توان در مدارهای الکتریکی؛ فیزیک عمومی 2؛ فصل جریان مقاومت؛ جلسه 9

سلام و عرض ادب خدمت دوستان عزیزم؛ امیدوارم حالتون عالی باشه و در این ایام که وارد فصل امتحانات خواهید شد، با آرامش برای سب نتیجه دلخواه تلاش کنید. 

در این مطلب با تعاریف پایه‌ای توان، روابط ریاضی مربوط و نحوه کاربرد آن در تحلیل و طراحی مدارها آشنا خواهید شد تا بتوانید با دیدی عمیق‌تر به عملکرد تجهیزات الکتریکی نگاه کنید و پروژه‌های خود را به بهینه‌ترین شکل ممکن اجرا نمایید.

در دنیای امروز، مدارهای الکتریکی نقش محوری در تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی از چراغ‌های روشنایی تا پیشرفته‌ترین ریزپردازنده‌ها ایفا می‌کنند.

«توان الکتریکی» معیاری است که نشان می‌دهد یک مدار یا المان چقدر انرژی را در واحد زمان تبدیل یا مصرف می‌کند. درک مفهوم توان، علاوه بر تسهیل محاسبه مصرف انرژی و هزینه‌ها، در طراحی مدارهای پایدار و ایمن نیز ضروری است.

شکل زیر مداری متشکل از یک باتری B را نشان می دهد که توسط سیم هایی با مقاومت ناچیز به یک عنصر رسانای نامشخص متصل شده است. این عنصر می تواند یک مقاومت، یک باتری ذخیره کننده (باتری قابل شارژ) یک موتور یا یک وسیله الکتریکی دیگر باشد. باتری اختلاف پتانسیلی با اندازه V را روی پایانه های خود و در نتیجه توسط سیمها روی پایانه های عنصر نامشخص حفظ می کند، به صورتی که پتاسیل پایانه a از پایانه b بیشتر باشد.

چون بین دو پایانه باتری یک مسیر رسانای خارجی نیز وجود دارد و چون اختلاف پتانسیل ایجاد شده توسط باتری حفظ می شود جریان پایدار در مدار، از پایانه a به پایانۀ b به وجود می آید. میزان بار dq که بین این دو پایانه در فاصله زمانی dt جابه جا می شود idt است. این بار کاهش پتانسیلی با اندازه V دارد. بنابراین انرژی پتانسیل الکتریکی آن به مقدار زیر کاهش می یابد: 
dU = dqV = idtV

اصل پایستگی انرژی می گوید این کاهش انرژی پتانسیل الکتریکی از a به b باید با انتقال انرژی به شکلی دیگر همراه باشد. توان P متناظر با این انتقال با آهنگ انتقال dU/ dt برابر است، که عبارت است از: ( که می شود آهنگ انتقال انرژی الکتریکی )

P= iV 

همچنین این توان P آهنگ انتقال انرژی از باتری به عنصر نامشخص نیز هست. اگر این عنصر یک موتور متصل به بار مکانیکی باشد، انرژی به صورت کار انجام شده بر روی بار در می آید. اگر عنصر یک باتری ذخیره ساز در حال شارژ باشد، انرژی منتقل شده به صورت انرژی شیمیایی در آن ذخیره می شود. اگر عنصر، یک مقاومت باشد، انرژی منتقل شده به آن به انرژی گرمایی درونی تبدیل شده، دمای مقاومت را بالا می برد.

یکای توان بر اساس معادله بالا ولت – آمپر (v.A) است. می توانیم بنویسیم:

پس اتلاف مقاومتی برابر است با: مثال) اختلاف پتانسیل 120V را به دو سر یک بخاری برقی وصل می کنیم. مقاومت بخاری زمانی که داغ می شود 14 است.

(الف) آهنگ تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی چقدر است؟

(ب) اگر قیمت هر کیلو وات ساعت برق 0/05 دلار باشد، هزینه 5h کار بخاری چقدر است؟

حل این مثال هم ببینیم:

پس قیمت برای 5 ساعت برابر است با:  § 0/257 = 0/05 × 5/14 

خب دوستان عزیزم این هم از جلسه امروز. برای دیدن مثال های بیشتر با توضیحات کامل و جواب، حتما به محتوای آموزش ویدئویی مراجعه کنید. از این لینک در کانال یوتیوب و این آدرس در فروشگاه وبسایت مراجعه کنید.

حتما به خاطر داشته باشید مطالعه جزوه این فصل را همزمان با دیدن ویدئوی آموزشی در برنامه تان داشته باشید. که از این لینک قابل تهیه است.

باز هم ممنون که در این جلسه نیز ما را همراهی کردید. 

موفق باشید🍀