بدون تردید، اگر معاملات و مفاهیم فیزیکی وجود نداشتند، دنیای پیشرفته الکتریکی امروز نیز شکل نمی‌گرفت. کمیت‌های الکتریکی نقش کلیدی در مفاهیم پایه دنیای الکترونیک ایفا می‌کنند. این کمیت‌ها مقادیر قابل اندازه‌گیری در سیستم‌های الکتریکی هستند که با استفاده از آن‌ها می‌توان مسائل مربوط به برق و الکترونیک را تحلیل و حل کرد. در این مقاله، قصد داریم انواع کمیت‌های الکتریکی را معرفی کنیم و توضیحات مختصری درباره هر یک ارائه دهیم تا با این مفاهیم آشنایی بیشتری پیدا کنید.
کمیت الکتریکی ولتاژ
یکی از مفاهیم اساسی و اولیه در علم الکترونیک، ولتاژ است که بدون وجود آن، هیچ مداری نمی‌تواند عمل کند. ولتاژ که با حرف انگلیسی (E) نشان داده می‌شود، برگرفته از عبارت Electromotive Force به معنای نیروی محرکه الکتریکی است. این نیرو همان انرژی‌ای است که به الکترون‌ها توانایی حرکت در سیم‌های هادی را می‌دهد.
ولتاژ به عنوان انرژی الکتریکی ذخیره‌شده به شکل بار الکتریکی تعریف می‌شود و می‌توان آن را نیرویی دانست که الکترون‌ها را تحت فشار قرار می‌دهد تا در رسانا جریان پیدا کنند. هرچه مقدار ولتاژ بیشتر باشد، نیروی وارد بر الکترون‌ها نیز بیشتر شده و جریان الکتریکی قوی‌تری ایجاد می‌شود. به بیان دیگر، ولتاژ توانایی انجام کار را دارد و به عنوان انرژی پتانسیل یا کاری که برای جابه‌جایی الکترون‌ها از نقطه‌ای به نقطه دیگر لازم است، شناخته می‌شود.
اختلاف ولتاژ بین دو نقطه در مدار به عنوان اختلاف پتانسیل یا افت ولتاژ شناخته می‌شود که واحد اندازه‌گیری آن ولت (V) است و با نماد V یا گاهی E نمایش داده می‌شود. برای مقادیر بسیار بزرگ یا کوچک ولتاژ، از پیشوندهایی مانند kV (کیلوولت) و mV (میلی‌ولت) استفاده می‌شود. ولتاژ می‌تواند مثبت یا منفی باشد و یک ولت اختلاف پتانسیل الکتریکی، جریانی برابر با یک آمپر را در مقاومتی معادل ۱ اهم ایجاد می‌کند.
کمیت الکتریکی جریان
جریان الکتریکی به حرکت بارهای الکتریکی در یک مدار گفته می‌شود. در مدارهای الکتریکی، اغلب الکترون‌ها مسئول حمل بار الکتریکی هستند، اما در الکترولیت‌ها، یون‌ها نیز می‌توانند بار الکتریکی را حمل کنند. همچنین در پلاسما، هر دو نوع ذره، یعنی یون‌ها و الکترون‌ها، بار الکتریکی را انتقال می‌دهند. در سیستم یکاهای بین‌المللی (SI)، واحد اندازه‌گیری جریان الکتریکی آمپر است. یک آمپر برابر است با عبور یک کولن بار الکتریکی در هر ثانیه از یک سطح مشخص. برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی از دستگاهی به نام آمپرمتر استفاده می‌شود.
جریان الکتریکی می‌تواند گرمای مقاومتی تولید کند که در مواردی مانند روشنایی لامپ‌های رشته‌ای قابل مشاهده است. همچنین جریان الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که در تجهیزاتی مانند موتورهای القایی و ژنراتورها کاربرد دارد. ذراتی که بار الکتریکی را حمل می‌کنند به عنوان حامل بار شناخته می‌شوند. در فلزات، الکترون‌ها به دلیل پیوند ضعیف با اتم‌های فلزی، می‌توانند آزادانه حرکت کنند و نقش اصلی در جریان الکتریکی دارند. در یک مدار الکتریکی ساده، باتری با تأمین انرژی به الکترون‌ها، آن‌ها را از طریق مدار به حرکت درمی‌آورد. با این حال، اتم‌های رسانا با ایجاد نوسانات، در برابر حرکت الکترون‌ها مقاومت کرده و بخشی از انرژی الکترون‌ها را به گرما تبدیل می‌کنند، که این انرژی به صورت اتلاف حرارتی از بین می‌رود.
کمیت الکتریکی توان
توان الکتریکی مانند توان مکانیکی، آهنگ انجام کار است که با وات سنجیده و با P نمایش داده می‌شود. اصطلاح واتا(wattage) به طور محاوره‌ای به معنی «توان الکتریکی در واحد وات» استفاده می‌شود. توان الکتریکی در واحد وات توسط یک جریان I متشکل از بار Q کولن و هر t ثانیه که از یک اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) عبور می‌کند، تولید می‌شود. وان الکتریکی، آهنگ انتقال انرژی الکتریکی توسط یک مدار الکتریکی در واحد زمان است. یکای SI (سیستم یکاهای بین‌المللی) توان، وات یا یک ژول بر ثانیه است.
انرژی الکتریکی معمولاً توسط ژنراتورهای الکتریکی تولید می‌شود امّا می‌تواند توسط منابعی مانند باتری‌های الکتریکی نیز تأمین شود و معمولاً توسط صنعت تولید برق از طریق شبکه‌ی تولید به خانه‌ها و مشاغل عرضه می‌شود. انرژی الکتریکی به طور معمول در واحد کیلووات ساعت (3.6 مگاژول) که حاصل ضرب توان با واحد کیلووات و زمان با واحد ساعت است، به فروش می‌رسد. شرکت‌های برق با استفاده از یک کنتور برق، انرژی را اندازه گیری می‌کنند که میزان کل انرژی را که به مشتری تحویل می‌شود، در خود نگه می‌دارد.
مطالعه بیشتر : فرمول سیم پیچی موتور الکتریکی
کمیت الکتریکی انرژی
انرژی الکتریکی به صورت توانایی یک مدار الکتریکی در تولید یک کار با ایجاد یک عمل تعریف می‌شود. این عمل می‌تواند اشکال مختلفی مانند حرارتی، الکترومغناطیسی، مکانیکی، الکتریکی و … داشته باشد. انرژی الکتریکی را می‌توان با استفاده از باتری‌ها، ژنراتورها، «دینام‌ها» (Dynamos) و سیستم‌های فتوولتائیک» (Photovoltaics) به دست آورد. همچنین می‌توان انرژی الکتریکی را برای مصارف آینده با استفاده از سلول‌های سوختی، باتری‌ها، خازن‌ها، میدان‌های مغناطیسی و … ذخیره سازی کرد. بنابراین می‌توان انرژی الکتریکی را هم تولید و هم ذخیره کرد.
از قانون پایستگی انرژی به یاد داریم که انرژی به وجود نمی‌آید و از بین نمی‌رود، بلکه از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. اما برای اینکه بتوان با انرژی یک کار مفید انجام داد نیز باید انرژی از یک فرم به فرم دیگری تبدیل شود که بستگی به نوع کار مد نظر دارد. به عنوان مثال، یک موتور انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی یا جنبشی تبدیل می‌کند، در حالی که یک ژنراتور انرژی مکانیکی را مجددا به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند تا یک مدار را تغذیه کند.
بنابراین با استفاده از ماشین‌های الکتریکی و با انجام یک کار، می‌توان انرژی را از یک نوع به نوع دیگر تغییر داد یا تبدیل کرد. به عنوان مثالی دیگر، می‌توان به یک لامپ یا LED اشاره کرد که انرژی الکتریکی را به انرژی نورانی و نیز انرژی حرارتی تبدیل می‌کند. انرژی الکتریکی یک فرم بسیار تطبیق‌پذیر از انرژی است که می‌توان آن را به سادگی به سایر انواع انرژی تبدیل کرد.
در مورد انرژی الکتریکی، برای حرکت الکترون‌ها و برقرای یک جریان الکتریکی در مدار، کاری که باید انجام شود این است که الکترون‌ها باید از طریق یک سیم یا رسانا به مسافتی دور منتقل شوند. کاری که انجام گرفته است، در حرکت الکترون‌ها به صورت انرژی ذخیره می‌شود. بنابراین «کار» (Work) نامی است که ما بر فرایند تولید انرژی می‌گذاریم.
کمیت الکتریکی بار
شاید پدیده ای بیشتر ما در آن به وجود آمدن بار الکتریکی را حس کرده ایم، مالش دو جسم با یکدیگر است. به دلیل آن که الکترون های دو جسم هنگام مالش، مبادله شده و در نتیجه یک جسم دارای الکترون اضافه و جسم دیگر کمبود الکترون پیدا خواهد کرد. جسمی که الکترون اضافه دریافت می کند، دارای بار منفی و جسمی که الکترون از دست داده نیز بار مثبت پیدا می کند. جواب به این سوال که چرا یکی مثبت و دیگری منفی است، باید بگوییم بار الکترون به صورت قراردادی منفی و بار پروتون نیز باز هم به صورت قراردادی مثبت است.
کمیت الکتریکی مقاومت
مقاومت یک عنصر الکتریکی دو پایه است که مطابق قانون اهم هنگامی که جریان الکتریکی از آن عبور کند بین پایه هایش اختلاف ولتاژ ایجاد می شود.واحد مقاومت اُهم ( Ω ) است. شدت جریان عبوری از یک مقاومت رابطه مستقیمی با ولتاژ دو سر مقاومت دارد. مقاومت ها اجزای عمده مدارهای الکترونیکی، و بسیار کاربردی در تجهیزات الکترونیکی هستند. مقاومت های کاربردی می تواند از ترکیبات و لایه های متفاوت و همچنین از سیم مقاومتی (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت ها در داخل تراشه ها هم عمل می کنند. به خصوص در دستگاه های آنالوگ، که مقاومت ها می توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی ادغام شوند.
کمیت الکتریکی ظرفیت خازن
در فیزیک، ظرفیت خازنی (به انگلیسی: Capacitance) به توانایی نگه‌داری بار الکتریکی گفته می‌شود. ساده‌ترین نوع خازن، خازنی با دو صفحه موازی است. در خازن صفحه‌ای، ظرفیت با مساحت صفحه (A) رابطۀ مستقیم، و با فاصله دو صفحه (d)، رابطۀ وارون دارد. در سیستم SI، یکای ظرفیت، فاراد است و هر فاراد، ۱ کولن بر ولت است.
مطالعه بیشتر : انواع شکل موج الکتریکی
کمیت الکتریکی سلف
سلف یا القاگر، یک قطعه منفعل است که انرژی الکتریکی در میدان مغناطیسی را در هنگام عبور جریان الکتریکی از آن، ذخیره می کند. به عبارتی دیگر می توانیم بگوییم که سلف یک قطعه الکتریکی است که دارای ظرفیت القاء مغناطیسی است. سلف از سیمی ساخته شده است که دارای ویژگی القایی است، یعنی با جریان، مخالفت و مقاومت می کند. با افزایش تعداد پیچ و خم در سیم، ظرفیت القایی آن افزایش می یابد. حرف “L” برای نشان دادن سلف استفاده می شود و مقیاس اندازه گیری آن «هِنری» است. داشتن ظرفیت القاء مغناطیسی، سلف را از سایر قطعات متمایز می کند. شکل زیر نشانگر نماد سلف است.
کمیت الکتریکی فرکانس
بَسامَد یا فِرِکانس (به فرانسوی: Fréquence) معیار اندازه‌گیری تعداد تکرار یک رخداد در واحد زمان (مثلاً ثانیه) است. برای محاسبهٔ فرکانس بر روی یک بازهٔ زمانی ثابت، تعداد دفعات وقوع آن حادثه را در آن بازه می‌شماریم و سپس این تعداد را بر طول بازهٔ زمانی تقسیم می‌کنیم. در سیستم واحدهای SI، فرکانس به احترام فیزیک‌دان آلمانی هاینریش رودولف هرتز، با هرتز اندازه‌گیری می‌شود. یک هرتز به این معنی است که یک رویداد یک‌بار در هر ثانیه رخ می‌دهد.
در این مقاله ما سعی کردیم اطلاعات کامل و درست در مورد انواع کمیت های الکتریکی منتشر کنیم تا در اختیار شما قرار گیرد. در صورت مفید بودن این مقاله برای شما آن را با دوستان خود به اشتراک بگذارید. همچنین در بخش دیدگاه ها نظرات و پیشنهادات خود را با ما در میان بگذارید.
