مقدمه ای بر فرمول توان و جریان الکتریکی

جریان الکتریکی یکی از مفاهی مهم در الکترونیک است و تاثیر مستقیمی بر توان الکتریکی دارد. در این مقاله در ابتدا با جریان و سپس با توان آشنا میشویم و تاثیر جریان بر توان را بررسی میکنیم. برای محتویات این مقاله از سایت irenx.ir استفاده شده است. توان الکتریکی با توجه به مصرف برق محاسبه میشود. دقت کنید که شرکت برق با توجه به مصرف برق شما هزینه قبض شما را تعیین میکند. بنابراین مفید است که بدانید توان مصرفی برق خانه شما، وسایل شما و ... چقدر است.

جریان چیست؟

جریان الکتریکی در یک سیم (جایی که حامل های بار الکترون هستند) میزان بار عبوری هر نقطه از سیم در واحد زمان است. در جریان متناوب (AC) حرکت بارهای الکتریکی به صورت دوره ای برعکس می شود اما در جریان مستقیم (DC) اینگونه نیست. در اصل الکترون ها از قطب منفی باتری (یا منبع تغذیه) به سمت قطب مثبت میروند اما بر حسب قرارداد جهت حرکت جریان الکتریکی را از سمت مثبت به منفی در نظر میگیرند.

جریان معمولاً با نماد I نشان داده می شود. قانون اهم جریان عبوری از هادی را به ولتاژ V و مقاومت R مربوط می کند. یعنی V = IR. جمله جایگزین قانون اهم برابر است با I = V / R

جریان در گازها و مایعات به طور کلی از جریان یونهای مثبت در یک جهت همراه با جریان یونهای منفی در جهت مخالف تشکیل شده است. جهت جریان معمولاً جهت حامل بار مثبت تلقی می شود. جریانی با بار منفی که در جهت مخالف حرکت می کند معادل یک بار مثبت با همان اندازه است که در جهت معمولی حرکت می کند و باید به عنوان سهمی در جریان کل لحاظ شود. جریان در نیمه هادی ها از حرکت سوراخ ها در جهت معمولی و الکترون ها در جهت مخالف تشکیل شده است.

جریان الکتریکی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. هنگامی که یک جریان الکتریکی در یک میدان مغناطیسی خارجی جریان می یابد ، مانند موتورهای الکتریکی یک نیروی مغناطیسی را تجربه می کند. اتلاف حرارت یا انرژی تلف شده توسط جریان الکتریکی در یک رسانا متناسب با مربع جریان است.

واحد جریان الکتریکی آمپر است که به صورت جریان یک کولن شارژ در ثانیه یا 618 × 1018 الکترون در ثانیه تعریف می شود. خطوط برق تجاری حدود 100 آمپر را برای یک خانه معمولی فراهم می کند. یک لامپ 60 واتی تقریباً 0.5 آمپر جریان دارد و یک کولر یک اتاقه حدود 15 آمپر. برای کسب اطلاعات کامل مقاله جریان چیست را بخوانید.

مرجع آموزش الکترونیک ایران

اگر میخواهید مفاهیم و قطعات الکترونیک را به طور کامل بشناسید، سایت الکترونیک آیرنکس را مشاهده کنید. سایت آیرنکس یکی از مراجع فارسی زبان در زمینه الکترونیک و برنامه نویسی الکترونیک است. در irenx.ir انواع قطعات و مفاهیم الکترونیک بررسی شده اند. همچنین دوره های آموزشی متنوعی با قیمت مناسب تهیه شده است که شما را به راحتی بر الکترونیک مسلط میکند. همچنین آموزش ها و پروژه های آماده برای انواع پلتفرم ها مثل رزبری پای، آردوینو و... به صورت رایگان قرار داده شده است. اگر به کار با میکروکنترلر ها علاقه دارید میتوانید قسمت آموزش AVR، آموزش ARM، آموزش PIC و ... را نیز مشاهده کنید.

توان چیست؟

به سرعت انجام کار در مدار الکتریکی ، توان الکتریکی گفته می شود. به عبارت دیگر ، نیروی الکتریکی به عنوان سرعت انتقال انرژی تعریف می شود. انرژی الکتریکی توسط ژنراتور تولید می شود و همچنین می تواند از طریق باتری های الکتریکی تأمین شود. این یک فرم آنتروپی کم انرژی است که در مسافت طولانی حمل می شود و همچنین به انواع دیگر انرژی مانند حرکت ، انرژی گرمایی و غیره تبدیل می شود.

نیروی الکتریکی به دو نوع تقسیم می شود ، به عنوان مثال ، برق AC و DC. طبقه بندی توان الکتریکی به ماهیت جریان بستگی دارد. نیروی الکتریکی با توجه به ژول که محصول توان در کیلووات و مدت زمان کارکرد ماشین آلات در ساعت است فروخته می شود. سودمندی برق توسط electric meter اندازه گیری می شود که کل انرژی مصرف شده توسط دستگاه های مجهز را ثبت می کند. 

وات W واحد توان SI است که میزان تبدیل انرژی را تعریف می کند و معادل یک ژول در ثانیه است. مانند بقیه واحد های SI، وات نیز در موارد مختلف پیشوند های مختلفی میگیرد. به طور مثال توان یک خانه را با کیلو وات محاسبه میکنند. همچنین توان یک کارخانه میتواند مگا وات باشد. جالب است بدانید وسایل و قطعات الکترونیکی تا حد مشخصی توان الکتریکی را تحمل میکنند. به طور مثال اگر جریان و ولتاژ داده شده به یک قطعه مثل مقاومت از محدوده مجاز فراتر رود، میتواند باعث سوختن یا ترکیدن مقاومت شود. برای بقیه وسایل الکترونیکی هم به همین شکل است حتی یک یخچال و تلویزیون نیز اگر ولتاژ و جریان بیش از حد دریافت کنند میسوزند یا آسیب زیادی میبینند.

میزان توان تلف شده در یک مدار را می توان به راحتی تعیین کرد. فرمول ساده در مدار هایی با جریان مستقیم به صورت زیر است.

W=I*V

در فرمول بالا W همان P یا توان الکتریکی است. I جریان الکتریکی و V نیز ولتاژ الکتریکی است. جریان بر حسب آمپر و ولتاژ بر حسب ولت در فرمول قرار میگیرد و عدد بدست آمده توان بر حسب وات است.

فرمول های توان

فرمول توان میتواند به شکل های دیگری نیز باشد. معادله پایه محاسبه توان P=IV است که در بالا بررسی شد. اما میتوانیم با دو فرمول زیر نیز توان الکتریکی را محاسبه کنیم.

P = I²R وP = V²/ R

در فرمول های بالا R به معنی مقاومت است. با استفاده از این فرمول ها با دانستن جریان و مقاومت یا ولتاژ و مقاومت میتوان توان الکتریکی را محاسبه کرد. به طور مثال با این فرمول ها خیلی راحت میتوان توان مصرفی یک مقاومت را محاسبه کرد. در حقیقت فرمول های بالا از تلفیق فرمول اهم و فرمول توان بدست آمده اند.

سوالات متداول 

توان را تعریف کنید؟

اندازه گیری توان الکتریکی برابر است با میزان انتقال انرژی الکتریکی توسط یک مدار الکتریکی در واحد زمان.

واحد توان الکتریکی SI چیست؟

واحد SI توان الکتریکی وات است.

فرمول توان و پارامتر های آن کدام هستند؟

توان الکتریکی توسط P = VI محاسبه می شود. جایی که V برابر با ولتاژ بر حسب ولت است و I برابر با جریان الکتریکی و P  توان الکتریکی بر حسب وات است.

چگونه می توانیم با استفاده از قانون اهم توان را محاسبه کنیم؟

فرمول توان را می توان با استفاده از قانون اهم به صورت P = I ^ 2R یا P = V ^ 2 / R بازنویسی کرد. جایی که V اختلاف پتانسیل (ولتاژ) است، I جریان الکتریکی است، R مقاومت است و P توان الکتریکی است.