میکروپروسسور
دی ۱۱, ۱۳۹۸
با مولتی متر خود شروع به کار کنید
دی ۲۳, ۱۳۹۸

آمپر، وات، ولت و اهم چه هستند؟

بیشتر زندگی روزمره ما، با وجود برق در جریان است اما با این حال بیشتر ما تفاوت بین لامپ ۶۰ وات با ۷۵ وات را نمی دانیم، یا اینکه نمی دانیم ولتاژ چگونه توسط پریز کوچکی که روی دیوار قرار دارد، برق را هم برای چراغ رومیزی کوچک و هم برای مایکروویوی قدرتمند، به میزان کافی تامین می کند.

سه واحد اصلی و اساسی برق (الکتریسیته) عبارتند از ولتاژ (V) ، جریان (I) و مقاومت (R) که ولتاژ با ولت، جریان با آمپر و مقاومت با اهم اندازه گیری می شوند.

به منظور کمک به درک این اصطلاحات، می توان آن را به سیستم لوله کشی تشبیه کرد. ولتاژ معادل فشار آب ، جریان معادل سرعت جریان آب و مقاومت مانند اندازه ی لوله است.

در مهندسی برق معادله ای اساسی وجود دارد که بیانگر چگونگی ارتباط این سه اصطلاح است. این معادله اینگونه بیان می کند که جریان برابر است با ولتاژ تقسیم بر مقاومت: I=V/R

این معادله به قانون اهم معروف است.

می خواهیم ببینیم که این رابطه در مورد سیستم لوله کشی چگونه صدق می کند. فرض کنید مخزن آب پرفشاری را به شیلنگی که باغ را با آن آبیاری می کنید وصل کرده اید.

اگر فشار مخزن را افزایش دهید چه اتفاقی می افتد؟ احتمالا می توانید حدس بزنید که باعث می شود آب بیشتری از شیلنگ بیرون می آید. همین مسئله در مورد سیستم الکتریکی نیز صدق میکند: افزایش ولتاژ باعث افزایش جریان می شود.

بیایید بگوییم قطر شیلنگ و تمام اتصالات به مخزن را افزایش می دهید. احتمالا حدس می زنید که این امر باعث می شود آب بیشتری از شیلنگ خارج شود. این امر مانند کاهش مقاومت در سیستم الکتریکی است که باعث افزایش جریان می شود.

توان الکتریکی با وات اندازه گیری می شود. در سیستم الکتریکی، توان یا (P) برابر است با ولتاژ ضربدر جریان.

شباهت لوله های آب در اینجا هم صدق می کند. شیلنگی را بردارید و آن را به چرخ چاهی که برای چرخاندن سنگ آسیاب استفاده می شود، متصل کنید. به دو طریق می توانید نیروی تولید شده توسط چرخ چاه را افزایش دهید. اگر فشار آبی که از شیلنگ خارج می شود را افزایش دهید، با نیروی بیشتری به چرخ چاه برخورد کرده و چرخ سریع تر چرخانده می شود و این امر باعث ایجاد قدرت بیشتری می شود. اگر سرعت جریان را افزایش دهید، به خاطر وزن آب اضافی که به آن ضربه می زند، چرخ چاه سریع تر می چرخد.

ضریب بهره ی الکتریکی

سیستم های الکتریکی در هنگام استفاده از ولتاژ بالاتر برای کاهش جریان، کارایی بیشتری دارند.

در یک سیستم الکتریکی، افزایش جریان یا ولتاژ باعث افزایش قدرت می شود. فرض کنیم سیستمی با لامپ ۶ ولت دارید که به باطری ۶ ولت وصل شده است. توان مصرفی لامپ ۱۰۰ وات است. با استفاده از معادله ی I=P/V ، می توان محاسبه کرد که چه میزان جریان در آمپر لازم است تا ۱۰۰ وات از این لامپ ۶ ولتی خارج شود.

می دانید که

V=6 V

و

P=100 W

بنابراین معادله را با اعداد جایگزین کنید تا I را بدست آورید.

I = 100 W/6 V= 16.67 amps

اگربرای اینکه ۱۰۰ وات نیرو داشته باشید از باطری ۱۲ ولت و لامپ ۱۲ ولت استفاده کنید، چه اتفاقی می افتد؟

I = 100 W/12 V = 8.33 amps

بنابراین، سیستم دوم همان قدرت را با نیمی ازجریان تولید می کند. مزیتی وجود دارد که برای ایجاد همان مقدار انرژی می توان از جریان کم تری استفاده کرد. مقاومت در سیم های برق باعث مصرف انرژی می شود و با افزایش جریان در سیم ها انرژی مصرفی افزایش می یابد. می توانید مشاهده کنید که اگر در دو معادله بالا دوباره تغییر ایجاد کنید چه اتفاقی می افتد. چیزی که نیاز دارید معادله ای در مورد مقاومت و جریان است. بیایید اولین معادله را تغییر دهیم و دوباره مرتب کنیم:

I = V/R

که می تواند اینگونه بیان شود:

V = I*R

اکنون می توانید معادله V را با معادله ی دیگری جایگزین کنید:

P = V*I

جایگزین می شود با  V که داریم

P = I*R*I

یا

P = I²*R

آنچه این معادله به شما می گوید این است که اگر مقاومت سیم ها افزایش یابد، قدرت مصرف شده توسط سیم ها افزایش می یابد ( به عنوان مثال، اگر سیم ها کوچک تر شوند یا از ماده ای با رسانای کم تری ساخته شده باشند). اما اگر جریان درون سیم ها افزایش یابد، مقاومت به طور چشمگیری افزایش می یابد. بنابراین، استفاده از ولتاژ بالاتر برای کاهش جریان، سیستم های الکتریکی را کارآمد تر می کند. همچنین کارایی موتورهای الکتریکی نیز در ولتاژهای بالاتر بهبود می یابد.

این افزایش کارآیی همان چیزی است که صنعت خودرو را در دهه ۱۹۹۰ به این واداشت که سیستم های الکتریکی ۱۲ ولت را به سیستم های ۴۲ ولت تغییر دهد. آن ها برای تامین قدرت الکتریکی و جریان کافی در امکاناتی از قبیل نمایشگرهای ویدئویی، گرم کننده ی صندلی ها، کنترل آب و هوایی هوشمند، که در بیشتر خودروها وجود دارد، به سیم های ضخیم تری نیاز داشتند. تغییر به سیستم ولتاژ بالاتر، با سیم های نازکتر برق بیشتری را تامین می کند.

این تغییر هرگز اتفاق نیفتاد زیرا خودرو سازان با استفاده از فناوری دیجیتال و پمپ های الکتریکی کارآمدتر توانستند راندمان کاری خود را با همان ۱۲ ولت افزایش دهند. اما برخی از مدل های جدید سیستم های ترکیبی را با ژنراتور ۴۸ ولت جداگانه ای به کار می گیرند تا از ویژگی های پیشرفته ی آن در هنگام افزایش کارآیی کلی سیستم استفاده کنند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *