میله شیشه ای فوق را جذب می کند . روشن است که نوع بار میله شیشه ای و لاستیکی با یکدیگر تفاوت دارد .
فرانکلین اولین کسی بود که نوع بار جمع شده روی میله شیشه ای را مثبت و نوع بار جمع شده روی میله لاستیکی را منفی نامید . از آزمایش های بالا چنین بر می آید که :قانون بارهای الکتریکی : بارهای هم نام یکدیگر را دفع و بارهای غیر هم نام یکدیگر را جذب می کنند .2) هادی ها و نیمه هادی ها و عایق ها :
اگر یک میله فلزی را در دست گرفته و با پوست خز مالش دهیم بار دار نخواهد شد اما اگر همین عمل را به کمک یک میله لاستیکی انجام دهیم به شکلی که میله با دست تماس حاصل نکند میله می تواند دارای بار الکتریکی گردد . توجیه این مطلب آن است که فلزات ، بدون انسان و زمین هادی الکتریسیته می باشند در حالی که شیشه ، لاستیک ، پلاستیک و پاره دیگر از مواد ، عایق ( دی الکتریک ) می باشند . در رساناها بارهای الکتریکی آزادی حرکت دارند در حالیکه در مورد عایق ها چنین نیست . برخلاف عایق هایی مثل شیشه یا لاستیک ، در فلزات بارهای منفی ،آزادی حرکت دارند . در واقع حاملین واقعی بارها در فلزات ، الکترون های آزاد می باشند . یعنی وقتی که اتم ها تشکیل یک قطعه فلزی می دهند الکترون های مدار بیرونی به یک اتم خاص تعلق پیدا نمی کند بلکه در حجم جسم ، آزادی حرکت دارد . در بعضی رساناها نظیر الکترولیت ها ، هم بارهای مثبت و هم بارهای منفی می توانند حرکت کنند . گروهی از مواد به نام نیم رساناها از نقطه نظر هدایت بین عایق ها و رساناها قرار دارند . سیلیکون و ژرمانیوم نمونه های شناخته شده ای از نیم رساناها می باشند . نیم رساناها در شرایط خاص مثلا اعمال گرما یا ولتاژ و ... از خود هدایت نشان می دهند و گرنه در بقیه اوقات مثل عایق ها عمل می کنند . امروزه نیم رسانا ها نظیر ترانزیستورها ، دیودها ، مدارهای مجتمع ( آی سی ها ) و ... کاربردهای بسیار زیادی در مدارات الکترونیکی به ویژه گوشی های تلفن همراه دارند .
پتانسیل الکتریکی :
عامل سرریز کننده الکترون ها در طول یک هادی را پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ گویند که با V ( یا e یا u ) نمایش داده می شود . اگر بخواهیم تعریف دقیق تر یا علمی تری بیان کنیم می توانیم بگوییم کار لازم برای جابجایی یک بار الکتریکی از نقطه A به نقطه B را با VAB یا ولتاژ AB نمایش می دهیم . واحد پتانسیل الکتریکی V ( ولت ) می باشد .
جریان الکتریکی :
جریان الکتریکی از حرکت بارهای الکتریکی به وجود می آید . در رساناهای فلزی بارهای الکتریکی توسط الکترون ها جابجا می شود . در الکترولیت ها بارها توسط یون های مثبت و منفی حمل می گردد . در این حالت جریان الکتریکی از حرکت هر دو بار تشکیل می گردد . پس در کل می توان گفت به حرکت الکترون های آزاد در مسیر یک هادی جریان الکتریکی گویند که واحد آن A ( آمپر ) می باشد و آن را با I نمایش می دهند .
مقاومت الکتریکی :
حرکت الکترون ها در هادی ، در اثر برخورد اتم ها با یکدیگر کندتر می شود که حاصل کمیتی است به نام مقاومت الکتریکی . پس در واقع می توان گفت مقاومت الکتریکی عبارتست از مخالفت هادی در برابر حرکت الکترون ها در طول آن که آن را با R ( Resistance ) نشان داده و واحد آن اهم ( Ω ) می باشد . دو عامل در مقاومت الکتریکی اثر دارند که عبارتند از :
: ضریب مقاومت
: طول جسم
A: سطح مقطع جسم
در نتیجه هر چه طول جسم افزایش یابد مقاومت بیشتر شده و هرچه سطح مقطع جسم افزایش یابد مقاومت کمتر می شود . این مسئله را با یک مثال می توان کاملا درک کرد . حتما دیده اید که کابل های فشار قوی که برای انتقال برق به نقاط دوردست استفاده می شوند سطح مقطع بسیار زیادی دارند و در واقع قطور هستند این دقیقا به همان دلیل مذکور می باشد ، چون در این کابل ها مسافت و طول بسیار زیاد و در حد چند صد کیلومتر است . بنابراین از کابل های قطور و با سطح مقطع بالا استفاده می شود تا مقاومت الکتریکی از این طریق جبران گردد .
پاسخ با نقل قول
, 
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)