مدار الکتریکی چیست و اجزای اصلی مدارهای الکتریکی کدامند؟

مدار الکتریکی (electric circuit) یک مسیر بسته است که در آن الکترون ها برای تولید جریان الکتریکی حرکت می کنند. مدارها مسیری را برای جریان الکتریکی ایجاد می کنند. یک مدار در یک نقطه شروع و در یک نقطه پایان می یابد. به عبارت دیگر، یک مدار باید یک حلقه تشکیل دهد.

مدار الکترونیکی و مدار الکتریکی تعریف یکسانی دارند اما مدارهای الکترونیکی معمولا مدارهای ولتاژ پایین هستند. شما در مبحث مدار الکتریکی علوم هشتم و مدار الکتریکی ساده کلاس چهارم تاحدودی با این ساختارها آشنا شده اید برای درک بیشتر اجزاء، انواع و دیگر مفاهیم مربوط به مدارهای الکتریکی، با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید.

مدار الکتریکی چیست؟

برای اینکه الکترون ها جریان داشته باشند به یک مدار بسته نیاز دارند. مدار الکتریکی ساده یک مسیر کامل و بسته برای تولید جریان الکتریکی فراهم می کند. بار یا مقاومت یکی از اجزاء مدار است. بار قسمتی از مدار است که از برق استفاده می کند. بار مدار همیشه مقداری مقاومت در برابر جریان الکترون ها نشان می دهد. در نتیجه انرژی به حرارت، نور یا انرژی مکانیکی تبدیل می شود. سوئیچ برای جلوگیری از جریان الکترون ها در مدار استفاده می شود.

به عنوان مثال، یک مدار ساده ممکن است شامل دو جزء  باتری و لامپ باشد. مدار اجازه می دهد تا جریان از باتری به لامپ و سپس به باتری برگردد. بنابراین، مدار یک حلقه کامل تشکیل می دهد. رسم مدار الکتریکی نیز بر همین اساس بسیار ساده است.

 

 

اجزای مدار الکتریکی

مدارهای الکتریکی مفاهیم مهمی هستند و کاربردهای عملی در زندگی روزمره ما دارند. مدار یک مفهوم بسیار ساده است که شامل سه جزء مختلف، شامل منبع انرژی الکتریکی، یک دستگاه و حلقه بسته ای از مواد رسانا است. البته مدارها می توانند پیچیده تر نیز باشند. با این حال، همه مدارها را می توان به سه جزء اساسی تقسیم کرد.

منبع ولتاژ

منبع ولتاژ مانند باتری باعث می شود که جریان الکتریکی در مدار جریان داشته باشد.

بار

مقدار مصرف انرژی الکتریکی را بار یا مقاومت می گویند که نشان دهنده کار واقعی انجام شده توسط مدار است. بدون بار، داشتن مدار الکتریکی اهمیت چندانی ندارد. مقاومت یا بار موجود در مدار می تواند یک لامپ ساده باشد. در مدارهای پیچیده، بار ترکیبی از اجزاء مانند مقاومت، خازن، ترانزیستور و غیره است.

مسیر رسانا

مسیر رسانا مسیری را فراهم می کند که جریان از طریق آن عبور می کند. این مسیر از منبع ولتاژ شروع می شود، از بار عبور می کند و سپس به منبع ولتاژ برمی گردد. این مسیر باید یک حلقه از سمت منفی منبع ولتاژ به سمت مثبت منبع ولتاژ تشکیل دهد.

حقایق جالب در مورد مدارهای الکتریکی

هنگامی که یک مدار کامل می شود، یک حلقه را ایجاد می کند که در آن الکترون ها در حال جریان هستند. به این مدار الکتریکی مدار بسته می گویند. اگر هر قسمتی از مدار قطع یا مختل شود به طوری که یک حلقه ایجاد نشود، الکترون ها نمی تواند جریان داشته باشند. در این حالت، مدار را مدار باز می نامند.

اتصال کوتاه به مداری گفته می شود که بار ندارد. جریان در یک اتصال کوتاه می تواند در سطوح خطرناک جریان یابد. اتصال کوتاه می تواند به قطعات الکترونیکی آسیب برساند و باعث انفجار باتری شود یا باعث آتش سوزی شود.

جریان الکتریکی در هر جایی می تواند جریان داشته باشد. اگر مدار شما دو مسیر دارد که جریان می تواند از طریق آنها عبور کند، جریان یکی را بر دیگری ترجیح نداده و هر دو را انتخاب می کند. با این حال، همه مسیرها برابر نیستند، بنابراین جریان به طور مساوی در تمام مسیرها جریان نمی یابد.

چراغ قوه به عنوان یک مدار الکتریکی

چراغ قوه یک دستگاه ساده است که هر سه این اجزا را در خود جای داده است. دو باتری موجود در چراغ قوه منبع انرژی آن است. لامپ در انتهای چراغ قوه دستگاهی است که جریان الکتریکی در آن جریان دارد. جریان الکتریکی از طریق یک رشته بسیار ریز جریان می یابد که به دلیل مقاومت الکتریکی تا دمای بسیار بالا گرم می شود. در نتیجه، لامپ روشن می شود.

سوئیچ، فیوز و قطع کننده مدار الکتریکی

چراغ قوه ها و اکثر لوازم برقی دیگر نیز دارای یک کلید برای قطع جریان الکتریسته هستند. سوئیچ یا کلید دستگاهی است که به شکستن حلقه پیوسته مواد رسانا به ما کمک می کند.

هنگامی که سوئیچ باز است جریان الکتریکی وجود ندارد، اما هنگامی که سوئیچ بسته می شود جریان الکتریکی در مدار ایجاد می شود. اساسا همه مدارهای الکتریکی به این شکل کار می کنند. از فیوز یا قطع کننده مدار برای جلوگیری از آتش سوزی های بزرگ در اثر اضافه بار استفاده می شود. فیوز طوری طراحی شده است که اگر جریان بیش از حد زیاد شود، خود به خود می سوزد و برق را قطع می کند.

اضافه بار در مدار الکتریکی چیست؟

قطع کننده مدار، سیم و حتی عایق سیم همه به عنوان بار اضافی در یک سیستم عمل می کنند. اگر سعی کنید جریان بیشتری را به مدار وارد کنید، اضافه بار رخ می دهد. سیم ها تحت بار اضافی گرم می شوند. هنگامی که این اتفاق می افتد، عایق اطراف سیم می تواند تخریب یا حتی ذوب شود. هنگامی که عایق ذوب می شود، جریان دیگر در سیم محدود نمی شود. این امر باعث شروع آتش سوزی می شود. خوشبختانه، قطع کننده موجود در مدار جریان اضافی را قطع کرده و از وقوع آتش سوزی و اتفاقات دیگر جلوگیری می کند.

انواع مدارهای الکتریکی

دو نوع مدار در خانه ها و دیگر وسایل رایج وجود دارد که شامل  مدارهای سری و مدارهای موازی هستند.

مدارهای الکتریکی سری

مدارهای سری از چندین قطعه تشکیل شده اند که هر یک از آنها یکی پس از دیگری در یک حلقه بزرگ بهم متصل می شوند. اگرچه ولتاژهای متفاوتی در قطعات مختلف وجود دارد اما جریان یکسانی در هر قطعه از مدار سری جریان می یابد. اگر یکی از قطعات مدار سری خراب شود، کل مدار خراب می شود. به عنوان مثال، اگر سه لامپ در یک  مدار الکتریکی به صورت سری بهم متصل شده باشند اگر یک لامپ باز یا خراب شود، کل مدار خراب می شود. مدار سری فقط یک مسیر برای جریان الکترون ها دارد.

مدارهای الکتریکی موازی

در مدارهای موازی، قطعات مختلف طوری چیده شده اند که یک منبع انرژی الکتریکی، جریان الکتریکی مسیرهای مختلفی را تامین می کند. ولتاژ در هر قطعه در مدار دقیقا یکسان است، اما به طور کلی قطعات مختلف جریان های متفاوتی را دریافت می کنند. در این حالت اگر قطعه ای خراب شود، قطعات دیگر به کار خود ادامه می دهند.

به عنوان مثال، اگر دو لامپ به طور موازی به هم متصل شده و یکی از لامپ ها خراب شود، لامپ دیگر به کار خود ادامه می دهد.  در یک مدار موازی قسمت های مختلف مدار الکتریکی در چندین شاخه مختلف قرار دارند. چندین مسیر مختلف وجود دارد که الکترون ها می توانند در آن جریان داشته باشند. خانه شما به شکل مدار موازی سیم کشی شده است، بنابراین اگر یک لامپ خاموش شود دیگری می تواند روشن بماند.

مدارهای الکتریکی در خانه شما

در منزل خود متوجه خواهید شد که اکثر خروجی ها ۳ شاخه سیم دارند. سه سیم به هر پریز متصل شده است. دو سیم به موازات یکدیگر حرکت می کنند و اختلاف پتانسیل ۲۲۰ ولت را ایجاد می کنند. سیم سوم به زمین متصل است. سیم متصل به زمین کوتاه ترین مسیر الکترون ها را به زمین فراهم می کند. این سیم سوم هیچ جریانی را حمل نمی کند و  یک ویژگی ایمنی در برابر اتصال کوتاه در مدار الکتریکی است. اتصال کوتاه به الکتریسیته اجازه می دهد مسیر کوتاه تری را در داخل مدار طی کند. این مدارها مقاومت کمتری دارند و بنابراین جریان بیشتری را عبور می دهند.

راه دیگر برای جلوگیری از افزایش بار در منزل استفاده از فیوز است. فیوز یک وسیله رایج در بسیاری از خانه ها است. داخل فیوز یک نوار فلزی کوچک وجود دارد. هنگامی که جریان در مدار بسیار زیاد می شود، این نوار فلزی کوچک ذوب می شود. این عمل باعث می شود که مدار خراب شود و جریان برق قطع شود.

فیوزها این عیب را دارند که پس از سوختن باید تعویض شوند. راه حل بهتر استفاده از چیزی است که به آن قطع کننده مدار الکتریکی می گویند. یک قطع کننده مدار دارای یک سوئیچ است که هنگامی که جریان بسیار زیاد است، باز می شود. این عمل مانع از هرگونه جریان می شود. سوئیچ را می توان به صورت دستی پس از کاهش مقدار جریان در مدار مجددا نصب کرد.

چگونه یک مدار الکتریکی بسازیم؟

مدار الکتریکی یک مسیر بسته است که الکترون ها از طریق آن جریان می یابند تا برق خانه و وسایل الکترونیکی شما را تامین کنند. یک مدار الکتریکی ساده شامل منبع تغذیه (باتری)، سیم و مقاومت یا بار (لامپ) است. در یک مدار، الکترون ها از باتری، از طریق سیم ها و به داخل لامپ جریان می یابند. وقتی لامپ به اندازه کافی الکترون ها را دریافت کند، روشن می شود. برای ساخت یک مدار الکتریکی ساده در منزل باید مراحل زیر را انجام دهید.

مواد لازم را جمع آوری کنید

برای ساخت یک مدار ساده به یک منبع تغذیه، دو تکه سیم، لامپ و نگهدارنده لامپ احتیاج دارید. منبع تغذیه می تواند هر نوع باتری باشد. هنگام انتخاب لامپ، بهتر است یک لامپ ۱۵ تا ۲۵ ولت را پیدا کنید تا  باتری بتواند به خوبی لامپ را تغذیه کند.

سیم های خود را به باتری وصل کنید

سیم ها جریان برق را از باتری به لامپ هدایت می کنند. ساده ترین راه برای اتصال سیم ها استفاده از نوار برقی است. انتهای یک سیم را از عایق جدا کرده و به یک طرف باتری وصل کنید و مطمئن شوید که سیم با باتری در تماس است. این کار را با سیم دیگر در طرف دیگر باتری نیز تکرار کنید.

هنگام ساختن مدار احتیاط کنید

اگرچه بعید به نظر می رسد ولی اگر سیم را مستقیما در حالی که آن را به باتری متصل کرده اید لمس کنید، ممکن است دچار شوک بسیار کوچکی شوید. فقط با لمس قسمت عایق سیم یا برداشتن باتری تا زمانی که لامپ را نصب کنید، می توانید از این امر جلوگیری کنید.

سر دیگر سیم را به پیچ فلزی نگهدارنده لامپ محکم کنید

انتهای سیم را از عایق جدا کرده و آن را به شکل U خم کنید. پیچ روی نگهدارنده لامپ را به اندازه ای شل کنید که شکل U سیم به دور پیچ برخورد کند. هر سیم را به پیچ مخصوص خود متصل کرده و پیچ را محکم کنید. مطمئن شوید فلز سیم ها در تماس با پیچ قرار دارد.

مدار خود را آزمایش کنید

لامپ را درون نگه دارنده لامپ قرار دهید. اگر مدار شما به درستی وصل شده باشد، لامپ وقتی به طور کامل در پریز قرار گیرد، روشن می شود. لامپ ها می توانند به سرعت گرم شوند، بنابراین هنگام نصب و برداشتن لامپ مراقب باشید. اگر لامپ روشن نمی شود باید عیب یابی مدار را عیب یابی کنید.

چگونگی عیب یابی مدار الکتریکی

مطمئن شوید که همه سیم ها به درستی وصل شده اند

برای تکمیل یک مدار الکتریکی، همه سیم ها باید قطعات فلزی هر جزء را لمس کنند. اگر لامپ شما روشن نمی شود، هر طرف باتری و پیچ های نگهدارنده لامپ را بررسی کنید تا مطمئن شوید، سیم ها با فلز به خوبی در تماس هستند. اطمینان حاصل کنید که پیچ ها برای حفظ تماس با سیم به خوبی محکم شده اند. در برخی موارد ممکن است لازم باشد عایق بیشتری را از سیم جدا کنید تا اتصال بهتری شکل بگیرد.

رشته های لامپ  را بررسی کنید

در صورت پاره شدن رشته ها لامپ شما روشن نخواهد شد. لامپ را در نور نگه دارید و مطمئن شوید که رشته به صورت یک قطعه متصل است. اگر رشته پاره شده است، لامپ را تعویض کنید. اگر مشکل از لامپ نیست به مرحله عیب یابی بعدی بروید.

میزان شارژ باتری را تست کنید

اگر باتری تمام شده یا کم شارژ باشد، ممکن است قدرت کافی برای روشن کردن لامپ نداشته باشد. با استفاده از دستگاه تست باتری، میزان شارژ را بررسی کنید یا آن را با باتری جدید تعویض کنید. اگر مشکل از باتری بود، لامپ شما باید بلافاصله پس از تعویض باتری روشن شود.

مدار الکتریکی ساده

مدار الکتریکی یک حلقه بسته است که جریان الکتریکی از طریق آن جریان می یابد و امکان عملکرد دستگاه های الکتریکی مختلف را فراهم می کند. یک مدار الکتریکی ساده معمولاً از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

منبع انرژی

منبع تغذیه انرژی الکتریکی مورد نیاز برای عملکرد مدار را تامین می کند. این می تواند یک باتری، یک ژنراتور یا اتصال به یک شبکه برق باشد. منبع تغذیه یک اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) در سراسر مدار ایجاد می کند و باعث جریان می شود.

هادی ها

هادی ها موادی هستند که اجازه می دهند جریان الکتریکی با حداقل مقاومت جریان یابد. در اکثر مدارهای الکتریکی از سیم های مس یا آلومینیوم به عنوان رسانا استفاده می شود. این سیم ها اجزای مختلف مدار را به هم متصل می کنند و یک مسیر پیوسته برای جریان ایجاد می کنند.

بار

بار بخشی است که انرژی الکتریکی ارائه شده توسط منبع نیرو را مصرف می کند و آن را به شکل دیگری از انرژی مانند نور، گرما یا انرژی مکانیکی تبدیل می کند. نمونه هایی از بارها عبارتند از لامپ ها، موتورها و بخاری ها.

کلید

سوئیچ وسیله ای است که امکان قطع یا ادامه جریان در مدار را فراهم می کند. هنگامی که کلید بسته می شود، مدار کامل می شود و جریان از آن عبور می کند. هنگامی که سوئیچ باز است، مدار قطع می شود و جریان متوقف می شود.

وسایل حفاظتی

وسایل حفاظتی اغلب در مدارهای الکتریکی ساده برای اطمینان از ایمنی و جلوگیری از آسیب قرار می گیرند. نمونه هایی از وسایل حفاظتی فیوزها و کلیدهای مدار هستند. این قطعات جریان را زمانی که از مقدار مشخصی فراتر رود، قطع می کنند و مدار و اجزای آن را از آسیب ناشی از جریان زیاد یا اتصال کوتاه محافظت می کنند.

به طور خلاصه، یک مدار الکتریکی ساده از یک منبع تغذیه، هادی ها، یک بار، یک کلید و وسایل حفاظتی تشکیل شده است. این اجزا با هم کار می کنند تا جریان ایمن و کارآمد جریان الکتریکی را امکان پذیر کنند و کار دستگاه ها و لوازم الکتریکی مختلف را ممکن می سازند.

سخن پایانی

مدارهای الکتریکی ساختار بسیار ساده ای دارند ولی کاربرد آنها در زندگی روزمره بسیار گسترده است. در حال حاضر در اکثر ساختمان و وسایل الکتریکی از آنها به اشکال مختلف استفاده می شود و به همین دلیل در دوران تحصیل همه ما با آنها آشنا می شویم و شاید شما هم به عنوان کاردستی یک مدار الکتریکی ساده طراحی کرده باشید.