آزمایش قانون اهم

قانون اهم یا ارتباط بین جریان، ولتاژ و مقاومت ابتدا توسط جرج اهم در سال ۱۸۲۷ بررسی گردید. قانون اهم بیان می کند که جریان در یک مدار الکتریکی مستقیماً متناسب با ولتاژ و به طور معکوس متناسب با مقاومت مدار است. این وضعیت به صورت زیر بیان می شود: جریان=ولتاژ÷مقاومت

سال‌ها پیش، «گئورگ اهم» (Georg Ohm) به این واقعیت پی برد که جریان گذرنده از یک مقاومت خطی در دمای ثابت، متناسب با ولتاژ دو سر آن است و رابطه عکس با مقدار مقاومت دارد. رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت اساس «قانون اهم» (Ohms Law) است. آزمایش قانون اهم می تواند درک درست و دقیقی را نسبت به این بخش مهم از فیزیک الکترونیک در اختیار ما قرار دهد. ابزار شبیه ساز رایگانی در پایان این مقاله در نظر گرفته شده که می تواند مدرسین را در آموزش و دانش آموزان را در یادگیری جذاب تر آن یاری کند.

فرمول قانون اهم

قانون اهم همچون بسیاری دیگر از قوانین فیزیک، فرمول به خصوصی دارد که با استفاده از آن جریان، ولتاژ و مقاومت مدارهای الکتریکی بررسی می شوند.با توجه به رابطه سه طرفه ولتاژ، جریان و مقاومت در این قانون، فرمول آن نیز سه صورت مختلف دارد.

پیش از آنکه این سه صورت را معرفی کنیم، باید واحدهای اندازه گیری موجود در فرمول را بشناسید:

جریان (I) بر اساس آمپر (A)

ولتاژ (V) بر اساس ولت (v)

مقاومت (R) بر اساس اهم (Ω)

با استفاده از شبیه ساز آزمایش قانون اهم زیر می توانید در یک محیط گرافیکی متغیرهای مختلف گفته شده را تغییر داده و نتایج حاصل از آن را به صورت آنلاین مشاهده نمایید.

ساختمان اتم

هر اتم از سه بخش اصلی تشکیل شده:
بخش اول : الکترون (Electron) هر اتم تعدادی الکترون دارد که به دور هسته میچرخند.

بخش دوم : پروتون (Proton) تعدادی پروتون در مرکز هر اتم (هسته) وجود دارند و بار آن ها مثبت است.

بخش سوم : نترون (Neutron) نتورن ها نیز همانند پروتون ها در مرکز اتم (هسته) قرار دارند و بار آن ها خنثی است.
در واقع نترون ها همانند چسب، پروتون ها را کنار هم نگه داشتند تا با الکترون ها برخورد نداشته باشند. در داناکوییز ابزارهای مختلفی در قالب شبیه سازهای فیزیک و شبیه سازهای الکترونیک معرفی شده که در آنها می توان اطلاعات بیشتری را در این رابطه کسب کرد.

ساختمان اتم با قانون اهم چه ارتباطی دارد؟

اگر تعداد بسیاری اتم را در کنار یکدیگر قرار دهیم، میتوانیم اجسام مختلفی درست کنیم. برای مثال اگر تعداد زیادی از اتم های مس را در کنار یکدیگر قرار دهیم، میتوانیم یک لیوان مسی یا هر جسم دیگری با مس درست کنیم و …

وقتی تعداد زیادی اتم در کنار یکدیگر قرار میگیرند به شکل ناخواسته با هم برخورد میکنند.برخورد اتم ها با یکدیگر باعث میشود تبادل الکترون بین اتم ها پیش بیاید.یعنی یک الکترون از اتم اول جدا شود و به مدار اتم دوم برود و یک اتم دیگر از الکترون دوم جدا شود و به مدار اتم سوم برود. تعریفی ساده از جریان الکتریکی : زمانی که الکترون ها در یک جهت مشخص در سیم در حال حرکت باشند، میگوییم جریان الکتریکی در مدار برقرار است.

پس از اینکه با تعریف جریان آشنا شدیم، وقت آن رسیده که درباره ی ولتاژ هم صحبت کنیم.
ولتاژ الکتریکی: یا اختلاف پتانسیل در اصل همان نیروی خارجی است که به سیم وارد میشود تا الکترون ها در یک جهت به حرکت در بیایند.

نیروی خارجی چیست و از کجا تامین میشود؟
این نیرو را عوامل بسیاری میتوانند فراهم کنند. مثلا آهن ربا.

کاربرد قانون اهم

همانطور که تا به اینجا متوجه شده­ اید، قانون اهم یک قانون در علم فیزیک است که در مدارهای الکتریکی از آن استفاده می کنند.به طوری که کاربرد این قانون در تولیدات انواع وسایل مختلف الکتریکی و پیشرفت تکنولوژی بسیار تاثیرگذار است.
در اینجا برخی از مهم ترین کاربردهای این قانون را در دنیای امروز بررسی می کنیم.در بخش زیر پس از مطالعه کامل موارد از طریق شبیه ساز آزمایش قانون اهم مطالب گفته شده را نیز آزمایش کنید.

۱_تقسیم ولتاژ:
یکی از کاربردهای مهم قانون اهم در تقسیم ولتاژ است.
به طوری که گاهی در یک مدار الکتریکی باید ولتاژ در مقاومت مدار تقسیم شود که
برای محاسبات آن از این قانون استفاده می کنند.
۲_ دستگاه های تنظیم کننده فن:
از دیگر کاربردهای این قانون باید به دستگاه تنظیم کننده فن داخلی اشاره کرد.
در این دستگاه جریان با کنترل مقاومت در مدار توسط فن قابل تنظیم است که
در سیستم آن از قانون اهم استفاده کرده اند.

۳_ ابزارهای اندازه گیری:
شاید توجه کرده باشید که در بسیاری از ابزارهای اندازه گیری از جمله آمپرمتر های DC از جهت تغییر مسیر جریان استفاده می کنند.
اعمال چنین شرایطی در این ابزارها با استفاده از قانون اهم انجام شده است.
۴_مدار داخلی دستگاه های الکترونیکی:
از این قانون همچنین در تولید بسیاری از وسایل الکتریکی که دارای مدار هستند؛ همچون کامپیوترها، لپ تاپ ها، موبایل ها وغیره نیز استفاده شده است.
دقت کنید که کاربرد این قانون تنها در این موارد خلاصه نمی شود.
به طوری که روز به روز با پیشرفت تکنولوژی از این قانون در تولیدات و مسائل مربوط به علم فیزیک بیشتر استفاده می کنند.
۵_محدودیت های قانون اهم:
شاید برای شما این سوال پیش امده باشد که آیا این قانون تمام و کمال است یا محدودیت دارد؟

در پاسخ به سوال شما باید بگوییم که علم بشر کامل نیست وآنچه که به ثبت رسیده است نیز خطاها و محدودیت هایی دارد.ضمن اینکه محدودیت های قانون اهم نسبت به دیگر مسائل فیزیک بسیار کم تر است.
از جمله این محدودیت ها باید به دو مورد زیر اشاره کنیم.

از آنجایی که در عناصر غیر خطی، مقاومت با تغییر ولتاژ و جریان، کاهش یا افزایش پیدا می کند، از این قانون در آن ها استفاده نمی شود.
تریستور و قوس الکتریکی از عناصری هستند که قانون اهم در آن ها کاربرد ندارد.
از دیگر محدودیت های این قانون در مدارهایی است کهولتاژ آن ها برای هر دو مسیر جریان یکسان نباشد.این ویژگی در مدارهای یک طرفه وجود دارد که قانون اهم در آن ها به کار نمی رود.
از جمله مدارهای یک طرفه، دیودها و ترانزیستورها هستند.