مدارهای الکتریکی

یک مدار الکتریکی شامل بسته شدن چندین المان یا عنصر مداری به صورت سری و موازی است.

باتری همواره یک ولتاژی (نیروی محرکه الکتریکی) را فراهم می‌آورد، اینکه چه جریانی را ایجاد کند وابسته المان‌های مدار و میزان مقاومتی است که از باتری جریان می‌کشد.

همواره می‌گوییم جریان عبوری از یک مقاومت و ولتاژ دو سر مقاومت. به همین دلیل جریان‌سنج (آمپرمتر) بصورت سری در مدار بسته می شود و ولت‌متر بصورت موازی.

جریان الکتریکی خلاف حرکت الکترون‌هاست و از پایانه مثبت به سمت پایانه منفی است.

بستن مقاومت‌ها

بستن سری:

وقتی دو یا چند مقاومت تنها از یک نقطه اشتراک به هم متصل باشند به صورت سری یا متوالی بسته شده‌اند. جریان عبوری از مقاومتها در هر شاخه با هم برابر هستند.ولتاژ دو سر خازن‌ها متفاوت هستند.

مقاومت معادل آنها برابر است با:

بستن موازی:

هنگامی که دو دو سر دو یا چند مقاومت بهم متصل هستند آن‌ها به صورت موازی به هم بسته شده‌اند. در این حالت ولتاژ دوسر مقاومت‌ها با هم برابر هستند چون همه به دو پایانه باتری متصل هستند. جریان عبوری از هر مقاومت باید جداگانه محاسبه شود.

در این حالت مقاومت معادل به صورت ذیل به دست می‌آید:

قوانین مدارها (قوانین کیرشهف):

1. قانون گره:

جریان خالص عبوری از هر گره از مدار برابر با صفر است.

یعنی جمع جبری جریان‌های وارد شونده و خارج‌شونده از هر گره از مدار برابر هستند.

2. قانون حلقه:

جمع جبری ولتاژهای دو سر یک مدار در هر حلقه بسته برابر با صفر است.

نکته1: حرکت در جهت جریان و عبور از مقاومت با کاهش ولتاژ و حرکت در خلاف جهت جریان با افزایش ولتاژ همراه خواهد بود.

نکته2:  اگر از پایانه منفی به مثبت باتری رویم ولتاژ باتری مثبت و اگر از مثبت به منفی رویم ولتاژ منفی خواهد بود.

آموزش خازن های معادل

مدارهای RC

در مدارهایی که در آن‌ها خازن وجود دارد، جریان ممکن است با زمان تغییر کند. مدارهای RCشامل ترکیبی از مقاومت‌ها و خازن‌ها هستند.

با اتصال خازن به باتری، خازن شارژ شده و با اتصال به مقاومت تخلیه یا دشارژ می‌شود.

به محض بسته شدن کلید، در لحظه t=0تمام جریان از خازن عبور می‌کند.

اما با گذشت زمان بار روی صفحات خازن نشسته (q_max=cV_c) و جریان به صفر میل می‌کند.

جریان در هر لحظه از زمانt را می‌توان با مشتق‌گیری از تابعV_c بر حسب زمان به دست آورد.

بار الکتریکی روی هر خازن در هر لحظه را نیز می‌توان با رابطه زیر به دست آورد:

مروری بر قوانین خازن

شارژ خازن:

ثابت زمانی خازن =τ:

RC در پر شدن خازن(شارژ شدن) مدت زمانی است بر حسب ثانیه که خازن تا 63 درصد از ظرفیتش دارای بار الکتریکی شود.

دشارژ خازن:

در خالی شدن خازن (دشارژ شدن) اما ثابت زمانی برابر است با مدت زمانی که خازن 36.8 درصد از جریان کل شاخه مدار را از خود عبور داده باشد.

کپسول آموزشی فیزیک۲