قانون اهم به زبان ساده + آموزش و کاربردهای قانون اهم

آیا تا به حال قانون اهم به گوشتان خورده است؟ قانون اهم یکی از اصول حیاتی در زمینه علم الکترونیک است. این قانون، اساس تشکیل دهنده‌ی طراحی مدارهای الکترونیکی محسوب می‌شود. در علم فيزيك، اندازه‌گيری مقدارهای مختلف بر اساس استاندارد خاصی صورت می‌گیرد. به عنوان مثال، در سراسر جهان توافق شده است که واحد اندازه‌گیری طول، متر است. یکی از مهم‌ترین مقادیر در حوزه الکتریسیته، مقاومت الکتریکی است که به وسیله واحد استانداردی به نام اهم اندازه‌گیری می‌شود. در این مقاله، قصد داریم به تشریح اهم و رابطه آن با سایر واحدهای مهم اندازه‌گیری در حوزه الکتریسیته بپردازیم.

تعریف قانون اهم

اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی یکی از موارد حیاتی در علم فیزیک و مهندسی است. این مقاومت با واحد اندازه‌گیری “اهم” نمایش داده می‌شود که به شکل نماد “Ω” نمایش داده می‌شود. به طور کلی، اگر ولتاژ بین دو نقطه از یک رسانا یک ولت باشد و جریان عبوری از آن یک آمپر باشد، مقاومت بین این دو نقطه برابر یک اهم خواهد بود. به عبارت دیگر، مقدار یک اهم برابر است با 1 ولت بر آمپر. این واحد معکوس اهم، یعنی “زیمنس” نام دارد که به عنوان واحد رسانایی الکتریکی شناخته می‌شود.

به بیان ساده تر قانون اهم یعنی جریانی که از یک قسمت مانند یک مقاومت یا دیود با ولتاژ دو طرف آن قسمت تقسیم بر مقاومت آن قسمت است، برابر است. این قانون کلی را می‌توان با سه فرمول نشان داد. در اهم مقدار جریان با نماد “I”، مقاومت با نماد “R” و ولتاژ با نماد “V” نشان داده شده‌اند.

برای درکی بهتر، بیایید نگاهی به کارکرد یک اسپیکر بیندازیم. وقتی الکتریسیته به داخل اسپیکر می‌رسد، مقاومتی در برابر جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. عملکرد اسپیکر بستگی به مقدار مقاومت آن دارد که نشان دهنده توانایی اسپیکر در مقابله با جریان الکتریکی و مصرف انرژی است. هرچقدر مقاومت بیشتر باشد، راندمان کمتری خواهد داشت. اهم و وات نیز به منظور اندازه‌گیری این مقادیر استفاده می‌شوند.

تدریس خصوصی فیزیک

تاریخچه قانون اهم

قانون اهم یکی از قوانین مهم در علم الکتریسیته است که توسط فیزیکدان و ریاضی‌دان آلمانی، گئورگ سایمون اهم، در سال 1827 بیان شد. این قانون بر اساس رابطه بین جریان، مقاومت و ولتاژ استوار است و اهم از ایده های ژان باپتیست ژوزف فوریه برای تبیین آن الهام گرفت. اهم برای اندازه‌گیری جریان از یک گالوانومتر استفاده کرد و با بررسی دمای محل اتصال ترموکوپل، ولتاژ بین پایانه‌ها را محاسبه کرد. او با اضافه کردن سیم‌های آزمایشی، قطر و مواد مدار، قانون اهم را مدل‌سازی کرد. این قانون ابتدا مورد انتقاد و دشمنی قرار گرفت، اما با گذر زمان اثبات شد که یکی از اصلی‌ترین قوانین در زمینه الکتریسیته است.

قانون اهم در الکترونیک

نقش قانون اهم در علم الکترونیک بسیار حیاتی است. این قانون به مهندسان اجازه می‌دهد تا با شناخت ولتاژ باتری در یک مدار، ویژگی‌های آن را تعیین کنند و به دنبال مقدار جریان و مقاومت در مدار بگردند. این دانسته‌ها به آن‌ها امکان می‌دهد تا جریان را به دلخواه کنترل کنند و مقدار جریان مورد نیاز را برای کاربردهای مختلف به دست آورند. همچنین، قانون اهم به مهندسان این امکان را می‌دهد که توان الکتریکی مدار خود را تعیین کرده و اطمینان حاصل کنند که منابع انرژی مورد نیاز برآورده می‌شود.

 این قانون سه کاربرد اساسی دارد:

• تعیین ولتاژ، مقاومت یا جریان یک مدار الکتریکی
• حفظ افت ولتاژ در قطعات الکترونیکی
• کالیبره کردن آمپرمترها و شنت‌های D

بررسی قانون اهم

رابطه‌ای بین جریان الکتریکی (I)، مقاومت الکتریکی (R) و ولتاژ (V)وجود دارد که تحت عنوان قانون اهم، در حوزه الکتریسیته تعریف می‌شود. این قانون با رابطه V=RI بیان می‌شود که در آن V ولتاژ بر حسب ولت، I جریان الکتریکی بر حسب آمپر و R مقاومت الکتریکی بر حسب اهم قرار دارند.

مواد رسانایی که این قانون را دنبال می‌کنند، به عنوان “مواد اهمی” یا “قطعات الکترونیکی خطی” شناخته می‌شوند و نمودار جریان بر حسب ولتاژ آن‌ها به صورت یک خط مستقیم است که از مبدا عبور کرده و شیب مثبت دارد. به همین دلیل، هر ماده‌ای که جریان و ولتاژ آن به صورت مستقیم با یکدیگر متناسب نباشد، به عنوان “غیراهمی” شناخته می‌شود.

تدریس خصوصی فیزیک دهم   

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی یکی از مولفه‌های مهم قانون اهم است که در مدارات الکتریکی نقش اساسی دارد. مقاومت الکتریکی به میزان مقاومت یا مانع برابری که یک رسانا در برابر عبور جریان الکتریکی از آن دارد، اشاره دارد. همانطور که در قانون اهم آموختیم، جریان برابری که از یک رزیستور عبور می‌کند، با مقدار ولتاژ و مقاومت معکوس متناسب است.

 بنابراین، با افزایش مقاومت، جریان کاهش می‌یابد و با کاهش مقاومت، جریان افزایش می‌یابد. رزیستورها یکی از انواع قطعاتی هستند که مقاومت الکتریکی را فراهم می‌کنند.

 این قطعات معمولاً با استفاده از کدرنگ‌های مختلف شناسایی می‌شوند و برای کنترل جریان در مدارات الکتریکی استفاده می‌شوند. به طور کلی، مقاومت الکتریکی یکی از عوامل اساسی در طراحی و اندازه‌گیری مدارات الکتریکی است که نقش حیاتی در عملکرد و عمل‌آوری آنها دارد.

مطلب پیشنهادی: روتوسکوپی چیست؟

باگ ها و ایرادات قانون اهم

محدودیت های قانون اهم یکی از موضوعاتی است که در علم الکترونیک بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این قانون، که به تعلق به ارتباط بین ولتاژ و جریان در یک مدار الکتریکی اشاره دارد، در بسیاری از موارد قابلیت تعمیم ندارد. به عنوان مثال، برای اجزای الکتریکی غیر خطی مانند دیود ها و ترانزیستور ها، اعمال این قانون ممکن است دشوار باشد.

برای قطعات الکترونیکی که خازن یا مقاومت دارند، سطح ولتاژ با توجه به زمان سازگار نخواهد بود. بنابراین، در برخی موارد اجرای قانون اهم ممکن است به چالش کشیده شود. از طرفی، نیمه هادی هایی مانند سیلیکون از این قانون معروف خارج می شوند و به عنوان هادی های غیر اهمی شناخته می شوند، زیرا نسبت ولتاژ به جریان برای آن‌ها ثابت نمی ماند.

در نتیجه، شرایط فیزیکی مانند دما و فشار ممکن است تاثیرگذار باشند و باعث عدم انطباق قانون اهم با واقعیت شوند. از این رو، بررسی و شناخت محدودیت های قانون اهم برای افراد واجد تخصص در حوزه الکترونیک بسیار حائز اهمیت است.

تدریس خصوصی فیزیک یازدهم  

فرمول مقاومت الکتریکی

مقاومت یک سیم رسانایی به عوامل مختلفی مانند ابعاد و جنس آن وابسته است. فرمول مقاومت الکتریکی به شکل R=ρl/A است، که در آن R مقاومت الکتریکی، ρ مقاومت ویژه، l طول سیم و A مساحت مقطع سیم است. اگر دو سیم رسانای هم‌جنس داشته باشیم که مساحت مقطع یکسانی هم دارند، سیم بلندتر مقاومت بیشتری دارد.

 این به این دلیل است که طبق رابطه فرمولی، مقاومت سیم با طول آن مستقیم مرتبط است و هر چه طول سیم بلندتر باشد، مقاومت آن نیز بیشتر است. این مفهوم می‌تواند در طراحی و تعیین خصوصیات سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی بسیار مفید باشد.

چرا شناخت قانون اهم اهمیت دارد؟

قانون اهم، یکی از اصول اساسی در الکترونیک و الکتریکی است که در تحلیل مدارات الکتریکی بسیار کاربرد دارد. این قانون بیان می کند که ولتاژ بر یک مقاومت برابر با حاصل ضرب جریان عبوری از آن مقاومت است. به عبارت دیگر، ولتاژ (V) برابر با مقدار جریان (I) ضرب شده در مقاومت (R) خواهد بود.

 این قانون در طراحی و تحلیل مدارات الکترونیکی بسیار مهم است زیرا امکان محاسبه و پیش بینی رفتار مدارات الکتریکی را فراهم می کند. همچنین، در تعمیر و نگهداری بردهای الکترونیکی، از این قانون برای محاسبه مقادیر مقاومت های مداری استفاده می شود. به این ترتیب، این قانون یک ابزار قدرتمند برای مهندسان الکترونیک و تعمیرکاران است که به آنها کمک می کند تا به طور دقیق تر مدارات الکتریکی را تحلیل کنند و مشکلات آنها را برطرف کنند.

تدریس خصوصی فیزیک دوازدهم  

کاربرد های قانون اهم

یکی از مفاهیم پایه الکتریسیته، قانون اهم است، که در زندگی روزمره ما بسیار کاربرد دارد. این قانون به ما می‌گوید که جریان الکتریکی که از یک نقطه عبور می‌کند، برابر با تقسیم ولتاژ بر مقاومت در آن نقطه است. یکی از کاربردهای اصلی این قانون، تنظیم کننده فن داخلی است که بیشتر دستگاه‌های الکتریکی از آن استفاده می‌کنند. همچنین در مدارهای الکترونیکی، از این قانون برای افت ولتاژ و تأمین ولتاژ خاص از طریق عناصر الکترونیکی مختلف استفاده می‌شود.

همچنین در آرمیچرهای DC و ابزارهای اندازه‌گیری DC نیز برای تغییر جهت جریان از قانون اهم استفاده می‌شود. به طور کلی، این قانون یک ابزار قدرتمند در دنیای الکتریسیته است که در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارد.

سخن پایانی

قانون اهم، یکی از اصول اساسی در زمینه الکترونیک است که برای اولین بار توسط گئورگ سایمون اهم در سال 1827 معرفی شد. این قانون به رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت الکتریکی می‌پردازد و با سه فرمول اصلی بیان می‌شود. به طور خلاصه، قانون اهم می‌گوید که جریان الکتریکی با ولتاژ متناسب و با مقاومت نسبت معکوس دارد. این قانون مهمی برای تفهیم عملکرد و رفتار اجزای الکتریکی مانند رله‌ها، مقاومت‌ها و دیودها است. از آنجا که این قانون در تمامی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی کاربرد دارد، بسیاری از مهندسان و فیزیکدان‌ها به آن اهمیت ویژه‌ای می‌دهند. از این رو، آشنایی با قانون اهم برای هر فردی که به الکترونیک علاقه‌مند است، ضروری است و در این مطلب به شرح و بسط این مورد پرداختیم که امیدواریم مورد استفاده قرار گرفته باشد.