فصل دوم شناخت قطعات الکتریکی و کار با آن ها هدف کلی: انواع مقاومت ها و کاربرد آن ها در مدارهای الکتریکی شرح دهد. به طور عملی اندازه بگیرد.

Transcript

1 شناخت قطعات الکتریکی و کار با آن ها هدف کلی: انواع مقاومت ها و کاربرد آن ها در مدارهای الکتریکی پس از پایان این فصل از فراگیرنده انتظار می رود که: 1- مقاومت الکتریکی و واحد آن را تعریف کند. - انواع مقاومتهای الکتریکی را نام ببرد. 3- طرز کار هر یک از مقاومتهای متغیر وابسته به عوامل فیزیکی را به طور مختصر شرح دهد. 4- نحوهی تقسیمبندی مقاومتها را از نظر ساختمان آنها شرح دهد. 5- مشخصههای مقاومت را نام ببرد و هر یک را به اختصار توضیح دهد. 6- مدار سری را شرح دهد. 7- مقاومت معادل در یک مدار سری را محاسبه کند. 8- افت ولتاژ دو سر مقاومتها در یک مدار سری را محاسبه کند. 9- مدار موازی را شرح دهد. 10- نحوهی محاسبهی مقاومت معادل در مدار موازی را محاسبه کند. 11- جریان و ولتاژ در یک مدار موازی را محاسبه کند. 1- نحوهی اندازهگیری ولتاژ را شرح دهد. 13- دستگاه اندازهگیری و چگونگی اندازهگیری جریان را شرح دهد. 14- کاربرد اهممتر و طرز کار آن را شرح دهد. 15- مقاومت ولتاژ و جریان را در مدارهای سری و موازی به طور عملی اندازه بگیرد. 16- قانون KVL را در مدارهای سری شرح دهد. 17- قانون KVL را در مدارهای سری به طور عملی تحقیق کند. 18- قانون KCL را در مدارهای موازی شرح دهد. 19- قانون KCL را در مدارهای موازی عمال تحقیق کند. 0- انواع پیلها را مختصرا شرح دهد. 1- اتصال سری پیلها را توضیح دهد. - اتصال متقابل پیلها را توضیح دهد. 3- اتصال موازی پیلها را توضیح دهد. 4- انواع اتصال پیلها را به طور عملی تجربه کند. 5- کلیهی اهداف رفتاری در حیطهی عاطفی که در فصل اول به آنها اشاره شدهاست را در این فصل نیز اجرا کند. ساعت آموزش 35:00 توانایی شماره نظری عملی جمع بخش اول

2 پيش آزمون فصل )( 8- برای اندازهگیری جریان در مدارهای الکتریکی از... استفاده میشود که با سایر قطعات... قرار میگیرد. الف( ولتمتر- سری ب( ولتمتر- موازی ج( آمپرمتر- سری د( آمپرمتر- موازی 9- پیلهای اولیه قابل شارژ نیستند. غلط صحیح 10- پیلهای قلیایی... و نیکل- کادمیوم... هستند. الف( اولیه- ثانویه ب( ثانویه- اولیه ج( اولیه- اولیه د(ثانویه- ثانویه 11- پیلها را سری میکنند تا ولتاژ کل مدار را... دهند. 1- مقاومت معادل شکل زیر را محاسبه کنید. 1- واحد بار الکتریکی کولن بر ثانیه است. غلط صحیح - تولرانس مقاومتهای سریE1 برابر ± 10 است. غلط صحیح 3- ترمیستوری را که تغییر مقاومت آن با افزایش دما نسبت مستقیم دارد... میگویند. 4- واریستور مقاومتی وابسته به... است. الف( حرارت ب( نور ج( ولتاژ د( دما 5- مقاومت معادل در یک مدار سری از همهی مقاومتهای موجود در مدار )بزرگتر- کوچکتر( است. 6- کدامیک از جمالت زیر صحیح نیست الف( در مدار موازی جریان شاخهها مساوی است. R1 = 1KΩ R = KΩ ب( در مدار موازی توان کل مدار برابر مجموع توان های E R4 =.KΩ R3 = 500Ω مصرف کنندهها است. ج( در مدار سری ولتاژ کلیهی مصرف کنندهها برابربا ولتاژ منبع است. د( در مدار سری توان کل مدار برابر مجموع توان های مصرف کننده ها است. 7- ساختمان داخلی ولت متر DC را شرح دهید. بخش اول 30

3 13- مقاومت معادل را در شکل زیر محاسبه کنید. 15- در مدار شکل زیر مطلوب است: الف- کاربرد مدار ب- مقاومت داخلی کل پیل ها از دو نقطه و. I I 1 I I 3 E R 1 R R 4KΩ 48KΩ 3 16KΩ V 1 1.5V V 1.5V V 3 1.5V r 1 1Ω r Ω r 3 3Ω 14- در مدار شکل زیر مطلوب است:.I I 1 و محاسبهی جریان I = 0m E I 1 I R 1 R 10KΩ 15KΩ 31 بخش اول

4 -1 آشنایی با مقاومت و انواع آن»مقاومت الکتریکی«خاصیتی است که در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت نشان میدهد. این مخالفت گاهی مانند مقاومت الکتریکی سیمهای رابط به صورت ناخواسته و مزاحم در مدارهای الکتریکی وجود دارد و گاهی به عنوان عاملی از پیش تعیین شده به صورت یک مصرف کننده در مدارهای الکتریکی قرار میگیرد انواع مقاومتها به طور کلی مقاومتها را میتوان از نظر مقدار اهمی به دو دسته ثابت و متغیر تقسیم بندی کرد. منظور از مقاومت ثابت مقاومتی است که مقدار آن در اثر حرارت نور میدانهای مغناطیسی و یا سایر عوامل فیزیکی تغییر نمیکند. در شکل -1 دو نمونه مقاومت ثابت نشان داده شده است. مقاومت پتانسیومتر می گویند. شکل - یک نمونه مقاومت متغیر -1- رئوستا و پتانسیومتر رئوستا و پتانسیومتر هر دو مقاومت متغیر هستند که میتوان با جابهجا کردن یا چرخاندن یک اهرم مکانیکی مقدار مقاومت اهمی آنها را تغییر داد. به مقاومتهای متغیر سیمی بزرگ اصطالحا رئوستا گفته میشود. از مقاومتها در جریانهای زیاد استفاده میکنند. در شکل -3 یک نمونه مقاومت متغیر سیمی نشان داده شده است شکل -3 یک نمونه مقاومت متغیر سیمی و نمادهای آن بخش اول در اصطالح به مقاومتهای متغیر کوچکتر پتانسیومتر میگویند. مقدار مقاومت اهمی این نوع مقاومتهای متغیر را میتوان با اهرمی که روی آنها قرار دارد تغییر داد. در شکل -4 نمونههایی از پتانسیومتر نشان داده شده است. همان طور که در شکل -4 دیده میشود مقاومتهای متغیر از نظر ابعاد و شکل ظاهری از تنوع نسبتا زیادی برخوردارند و با مقدار مقاومت اهمی مختلف ساخته میشوند. شکل -1 دو نمونه مقاومت اهمی )R( مقاومت متغیر مقاومتی است که میتوان مقدار اهم آن را با عواملی مانند تغییر مکان یک اهرم نور حرارت و ولتاژ تغییر داد. در شکل - یک نمونه مقاومت متغیر که مقدار آن با تغییر اهرم تغییر میکند را مشاهده میکنید. به این نوع 3

5 شکل -6 عالمت قراردادی مقاومت متغیر بيشترین کاربرد مقاومت های متغير در تقسيم ولتاژ است. این روش اتصال در شکل -6 را پتانسیومتر می گویند. پتانسیومتر را برای تغییر حجم صدای یک وسیله ی شکل -4 چند نمونه پتانسیومتر پر کاربرد در الکترونیک مقاومت متغیر سه سر دارد که مقاومت اهمی بین دو سر آن همیشه ثابت است و مقاومت اهمی سر سوم و یکی از دو سر دیگر را میتوان با تغییر اهرم مکانیکی تغییر داد. ساختمان داخلی یک نمونه مقاومت متغیر در شکل -5 نشان داده شده است. در این شکل مقاومت اهمی بین پایه 1 و 3 ثابت و مقاومت بین پایه و 1 و یا و 3 با تغییر اهرم قابل تغییر است. صوتی به کار میبرند. در شکل -7 با تغییر سر وسط مقاومت متغیر میتوان ولتاژ خروجی را از صفر تا یک ولت تغییر داد. Vi = 1V C Vo عنصر مقاومت شکل -7 اتصال مقاومت متغیر به صورت پتانسیومتر اگر سر وسط پتانسیومتر در وضعیت قرار داشتهباشد ولتاژ خروجی برابر با یک ولت میشود شکل -8. Vi = 1V C Vo = 1V تيغه فنری محور اصلی شکل -8 سر وسط پتانسیومتر در وضعیت اگر سر وسط پتانسیومتر در وضعیت قرار گیرد ولتاژ خروجی برابر با صفر ولت می شود شکل شکل -5 ساختمان داخلی مقاومت متغیر عالمت قرار دادی برای نمایش یک مقاومت متغیر را در شکل -6 مالحظه می کنید. شکل -9 سر وسط پتانسیومتر در وضعیت 33 بخش اول Vi = 1V C Vo = 0V

6 اگر سر وسط پتانسیومتر بین و حرکت کند ولتاژ خروجی بین صفر تا یک ولت تغییر می کند. t روش دیگر اتصال مقاومت متغیر به مدار اتصال به صورت رئوستا است. در حالت رئوستایی جریان مدار قابل تنظيم است. در این حالت تنها از دو پایه ی مقاومت متغیر استفاده می شود شکل چند نمونه از مقاومت های NC و عالمت اختصاری آن مقاومت حرارتی PC :PC ترمیستوری است که در اثر افزایش دما مقدار مقاومت آن افزایش می یابد. 1 در شکل -1 چند نمونه از مقاومت های PC و عالمت اختصاری آن ها را مشاهده می کنید. V 3 R L شکل -10 اتصال مقاومت متغیر به صورت رئوستا t هر گاه از یک پایه ی ثابت و پایه ی متغیر مقاومت متغیر استفاده شود در اصطالح گفته می شود که مقاومت متغیر در حالت رئوستایی قرار گرفته است. الف - عالمت اختصاری -1-3 مقاومت وابسته به حرارت»ترمیستور«ب- شکل ظاهری شکل -1 چند نمونه مقاومت های PC همراه عالمت اختصاری -1-4 مقاومت وابسته به نور»فتو رزیستور«)Photo Resistor( مقدار مقاومت تابع نور )LDR( وابسته به شدت نور تابیده شده به آن است. هر قدر شدت نور بیشتر شود مقدار مقاومت فتو رزیستور کاهش مییابد. در شکل -13 شکل ظاهری و عالمت اختصاری این مقاومتها نشان داده شده است. (hermistor hermally sensitive Resistor) این مقاومتها تابع حرارت هستند و تغییرات دما روی مقدار مقاومت آنها اثر میگذارد. ترمیستورها در دو نوع: (Negative emperature Coffication) NC و (Positive emperature Coffication) PC وجود دارند. مقاومت حراراتی NC:NC ترمیستوری است که در اثر افزایش دما مقدار مقاومت آن کاهش مییابد. در شکل -11 چند نمونه مقاومت NC و عالمت اختصاری آن را مشاهده میکنید. بخش اول 34

7 مینامند. تولرانس قابل قبول در مقاومت به نوع کاربرد مقاومتها در مدارهای الکتریکی یا الکترونیکی بستگی دارد. مقاومتها را در عمل با تولرانسهای 0 10 و 5 میسازند. برای دستگاههای اندازهگیری حساس الف- شکل ظاهری ب- عالمت اختصاری شکل -13 تصویر ظاهری و عالمت اختصاری مقاومت LDR -1-5 مقاومت وابسته به ولتاژ»واریستور«)Voltage Dependent Resistor( مقاومتهای متغیری هستند که مقدار مقاومت آنها در برابر ولتاژهای مختلف ثابت نیست و تغییر میکند. در این مقاومتها که به VDR معروف هستند هر قدر ولتاژ داده شده بیشتر شود مقدار مقاومت کاهش مییابد شکل -14. شکل -14 شکل ظاهری واریستور و نماد آن - مشخصههای مقاومت هر مقاومت ثابت یا متغیر دارای مشخصههایی است که به شرح تعدادی از آنها میپردازیم. --1 مقدار مقاومت و تولرانس هر مقاومت دارای یک مقدار ثابت همراه با تولرانس است. درصد خطایی که مقدار یک مقاومت دارد را تولرانس مقاومتهایی با تولرانس /5 1 و 0/5 نیز وجود دارد. یک مقاومت 10Ω با تولرانس 10 مقاومتی بین 9Ω تا 11Ω دارد. اگر فرض کنیم که در مدارهای الکترونیکی تولرانس 0 )درصد خطا( قابل قبول است و ما نیاز به یک مقاومت داشتهباشیم میتوانیم از یک مقاومت 10Ω ± 10 9/5Ω استفاده کنیم. اگر قرار باشد هر مقاومت با هر مقدار دلخواه که ما نیاز داشته باشیم را بسازند تعداد مقاومتهای ساخته شده بینهایت زیاد میشوند که در عمل امکانپذیر نیست. ولی با پذیرش درصد خطای مجاز معینی تعداد مقاومتها از نظر مقدار به شدت کاهش مییابد. برای مثال اگر تولرانس 0 را بپذیریم در یک فاصلهی دهتایی )1Ω تا 10Ω( تعداد مقاومتها به 6 عدد کاهش مییابد. این 6 مقاومت میتوانند تمام محدودهی یک تا ده اهم را با 0 خطا پوشش دهند )جدول -1(. جدول /5 / 3/3 4/7 6/8 در جدول -1 هر مقاومتی که الزم داشته باشیم را میتوانیم حداکثر با 0 کمتر یا 0 بیشتر از یکی از اعداد جدول انتخاب کنیم. به مقاومتهای جدول -1 مقاومتهای سری E6 میگویند. یا به عبارت دیگر در سری مقاومتهای E6 تولرانس مقاومتها 0 است. اگر تولرانس را 10 در نظر بگیریم تعداد مقاومتها مطابق سطر دوم جدول - در فاصله یک ده تایی) 1Ω تا 35 بخش اول

8 10Ω( برابر با 1 عدد میشود. در جدول - هر مقاومتی را که در یک دهه الزم داشته باشیم میتوانیم حداکثر با 10 کمتر یا 10 بیشتر انتخاب کنیم. به مقاومتهای سطر دوم جدول - سری E1 میگویند. به عبارت دیگر در سری مقاومتهای E1 تولرانس 10 است. این سری مقاومتها پرکاربردترین مقاومتها در الکترونیک هستند. اگر تولرانس را 5 در نظر بگیریم تعداد مقاومتها در فاصله یک دهتایی )1Ω تا 10Ω( مطابق سطر سوم جدول - برابر با 4 عدد می شود. به اعدا سطر سوم جدول - مقاومتهای سری E4 میگویند. جدول - جدول سری های استانداردی مقاومت E IEC-Series E E اعداد جدول -1 و - را اعداد پایه می گویند. به جای ممیز نیز به کار می رود. با تقسیم کردن این اعداد بر یا ضرب کردن جدول -3 حروف اختصاری تولرانس برای مقاومتهای سیمی J K M حروف اختصاری ± 5 ± 10 ± 0 مقدار تلرانس برای آشنایی بیشتر با این روش به ذکر چند مثال میپردازیم. مثال 1 : مقدار مقاومت و تولرانس مقاومتهای نشان داده شده در شکل -16 چه قدر است آنها در K 100K 10K و یا 1M مقاومتهای جدیدی به دست میآید. مثال برای عدد / مقاومتهای K /K 0Ω Ω / Ω 0/ Ω 0/0Ω 0Kو /M ساخته میشود. مقدار اهمی و تولرانس یک مقاومت را معموال به سه صورت مشخص میکنند. الف: مقدار مقاومت و تولرانس را مستقیما روی مقاومت 10Rj 33kk 4K7M 10Rj = 10Ω± % 5 33KK = 3K Ω± % 10 4K7M = 4 / 7K Ω± % 0 می نویسند. شکل -15 یک نمونه این نوع مقاومت ها را نشان می دهد. 0 Ω ±%10 شکل -15 مقدار مقاومت و تولرانس آن مستقیما روی مقاومت نوشته می شود. ب: مقدار مقاومت را مستقیما می نویسند و به جای الف ب ج بخش اول شکل -16 سه نمونه مقاومت ج: مقدار مقاومت و تولرانس آن را با استفاده از نوارهای رنگی روی بدنه ی مقاومت مشخص می کنند. نوارهای رنگی واحد اهم از حرف Rو به جای تولرانس طبق جدول -3 از حروف M K J استفاده میکنند. در ضمن حروف R اهم K )کیلو اهم( وM )مگا اهم( عالوه بر نمایش مقدار مقاومت 36

9 را معموال برای مقاومتهای کوچک که امکان نوشتن و خواندن مقاومت به طور مستقیم بر روی آن وجود ندارد به کار میبرند. تعداد نوارهای رنگی چهار یا پنج عدد است. در مقاومتهای با چهار نوار رنگی مطابق شکل -17 رنگ نوار اول و دوم نماد اعداد صحیح و رنگ نوار سوم نماد ضریب و رنگ نوار چهارم نماد تولرانس مقاومت است. در مقاومتهای با 5 نوار رنگی رنگ نوار اول و دوم و سوم نماد اعداد صحیح رنگ نوار چهارم نماد ضریب و رنگ نوار پنجم نماد تولرانس است. در شکل -17 چگونگی خواندن مقاومتهای با چهار نوار رنگی و پنج نوار رنگی نشان داده شده است. مشکی مشکی مشکی مشکی قهوه ای قهوه ای قهوه ای قهوه ای قهوه ای قرمز قرمز قرمز قرمز قرمز نارنجی نارنجی نارنجی نارنجی زرد زرد زرد زرد سبز سبز سبز سبز آبی آبی بنفش بنفش بنفش خاکستری خاکستری خاکستر طالیی طالیی سفید سفید سفید نقره ای نقره ای آبیآبی توجه در مقاومتهایی که دارای چهار نوار رنگی هستند: 1- اگر حلقهی رنگی چهارم وجود نداشته باشد)بدون رنگ( مقدار تولرانس 0 است. - نوار رنگی سیاه به عنوان حلقهی اول و حلقهی چهارم بهکار نمیرود. توجه در مقاومتهایی که دارای پنج نوار رنگی هستند: 1- اگر حلقهی رنگی پنجم وجود نداشته باشد)بدون رنگ( مقدار تولرانس 0 است. - نوار رنگی سیاه به عنوان حلقهی اول و حلقهی پنجم به کار نمیرود. برای آشنایی بیشتر با روش خواندن کد رنگی مقاومتها به ذکر چند مثال می پردازیم. مثال : در شکل -18 مقدار مقاومت و تولرانس آن چقدر است شکل -17 تعیین مقدار و تولرانس مقاومت ها با کد 4 نوار رنگی و 5 نوار رنگی نقره ای نارنجی سبز آبی 37 بخش اول شکل -18

10 حل: --3 ضریب حرارتی نقره ای - نارنجی - آبی - سبز R= R= Ω± 10 مثال 3 : در شکل -19 مقدار مقاومت اهمی و تولرانس آن چقدر است آن چه که در مورد مشخصات مقاومت گفته شد در دمای اتاق صادق است. اما در دماهای کمتر یا بیشتر معموال مقدار مقاومت کلیهی اجسام تغییر میکند. تغییر مقاومت بر اثر حرارت اجسام مختلف متفاوت است. بنابراین باید برای هر جسم ضریبی را تعریف کرد که آن را»ضریب حرارتی«می نامند. تغییرات مقاومت در برابر یک خاکستری قرمز قرمز سبز طالیی شکل -19 درجه سانتی گراد را ضریب حرارتی می نامند و آن را با»α«نمایش می دهند. برای مثال اگر 0/004 = α باشد یعنی این که مقاومت این حل: جسم در برابر یک درجه سانتی گراد 0/004 اهم افزایش یا قرمز- طالیی -سبز - قرمز - خاکستری کاهش می یابد. اگر مقاومت الکتریکی جسمی بر اثر حرارت افزایش یابد ضریب حرارتی»α» مثبت است. در صورتی که در R= 8 5 0/1 R= 85 0/1=8/5 Ω± اثر حرارت مقدار مقاومت کاهش یابد ضریب حرارتی»α«-- توان مجاز مقاومت وقتی از یک مقاومت جریانی عبور می کند مقاومت گرم می شود. به عبارت دیگر مقداری توان در آن تلف می شود. هر مقاومت با توجه به ابعاد فیزیکی خود می تواند توان معینی را تحمل کند. به عبارت دیگر یک مقاومت را برای تحمل توان معینی می سازند. بنابر این توان تلف شده در یک مقاومت نباید از مقدار تعیین شده توسط کارخانه ی سازنده بیشتر شود. در غیر این صورت ممکن است مقاومت آسیب ببیند. مقاومت ها را با توان های) (0/5W 1 4 w 1 ( W) 5W W 1W 0/5W و 10W و باالتر می سازند. ماکزیمم مقدار توان مجاز به عوامل گوناگونی مانندولتاژ جریان و دمای محیط بستگی دارد. منفی است. -3 اهممتر برای اندازهگیری مقاومت اهمی از دستگاهی به نام اهممتر )مقاومت سنج( استفاده میشود. در شکل -0 یک نمونه اهممتر آزمایشگاهی نشان داده شده است. این نوع اهممترها معموال در دسترس همگان قرار ندارد و بیشتر به صورت آزمایشگاهی ساخته میشود. برای اندازهگیری مقاومت با اهممتر کافی است که ابتدا به کمک سیم رابط دو پایانۀ )ترمینال( محل اتصال مقاومت اهمی را به هم اتصال کوتاه کنیم و ولوم را طوری تنظیم کنیم که عقربه روی عدد صفر قرار گیرد. سپس سیمهای رابط را جدا و مقاومت اهمی را به دو سر آن وصل کنیم. بخش اول 38

11 عقربه مقداری را نشان می دهد آن مقدار را در عدد کلید رنج حوزه ی کار ضرب می کنیم و مقدار مقاومت را به دست می آوریم. اهم مترهایی که در دسترس همگان قرار دارد به صورت فقط اهم متر نیست بلکه ترکیبی از میلی آمپرمتر و ولت متر و اهم متر است. به این دستگاه مولتی متر یا آوومتر می گویند. ولوم تنظیم صفر کلید رنج بعضی از مولتیمترها عالوه بر اندازهگیری ولتاژ جریان و مقاومت اهمی کمیتهای دیگری مانند فرکانس و ظرفیت خازن را نیز اندازه میگیرند. در شکل - یک نمونه مولتیمتر عقربهای نشان داده شده است. محل اتصال مقاومت شکل -0 یک نمونه اهممتر آزمایشگاهی در شکل -1 کلید رنج اهممتر روی 10 قرار دارد و عقربه عدد 1 را نشان میدهد. بنابراین مقدار مقاومت برابر با 1 10=10Ω 10Ω است. شکل - یک نمونه مولتی متر عقربه ای )آنالوگ( هر مولتیمتر دارای تعدادی کلید سلکتور دورانی یا کشویی است. با تنظیم این کلیدها میتوان از دستگاه به عنوان ولتمتر آمپرمتر یا اهممتر مستقل استفاده کرد. برای خواندن مقادیر ولتاژ و جریان میتوانیم از ضریب ثابت سنجش استفاده کنیم. در شکل -3 یک نمونه شکل -1 اهم متر مقدار مقاومت را 1KΩ نشان می دهد. مولتی متر عقربه ای را مشاهده می کنید. 39 بخش اول

12 به انتخاب رنج ندارند. برای اندازهگیری ولتاژ کلید سلکتور اصلی را روی رنج ولتاژ )V( قرار میدهیم و ولتاژ را بدون توجه به مقدار آن به پایانههای مربوط به ولتاژ وصل میکنیم. برای اندازهگیری مقاومت کلید سلکتور اصلی را روی حوزهی کار )رنج( اهم )Ω( قرار میدهیم و پایانههای مولتیمتر را به مقاومت اتصال میدهیم. در این حالت مقاومت همراه با واحد آن روی صفحه نمایش )Display( مولتیمتر نشان داده میشود. در شکل -5 یک نمونه دیگر مولتیمتر دیجیتالی شکل -3 یک نمونه مولتی متر عقربه ای )آنالوک( نوع دیگری از مولتیمترها که امروزه به فراوانی در دسترس عموم قرار دارد مولتیمتر دیجیتالی است. در مولتیمتر دیجیتالی به جای حرکت عقربه مقادیر به صورت رقم و عدد روی صفحهی نمایش نوشته میشود و عالوه بر عدد معموال واحد کمیت نیز قابل مشاهده است. در شکل -4 دو نمونه مولتیمتر دیجیتالی نشان داده شده است. را مشاهده می کنید. شکل -5 یک نمونه دیگر از مولتی متر دیجیتالی نکته : هنگام اندازهگیری ولتاژ توسط مولتیمتر دیجیتالی باید به مقدار مجاز ولتاژ که توسط کارخانهی سازنده داده میشود توجه کنید. مثال چنانچه مقدار ماکزیمم قابل اندازهگیری توسط دستگاه 1000 ولت است نباید آن را به ولتاژ بیشتر از شکل -4 دو نمونه مولتی متر دیجیتالی اکثر مولتیمترهای دیجیتالی دارای حوزه کار)رنج خودکار اتوماتیک( برای ولتاژ و مقاومت اهمی هستند. به این معنی که برای اندازهگیری ولتاژ یا مقاومت اهمی نیاز 1000 ولت متصل نمایید. حفاظت از دستگاه های اندازه گیری و استفاده ی بهینه از آن ها عامل موثر در حفاظت از ثروت ملی است. بخش اول 40

13 -4 آزمایش شماره )1( زمان اجرا: 4 ساعت آموزشی -4-1 هدف آزمایش: تحلیل عملی رفتار مقاومتهای متغیر وابسته به نور و وابسته به حرارت در فضای آزمایشگاهی )(1 )C( )(3 محور پتانسیومتر شکل -6 یک نمونه مقاومت متغیر -4- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز: تعداد / مقدار نام و مشخصات ردیف یک دستگاه منبع تغذیه 0-15 V 1 یک دستگاه مولتی متر عقربهای یا دیجیتالی یک دستگاه هویه قلمی 3 یک عدد مقاومت متغیر 10kΩ 4 یک عدد مقاومت وابسته به نور LDR( ) 5 یک عدد مقاومت وابسته به حرارت NC( یا )PC 6 شش رشته سیم رابط یک سر گیره دار 7 دو رشته سیم رابط تلفنی مراحل اجرای آزمایش: موضوع الف- بررسی تغييرات مقاومت اهمی مقاومت متغير وسایل مورد نیاز را آماده کنید. مقدار مقاومت بین دو پایهی 1 و 3 را مطابق شکل -7 با اهممتر اندازه بگیرید و یادداشت کنید. شکل -7 اندازه گیری مقاومت متغیر سوال 1 : هنگامی که مقاومت بین پایه ی 1 و 3 را با اهم متر اندازه می گیرید محور مقاومت متغیر را بچرخانید آیا مقاومت اهمی در این حاالت تغییر می کند چرا توضیح دهید. پایه ی و 3 مقاومت متغیر را مطابق شکل -8 به اهم متر وصل کنید. محور مقاومت متغیر را در جهت عقربه های ساعت تا آخر بچرخانید. مقاومتی را که اهم متر نشان می دهد بخوانید و مقدار آن را یادداشت کنید. R =...KΩ 41 بخش اول

14 مقاومت بین پایهی و 3 هنگامی که محور مقاومت =R... Ω متغیر در خالف جهت عقربههای ساعت تا آخر چرخیده است. سوال : آیا مقدار اهمی مقاومت متغیر با تغییر محور مقاومت متغیر در جهت حرکت عقربههای ساعت و خالف جهت حرکت عقربههای ساعت تفاوت دارد چرا شرح دهید. شکل -8 اندازه گیری مقاومت پایه های و 3 مقاومت متغیر مقاومت بین پایه ی و 3 در حالتی که محور مقاومت توجه در این آزمایش نوع مقاومتهای وابستهی VDRو LDR PC NC تعیین نشده است. نوع قطعات با توجه به امکانات هنرستان و بازار تعیین میشود. موضوع ب- بررسی اثر تغييرات حرارت روی مقاومت اهمی وابسته به حرارت PC( یا )NC یک هویه قلمی را در اختیار بگیرید. مقاومت آن را در حالی که سرد است با استفاده از اهممتر اندازه بگیرید و یادداشت کنید. =R... Ω متغیر در جهت حرکت عقربههای ساعت به طور کامل چرخیده است. محور پتانسیومتر را تقریبا تا وسط بچرخانید و مقدار مقاومتی را که اهم متر نشان میدهد بخوانید و یادداشت کنید. مقاومت بین پایهی و 3 در =R... Ω حالتی که محور مقاومت متغیر تا وسط چرخیده است. مقاومت متغیر را در جهت عکس حرکت عقربههای ساعت تا آخر بچرخانید و مقاومتی را که اهم متر نشان میدهد بخوانید و یادداشت کنید. R=... Ω هویه سرد بخش اول 4

15 هویه را به برق وصل کنید و مدتی صبر کنید تا گرم شود. مقدار مقاومت هویه را در حالت گرم با کمک اهممتر اندازه بگیرید و یادداشت کنید. R=... Ω هویه گرم سوال : 3 مقدار مقاومت ها را با هم مقایسه کنید. آیا در اثر گرما مقدار مقاومت زیاد شده است شرح دهید. موضوع ج- اثر تغيير نور روی مقدار اهمی مقاومت وابسته به نور) LDR ( اهممتر را به دو سر یک نمونه مقاومت وابسته به نور )LDR( وصل کنید. مقدار اهمی مقاومت را بخوانید و یادداشت کنید. R LDR در نور زیاد =...Ω یک مقاومت NC را انتخاب کنید. اهممتر را به دو سر مقاومت NC وصل کنید. مقدار مقاومت اهمی NC سرد را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. R NC =... Ω ( سرد ) سطح LDR را کمی بپوشانید و مقدار نور تابیده شده به LDR را کاهش دهید. اهم متر را مجددا به دو سر LDR وصل کنید و مقدار مقاومت را بخوانید و یادداشت کنید. R LDR در نور کم =... Ω هویه را به برق وصل کنید و مدتی صبر کنید تا گرم شود. هویه را به مقاومت NC نزدیک نمایید ولی به آن نچسبانید. با استفاده از اهممتر مقدار مقاومتNC را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. R NC =... Ω )گرم ) سطح LDR را کامال بپوشانید. نور تابیده به LDR را کامال قطع کنید. مقدار مقاومت LDR را در حالت تاریکی کامل با وصل کردن اهم متر به آن بخوانید و یادداشت کنید. R LDR در تاریکی =... Ω سوال 4: مقادیر مقاومت NC در دو حالت گرم و سرد را با هم مقایسه کنید و درباره ی آن توضیح دهید. 43 بخش اول

16 سوال 5: مقدار مقاومتLDR با تغییر شرایط نوری چه تغییری می کند شرح دهید. -5 اتصال مقاومت ها به یکدیگر -5-1 سری بستن مقاومت ها: اگر در یک مدار الکتریکی دو یا چند مصرف کننده به گونهای به هم بسته شوند که جریان عبوری از هر یک از آنها یکسان باشد میگوییم مصرف کنندهها با هم سری بسته شدهاند. مصرف کنندهها میتوانند مقاومتهای مساوی یا غیر مساوی نیز باشند. در شکل -9 دو عدد المپ با یکدیگر به صورت سری بسته شدهاند نتایج آزمایش : آنچه را که در این آزمایش فراگرفتهاید به اختصار شرح دهید. الف ب ج شکل -9 مدار واقعی دو المپ به صورت سری در یک مدار سری مقاومتها )مصرف کنندهها( طوری به هم متصل میشوند که انتهای مقاومت اول به ابتدای مقاومت دوم و انتهای مقاومت دوم به ابتدای مقاومت سوم وصل میشود و به همین ترتیب تا آخرین مقاومت ادامه مییابد شکل -30. R 1 R R 3 R n V شکل -30 نقشه ی فنی مدار سری بخش اول 44

17 توجه ابتدا و انتهای مقاومت انتخابی است و توسط ما انتخاب میشود. در مدار سری فقط یک مسیر برای عبور جریان الکتریکی وجود دارد شکل -31. شکل -33 مدار معادل شکل -3 را نشان می دهد. R V شکل -33 مدار معادل شکل -3 مثال 4 : مقاومت معادل در شکل -34 چند اهم است E=1V I R1 100 Ω R R3 150 Ω 0 Ω R3 D C I I I E R I I R4 100 Ω R1 الف - شکل واقعی ب- نقشه ی فنی مدار شکل -31 مقاومت معادل در مدار سری: - مقاومت کل در مدار سری برابر با مجموع مقاومتهای مدار است شکل -3. R =R 1 R R 3...R n شکل -34 حل: رابطهی مقاومتها را مینویسیم: R =R 1 R R 3 R 4 اعداد را جایگزین میکنیم: R = R =570 Ω V 1 V V 3 V n مثال 5 : مقاومت معادل در شکل -35 چند اهم است R 1 R R 3 R n I 1 I I 3 I n V 1 V I R 1 R I E 10 Ω 33 Ω 100 Ω 47 Ω 67 Ω R 3 V 3 V شکل -3 جریان ها و ولتاژها در مدار سری R را جایگزین کلیهی همیشه میتوانیم مقاومت معادل مقاومتهای سری موجود در مدار نماییم. شکل بخش اول R 5 R 4 V 5 V 4

18 حل: رابطه ی مقاومت معادل در مدار سری را می نویسیم: مثال 7 : در صورتی که چهار مقاومت 33 اهمی مانند شکل -38 به هم اتصال یابند مقاومت معادل مدار چند اهم R است =R 1 R R 3 R 4 R 5 اعداد را جایگزین می کنیم: R = R =57 Ω مثال 6 : مقاومت معادل دو مقاومت سری شکل -36 چند اهم است حل: R1 = 100Ω R = 1KΩ شکل -36 شکل -38 اتصال چهار مقاومت مساوی به صورت سری روی برد مدار چاپی حل: با توجه به شکل -38 مدار به صورت سری است و مقاومتها از نظر مقدار با هم برابر هستند پس میتوانیم بنویسیم: R =n.r R =4 33 R = 13 Ω مثال 8 : با توجه به شکل -39 مقدار مقاومت هر یک از R 3 را حساب کنید. R R 1 مقاومتهای R1 5m.5 V E 3 V R 4.5 V R3 شکل -39 محاسبه مقادیر مجهول در مدار سری و تحقیق قانون اهم R =R 1 R R =100(Ω)(1 1000) (Ω) R =1100 Ω نکته: هرگاه چند مقاومت مساوی به صورت سری به یکدیگر اتصال یابند مقدار مقاومت معادل از حاصل ضرب تعداد مقاومت ها در مقدار یک مقاومت به دست می آید شکل -37. R 1 =R =R 3 =R R =n.r حل: 10 Ω در این مدار جریان کل و ولتاژ دو سر هریک از مقاومتها را داریم. با استفاده از قانون اهم مقدار هر مقاومت را محاسبه میکنیم. 10 Ω 30 Ω 10 Ω شکل -37 بخش اول 46

19 R R R V 1 / 5v = = R I 5m = 100Ω V 3v = = R I 5m = 10Ω V 3 4/ 5v = = R I 5m = 180Ω تمرین کالسی : 1 مقدار مقاومت هر یک R 1 را در شکل -40 به دست R R 3 از مقاومت های آورید. شکل -41 مدار موازی شکل -4 سه عدد مقاومت را که به صورت موازی بسته شده اند نشان میدهد. برای بیان محاسبات مدار به جای استفاده از تصاویر واقعی از نقشهی فنی استفاده میکنند. در E=10V 1m R 1 R 5V V R 3 نقشه ی فنی به جای هر قطعه از عالمت قرار دادی یا نماد آن قطعه استفاده می کنند. در شکل -43 نقشه ی فنی مدار شکل شکل نشان داده شده است. -5- موازی بستن مقاومت ها تعریف مدار موازی اگر در یک مدار الکتریکی دو یا چند مصرفکننده طوری به هم متصل شوند که ولتاژ دو سر آنها با هم برابر باشد میگوییم مصرفکنندهها با هم به صورت موازی بسته شده اند. شکل -41 دو عدد المپ 1/5 ولتی را نشان میدهد که با یکدیگر موازی بسته شدهاند. شکل -4 سه عدد مقاومت با یکدیگر موازی شده اند 1.5V 68 Ω 33 Ω 1 Ω شکل -43 نقشه ی فنی مدار شکل بخش اول

20 مقاومت معادل در یک مدار موازی برای محاسبه مقاومت معادل در مدار موازی نشان داده Rکه در زیر آمده است شده در شکل -44 از رابطهی استفاده میکنیم. R آمده است. R 1 و در شکل -46 مقاومت معادل R Ω شکل -46 V R 1 R R3 Rn شکل -44 بررسی معادل در مدار موازی مقاومت های موازی را با» «نشان می دهند مثال R که موازی هستند را به صورت R 1 و مقاومت های R 1 می نویسند. R =... R R R R R 1 3 n Rرا در مدار شکل -45 مثال 9 : مقاومت معادل به دست آورید. Rرا از دو نقطه ی و در مثال 10: مقاومت کل مدار شکل -47 به دست آورید. R R1 100 Ω R 100 Ω R3 100 Ω R1 33 Ω R 47 Ω شکل -47 شکل -45 حل: رابطهی مقاومت معادل موازی را مینویسیم: = R R R 1 Rرا به دست اعداد را جایگزین میکنیم و مقدار میآوریم: حل: رابطهی مقاومت معادل در مدار موازی را مینویسیم: = R R R R 1 3 R را به دست اعداد را جایگزین میکنیم و مقدار میآوریم: = = = R R = = 33 / 33Ω 3 1 = 1 1 = = R 1551 R = = 19 / 38Ω 80 بخش اول 48

21 توجه اگر n مقاومت مساوی با یکدیگر به صورت موازی بسته شده باشند برای به دست آوردن مقاومت معادل R مقدار یک مقاومت را به n تقسیم R میکنیم. R = n توجه اگر در مدار موازی فقط دو عدد مقاومت اهمی وجود داشته باشد برای به دست آوردن مقاومت معادل آن از رابطهی زیر نیز میتوانیم استفاده کنیم. R R 1.R = R R 1 R را در مدار شکل -49 مثال 1: مقاومت معادل مثال 11: در ش کل -48 پنج ع دد مقاومت 68Ω با یکدیگر به صورت موازی بسته شده اند. مقاومت معادل را در به دست آورید. R1 100 Ω R 150 Ω این مدار به دست آورید. شکل Ω 68 Ω 68 Ω 68 Ω 68 Ω R R 1.R = = = = 60Ω R R حل: شکل -48 حل: مثال 13: مقاومت معادل را در مدار شکل -50 به دست آورید. E 10V R 1 Ω 6 R Ω 1 R 3 Ω 4 R 68 R = = = 13 / 6Ω n 5 R = 13 / 6Ω 49 بخش اول شکل -50

22 حل: مقاومتها موازی هستند رابطهی مقاومت معادل در مدار موازی را مینویسیم: = R R R 1 3 R را به دست می آوریم: اعداد را جایگزین می کنیم و مقدار = = = R R 1 = = Ω 6 تمرین کالسی : مقدار مقاومت معادل را در شکل -51 به دست آورید. تحقيق کنيد: اتصال مصرفکننده ها به برق در سیمکشی داخل خانه سری است یا موازی با ذکر دلیل نتایج را به کالس ارائه دهید به هم بستن مقاومتها به صورت ترکیبی»سری- موازی«تعریف مدار سری- موازی فرض کنید دو عدد المپ 6 ولتی یک وات و یک عدد المپ 1 ولتی یک واتی داریم میخواهیم هر سه المپ را با یک منبع تغذیه روشن کنیم.حاالت زیر اتفاق میافتد: - هر سه المپ را به صورت موازی ببندیم و به منبع 6 ولت وصل کنیم. در این صورت المپهای 6 ولتی نور طبیعی دارند ولی المپ 1 ولت نور طبیعی ندارد زیرا ولتاژ تغذیهی آن کمتر از 1 ولت است شکل -5. E R 1 R 50 Ω 100 Ω شکل -51 نکته :مقدار مقاومت معادل هر مدار موازی از کوچک ترین مقاومت موجود در مدار کوچک تر است. شکل -5 نور المپ 1 ولتی کم است - هر سه المپ را به صورت موازی ببندیم و به منبع 1 ولت وصل کنیم. در این صورت المپ 1 ولتی دارای نور طبیعی است ولی المپهای 6 ولتی هر دو میسوزند. زیرا به دو سر آنها ولتاژ 1 ولت بیشتر از ولتاژ تغذیه وصل شده است شکل -53. بخش اول شکل -53 در این مدار المپ های 6 ولتی می سوزند. 50

23 - دو المپ 6 ولتی یک وات را با یکدیگر سری میکنیم و به ولتاژ 1 ولت اتصال میدهیم. در این صورت به هر المپ 6 ولتی ولتاژی برابر با 6 ولت میرسد و المپها با نور طبیعی خود کار میکنند. المپ 1 ولتی را نیز مطابق شکل -54 به مجموعه اضافه میکنیم. در این مدار المپ 1 ولت نیز با نور طبیعی خود R 1 1K Ω R R 3 1K Ω 1K Ω 1K Ω C کار خواهد کرد. شکل -54 هر سه المپ نور طبیعی دارند. به مدار الکتریکی شکل -54 مدار سری»سری- موازی«میگویند. همانطور که مشاهده میکنید در مدارهای سری- موازی تعدادی از عناصر با یکدیگر سری و تعدادی دیگر با هم موازی یا با مجموعههای سری عناصر موازی میشوند. R 3 با یکدیگر موازی R در شکل -55 مقاومتهای R 1 بهصورت سری هستند و مجموعهی این مدارها با بستهشدهاست. برای تحلیل مدارهای»سری- موازی«معموال باید مدار را به صورت سری یا موازی درآورد. در مدارهای ترکیبی»سری- موازی«قسمتهایی از مدار که به صورت سری بسته شده اند تمام ویژگیهای مدار سری را دارند و قسمتهایی از مدار که بهصورت موازی است تمام خواص مدار موازی را دارد. شکل -55 یک نمونه مدار مقاومتی سری- موازی برای محاسبهی مقاومت معادل این گونه مدارها به ترتیب زیر عمل میکنیم: 1- برای ساده کردن مدار از قسمتی شروع میکنیم که منبع تغذیه وجود ندارد یا نقاط باز مشخص شده در مدار هستند. - ابتدا مقاومتهایی که به صورت سری یا موازی بسته شدهاند و در یک مجموعه قراردارند را باید با هم ترکیب و ساده کنیم. R eq R )مجموع= otal ( یا 3- برای محاسبهی )معادل= equivalent ( در هر قسمت از روابط مقاومت معادل در مدارهای سری و موازی استفاده میکنیم. 4- بهتر است از نقطهای شروع کنیم که مدار به تدریج ساده شود و به یک مقاومت معادل برسیم. برای این منظور الزم است قبل از شروع کار مدار را بهطور دقیق بررسی کنیم. مثال 14 : مقاومت معادل مدار شکل -56 را بهدستآورید. شکل بخش اول

24 حل: R 3 موازی هستند و منبع تغذیهای R چون مقاومتهای به آن وصل نیست و در انتهای مدار قرار دارند از این مقاومتها شروع میکنیم: مثال 15 : مقاومت معادل از دو نقطه و در مدار E R1 شکل -59 را به دست آورید. 47 Ω R 33 Ω R 3 Ω R R R R 3 = = = = 0/ 5kΩ R R شکل -59 حل: R 3 بهصورت مستقل با هم سری R چون دو مقاومت بستهشدهاند و در بیرونیترین نقطهی مدار قرار دار د از آنها شروع میکنیم. R 3 را تبدیل به یک مقاومت معادل R ابتدا دو مقاومت R )میخوانیم آر دو و سه( میکنیم: 1,3 R3, = R R3 = 33 = 55Ω مدار ساده شده را ترسیم میکنیم: حال مدار ساده تر شده را رسم می کنیم و به جای دو R را R 3 R 3 مقاومت معادل موازی آن یعنی R مقاومت C R 1 = 1K Ω می گذاریم شکل -57. شکل -57 R R3 = 0.5K Ω R 1 با هم در مدار شکل -57 مقاوم ت 0/5 کیلو اهم و R را به دست می آوریم. سری هستند. مقاومت معادل E R 1 47Ω R 1 55 Ω R = R (R R ) R = 1 0/ 5 R = 1/ 5kΩ 1 3 مدار معادل شکل -57 به صورت شکل -58 درمی آید: شکل -60 R,3 با مقاومت با توجه به شکل -60 مقاومت معادل R 1 به صورت موازی ق رار دارند. مقاومت معادل را به دست می آوریم: C Rt = 1 / 5KΩ R R = = = = 5 34Ω 1 3, R R1 R 3, / R1 R3, بخش اول 5 شکل -58

25 مدار شکل -59 به صورت شکل -61 در می آید: 4 و 3 R )می خوانیم آر سه و چهار( می باشد قرار می دهیم و به شکل -64 می رسیم: R1 E R 5.34Ω R R 3,4 شکل -61 مثال 16 : مقدار مقاومت معادل شکل -6 را به شکل و 3 Rرا که به R و مقاومت معادل مقاومتهای صورت موازی هستند و مقدار آنها نیز مساوی است R 34 )میخوانیم آر و بهدستمیآوریم. این مقاومتها را 3 و 4( مینامیم: 1 R34,, = R R34, = = 6Ω R 3 4 به شکل R و R 34 به جای مقاومت با قرار دادن -65 خواهیم رسید: دست آورید. R 1 3 Ω R R 3 1 Ω 10 Ω R 4 شکل -6 حل: ابتدا مدار را به صورت شکل ساده شدهی -63 R 4 را R 3 و درمیآوریم و معادل دو مقاومت سری ش دهی محاسبه میکنیم. R 1 R 1 R 34 R 3 R شکل -65 R 4 R 34 چون مقاومت معادل به دست آمده در مرحله ی قبل R 1 به صورت سری بسته شده است مقاومت معادل با مقاومت شکل بخش اول R = R R = = Ω 34, R 4 مقدار معادل آن هارا که R 3 و به جای دو مقاومت R از مجموع آنها 6 بهدستمیآید R = R R = 3 1 = 15Ω 1 34

26 مقاومت به دست آمده برابر با مقاومت کل مدار است و مدار معادل شکل -6 به صورت شکل -66 در می آید: R 15 Ω شکل -66 تمرین کالسی 3: مقاومت معادل مدار شکل -67 را به دست آورید. R 33 Ω E = 4V R 1 47 Ω R 3 51 Ω شکل -67 بخش اول 54

27 جدول -4-6 آزمایش شمارهی )( زمان اجرا: 3 ساعت آموزشی -6-1 هدف آزمایش: مقدار اندازه گیری شده مقدار اهم و تلرانس خوانده شود نوارهای رنگی مقاومت R 1 اندازه گیری مقاومت ها به صورت سری و موازی. R -6- تجهیزات ابزار قطعات و موارد مورد نیاز: R 3 ردیف نام و مشخصات تجهیزات تعداد / مقدار )برای هر گروه کالسی( مولتیمتر عقربهای یا دیجیتالی ب ردب ر د یک دستگاه یک قطعه سوال : 6 آیا مقادیر اندازهگیری شده با مقادیر خوانده شده انطباق دارد شرح دهید. 1 مقاومت یک کیلو اهم یک وات پنج عدد 3 مقاومت 0/5-180Ω وات یک عدد 4 مقاومت 0/5-560Ω وات یک عدد 5 سیم های رابط معمولی )تلفنی( به مقدار کافی 6 سیم های دو سرگیره سوسماری به مقدار کافی R را به صورت سری ببندید و R 1 و مقاومت های 7 سپس مقاومت اهمی مجموعه ی سری را به کمک اهم متر -6-3 مراحل اجرای آزمایش : الف - به دست آوردن مقاومت معادل در یک مدار سری مقدار و درصد خطای مقاومت های 180Ω و 560Ω و 1KΩ را با توجه به نوارهای رنگی بخوانید و در جدول -4 بنویسید. اگر نوع مولتی متر شما عقربه ای)آنالوگ( است قبل از هر اندازه گیری ابتدا صفر آن را تنظیم کنید. به کمک مولتی متر مقدار دقیق مقاومت های 180Ω و R 1 و 560Ω و 1KΩ را اندازه بگیرید. مقاومت 180 اهم را با R 3 نام گذاری R و مقاومت 1KΩ را با مقاومت 560Ω را با و در جدول -4 یادداشت کنید. مطابق شکل -68 اندازه گرفته و یادداشت کنید. R 1 R 180Ω 560Ω Ω شکل -68 R =... Ω R اندازهگیری شده به کمک اهممتر با سوال : 7 آیا R که از طریق محاسبه بهدست میآید یکی =R 1 R است توضیح دهید. R :محاسبه = R 1 R =...Ω 55 بخش اول

28 سری اتصال دهید و توسط مولتی متر مقاومت معادل بین دو نقطه ی C و D را اندازه گیری و یادداشت کنید. C 1K Ω 1K Ω 1K Ω R R R D Ω یک مقاومت یک کیلو اهم را مطابق شکل -69 به مدار سری اضافه کنید. شکل -70 R =R CD =... Ω R 1 R R 3 180Ω 560Ω 1K Ω دو مقاومت یک کیلواهم دیگر را مطابق شکل -71 به صورت سری به مدار قبل اضافه کنید. Ω شکل -69 E 1K Ω 1K Ω 1K Ω 1K Ω 1K Ω R R R R R F R در مدار شکل -69 را با استفاده از رابطه ی مقدار R به دست آورید و یادداشت کنید. =R 1 R R 3 Ω شکل -71 با استفاده از مولتیمتر مقاومت معادل بین دو نقطهی E و F را اندازهگیری و یادداشت کنید. R =R EF =... KΩ سوال 9 :آیا میتوان نتیجه گرفت که اگر مقدار مقاومتهای سری مساوی باشند مقاومت معادل از رابطه ی R قابل محاسبه است =n.r R =... Ω حوزهی کار مولتیمتر را روی R 1KΩ قرار دهید. مقاومت بین دو نقطهی و در شکل -69 را اندازهگیری و یادداشت کنید. R اندازهگیری =...Ω R اندازهگیری شده به کمک مولتیمتر با سوال 8 :آیا R بهدستآمده از طریق محاسبه برابر است توضیح دهید. بخش اول سه مقاومت 1KΩ را مطابق شکل -70 به صورت 56

29 R =...Ω موضوع ب- به دست آوردن مقاومت معادل در یک مدار موازی. قبل از هر اندازهگیری صفر اهممتر عقربهای را تنظیم کنید. R 3 را مطابق شکل -7 به R و R 1 و مقاومتهای صورت موازی روی بردبرد ببندید. R اندازه گیری شده به کمک مولتی متر با سوال 10 :آیا R محاسبه شده یکی است توضیح دهید. R 1 180Ω R 560Ω R 3 سه مقاومت 1KΩ را مطابق شکل -74 و به صورت 1K Ω موازی اتصال دهید. Ω R 1K Ω شکل -7 R = 1K Ω R = 1K Ω مقاومت معادل شکل -7 را از رابطه ی: Ω به دست آورید و یادداشت کنید. = R R R R 1 3 شکل -74 R مقاومت معادل را از رابطهی = n آورید. R =... KΩ R به دست با توجه به مقدار مقاومت بدستآمده رنج مناسبی برای مولتیمتر انتخاب کنید. مقاومت معادل بین دو نقطهی و را با استفاده از مولتیمتر اندازه بگیرید و یادداشت کنید. R =... KΩ سوال 11: آیا مقادیر بهدستآمده از طریق محاسبه با مقادیر اندازهگیری شده انطباق دارد توضیح دهید. R =...Ω با توجه به مقدار محاسبه شده رنج مناسبی را برای اهممتر انتخاب کنید. مقاومت اهمی مجموعهی اتصال موازی را مطابق شکل -73 به کمک مولتیمتر اندازهبگیرید و یادداشت کنید. شکل بخش اول

30 پنج مقاومت 1KΩ را مطابق شکل -75 بهصورت موازی روی بردبرد ببندید. با توجه به مقدار بهدستآمده رنج مناسبی برای مولتیمتر انتخاب کنید. مقدار مقاومت معادل بین دو نقطهی و در شکل -75 را با استفاده از مولتیمتر اندازهبگیرید و یادداشت کنید. R =...KΩ سوال 13: آیا مقادیر بهدستآمده از طریق محاسبه و اندازهگیری با مولتیمتر یکی است توضیح دهید. R 1 = 1K Ω R = 1K Ω R 3 = 1K Ω R 4 = 1K Ω R 5 = 1K Ω Ω R شکل -75 R مقاومت معادل را از طریق رابطهی = n بهدستآورید. R 1 =... Ω 0 مق 15 دار مق ومتمعادلراازرابطهی =... R R R 1 محاسبه و یادداشت کنید. موضوع ج- اندازه گيری مقاومت معادل یک مدار ترکيبی سری- موازی با مولتی متر مداری مطابق شکل -76 روی بردبرد ببندید. R =... Ω سوال 1: آیا مقادیر بهدستآمده از این دو رابطه ( R و 1 R( با هم برابر است توضیح دهید. شکل -76 بخش اول 58

31 مقدار مقاومت معادل شکل -76 را از طریق محاسبه بهدستآورید. R 3 موازی هستند: R و R = R R دهید. الف ب ج R = R R 1 1 R 1 سری است. R 1 با R =... KΩ با توجه به مقدار مقاومت بهدستآمده رنج مناسبی را برای مولتیمتر انتخاب کنید. اگر برای اندازهگیری مقاومت اهمی از مولتیمتر عقربهای استفاده میکنید قبل از اندازهگیری صفر آن را تنظیم کنید. به کمک مولتیمتر مقدار مقاومت معادل بین دو نقطهی و را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. R =...Ω سوال 14 :آیا مقدار مقاومت معادل محاسبه شده با مقدار مقاومت معادل اندازهگیری شده توسط مولتیمتر برابر است استفاده ی بهینه از وسایل و تجهیزات مهارت الگوی صحیح مصرف را در فرد ایجاد می کند و طول عمر وسایل را افزایش می دهد نتایج آزمایش : آن چه را که در این آزمایش فرا گرفته اید به اختصار شرح 59 بخش اول

32 -7 افت ولتاژ دو سر مقاومتها در مدارهای سری و موازی بر اثر عبور جریان الکتریکی از هر مقاومت الکتریکی در دو سر آن افت ولتاژ بهوجود میآید. مقدار این ولتاژ بر اساس قانون اهم از رابطهی V=R. I محاسبه میشود محاسبه افت ولتاژ دو سر مقاومتها در مدار سری: چون جریان در مدار سری ثابت است لذا مقدار افت ولتاژ در دو سر مقاومت با مقدار اهمی مقاومت رابطهی مستقیم دارد یعنی در صورت افزایش مقدار مقاومت )R( مقدار ولتاژ )V( نیز افزایش مییابد. به عنوان مثال اگر مداری را مطابق شکل -77 ببندیم ولتمترها مقادیر ولتاژهای متفاوتی را در دو سر مقاومتها V 3 مقادیر ولتاژ دو Vو V 1 نشان می دهند. ولتمترهای V مقدار ولتاژ کل R 3 و ولتمتر R و R 1 سر مقاومتهای مدار را نشان میدهد. -7- قانون ولتاژ کریشهف) KVL ( طبق قانون ولتاژ کریشهف یا به اختصار )KVL( جمع جبری ولتاژهای اعمال شده )نیروی محرکه( و افت ولتاژها در یک مدار بسته برابر صفر است. به عبارت دیگر در یک مدار بسته جمع جبری ولتاژها برابر صفر است. عالمت جبری نیروی محرکه را معموال مثبت)( و عالمت افت ولتاژها را منفی)-( در نظر می گیریم. با توجه به شکل -78 در حلقه ی یک موارد زیر وجود دارد. -V 3 =0 افت ولتاژ دو -V 1 افت ولتاژ دو سر R 1 مقاومت -V افت ولتاژ دو R R 3 سر مقاومت سر مقاومت E نیروی محرکه E R 1 R 4 V 1 _ V 4 _ حلقه 1 V R I _ V 3 V 1 R 3 شکل -78 مثال 17 : R R 1 و در شکل -79 افت ولتاژ دو سر مقاومتهای V V = 10V R1 R3 = 1Ω = 3Ω R = Ω V را به دست آورید. V 3 R 1 10 Ω I E=1V R 0Ω سری : شکل -77 بررسی ولتاژها در مدار سری با توجه به شکل -77 نتیجه می گیریم که در یک مدار شکل -79 V = V V V 1 3 V = V V V R R1 R R3 بخش اول 60

33 = E1 E E= E1 E E1 E = E= E1 E حل: با توجه به قانون اهم رابطهی مقدار افت ولتاژ را در دو سر هر مقاومت مینویسیم: شکل -81 نحوه ی جمع جبری دو منبع ولتاژ )نیروی محرکه( V 1 = R I = 10I 1 1 V = R.I = I طبق قانون KVL داریم: I EV1 V = V مقادیر معادل را V 1 و در رابطه ی باال به جای E و 1 10I 0I= 0 می نویسیم و مقدار I را محاسبه می کنیم: 1 30I = 0 1 = 30I 1 I = = 0/ 4 I = 0/ 4 30 V به جایI عدد می گذاریم: Vو 1 در رابطه ی V1 = 10I = 10 0/ 4 = 4 V V 1 = 4 (V) V = 0I = 0 0/ 4 = 8 V V = 8 (V) 1 اگر دو منبع را به صورت شکل -80 با یکدیگر سری کنیم منبع معادل برابر با جمع ولتاژهای دو منبع با قطب های نشان داده شده در شکل -80 است. شکل -80 و اگر دو منبع را مطابق شکل -81 با یکدیگر سری کنیم مقدار ولتاز منبع معادل از تفاضل ولتاژ دو منبع با قطب های نشان داده شده در شکل -81 به دست می آید. در مداری که بیش از یک منبع وجود دارد به جای n منبع می توان منبع معادل منابع موجود را براساس رابطه ی قانون KVL قرار داد. در شکل -8 قانون KVL به R 3 V 3 E 1 E صورت زیر نوشته می شود: شکل -8 R V I R 1 V 1 E E1V1V V3 = 0 )E E 1 و E E1 = V1 V V3 )معادل منبع هنگام نوشتن قانون KVL در یک حلقه ی بسته به نکات زیر توجه کنید: برای حلقه جریان I را در یک جهت دلخواه انتخاب می کنیم. KVL را در جهت جریان انتخابی می نویسیم. اگر جریان مثبت از قطب مثبت منبع خارج می شود عالمت منبع را مثبت )( و اگر به قطب مثبت)( وارد شود عالمت آن را منفی )-( در نظر بگیرید. عالمت مثبت)( برای ولتاژ دو سر یک مقاومت محلی است که جریان به آن نقطه وارد می شود. E E E1 E 1 E = E1 E = = E= E1 E 61 بخش اول

34 مثال 18 : رابطهKVL را برای مدار شکل -83 بنویسید. حل: E3 E I I R 3 V 3 I V R E 1 V 1 I R 1 شکل -83 و سپس رابطه ی KVL را در آن می نویسیم: E E1 V1 V = 0 مقادیر را در رابطه جایگزین میکنیم و مقدار I را به دست می آوریم: 6 15 R 1.I R.I = I 150I= 0 9 =50I 9 I = =0/ 036 I =0/ E 1 عالمت منفی نشان می دهد که جهت اصلی جریان E -E 3 -V 1 -V -V 3 =0 جریان به جریان به جریان از قطب جریان از قطب برخالف جهت جریان انتخابی است لذا جهت جریان باید پایه ا ی که برای قطب مثبت مثبت آن خارج مثبت آن خارج اصالح شود. ( ) ( ) V = R.I = 100 0/ 036 =3/ 6V 1 1 V = R.I = 150 0/ 036 =5/ 4V بخش اول میشود میشود وارد میشود مقاومت مثبت در نظر گرفتهایم وارد میشود توجه داشته باشیدکه جهت انتخاب جریان) I ( در شروع کار برای حل مسئله اختیاری است. مثال 19 : در شکل -84 ولتاژ دو سر هر یک از مقاومتهای مدار را به دست آورید. V به این معنی است که قطبهای V 1 و عالمت منفی انتخاب شدهی مثبت)( و منفی)-( باید معکوس شوند محاسبه ی افت ولتاژ دو سر مقاومت ها در مدار موازی در مدارهای موازی چون دو سر هر مقاومت مستقیما به دو سر باتری متصل است بنابراین ولتاژ دو سر همهی مقاومتها با هم مساوی است. R 1 V 3 افت ولتاژ دو سر مقاومتهای V و V 1 ولتمتر V S مقدار R 3 را در شکل -85 نشان میدهد و ولتمتر R و ولتاژ دو سر منبع تغذیه را مشخص میکند. در مدار موازی تمام این ولتاژها مساوی هستند و همهی ولتمترها در این شکل یک عدد را نشان میدهند. R1 100 Ω E1 = 15V I E = 6V R 150 Ω شکل -84 حل: ابتدا یک جهت جریان دلخواه برای مدار در نظر میگیریم 6

35 همانگونه که قبال نیز اشاره شد برای اندازهگیری افت ولتاژ دو سر مقاومتها از دستگاه اندازهگیری ولتمتر استفاده میشود. قبل از به کارگیری عملی دستگاه اندازهگیری ولتمتر آن را مورد بررسی قرار میدهیم. تمرین کالسی : 4 در مدار شکل -87 افت R 3 را به دست آورید. R و R 1 ولتاژ دو سر مقاومت های E 4V R 1 R R 3 1KΩ.KΩ 560 Ω شکل -85 مدار با چهار مقاومت موازی -87 بنابراین برای مدارهای موازی می توانیم رابطه ی زیر را بنویسیم: V 1 =V =V 3 =...=V S یعنی: V R1 =V R =V R3 =...=V S R در مدار R 1 مثال 0 : ولتاژ دو سر مقاومت های -8 منبع تغذیه DC شکل -86 را به دست آورید آشنایی با منبع تغذیه منبع تغذیه یک دستگاه الکترونیکی است که ولتاژ موجود VS = 100v R 1 1KΩ R KΩ )معموال ولتاژ 0 ولت برق شهر( را دریافت و آن را تبدیل شکل -86 حل: R موازی هستند پس افت ولتاژ دو سر R 1 مقاومتهای این دو مقاومت با هم برابر و مساوی ولتاژ تغذیه است: V S =V R1 =V R =100V به ولتاژ DC مورد نیاز برای مدارهای الکترونیکی میکند. خروجی منبع تغذیه میتواند ثابت یا متغیر باشد. در صورتی که منبع تغذیه دارای ولتاژ خروجی متغیر باشد روی پانل دستگاه یک ولوم قرار میدهند. با تغییر این ولوم میتوان ولتاژ خروجی را به مقدار دلخواه تنظیم کرد. در شکل بخش اول

36 بخش اول در منابع تغذیهای که سیستم حفاظت در مقابل اتصال کوتاه دارند برای تنظیم حداکثر جریان خروجی دو ترمینال ولتاژ خروجی را با یکدیگر اتصال کوتاه میکنند و با تغییر ولوم»Current«مقدار ماکزیمم جریان خروجی منبع تغذیه را تنظیم میکنند شکل -89. توجه داشتهباشید هنگام اتصال کوتاه ولتاژ دو سر ترمینال خروجی منبع تغذیه نزدیک به صفر میشود. بافشار دادن این کلید صفحه نمایش مقدار جریان را نشان میدهد. باتغییر این ولوم میتوان ماکزیمم جریان خروجی را تنظیم کرد. با یک سیم رابط دو ترمینال خروجی را اتصال کوتاه میکنیم. شکل -89 نحوه ی تنظیم جریان خروجی یک منبع تغذیه صفحهی هر دستگاه الکترونیکی را پانل آن دستگاه مینامند. -8- دستگاه اندازه گیری ولتاژ یا»ولت متر«ولتمتر در دو نوع عقربهای و دیجیتالی ساخته میشود. عالئمی روی این دستگاهها وجود دارد که نشاندهندهی تواناییهای دستگاه در اندازهگیری کمیتهای C DC )موج متناوب که بعدا به آن اشاره خواهد شد( وضعیت باتری دو نمونه منبع تغذیه آزمایشکاهی با خروجی متغیر نشان داده شده است. خروجی این منابع تغذیهی متغیر ولتاژ DC متغیر است. با این ولوم میتوان جریان خروجی را به میزان دلخواه تنظیم کرد. با این ولوم میتوان ولتاژ خروجی را به میزان دلخواه تنظیم کرد. شکل -88 دو نمونه منبع تغذیه آزمایشگاهی بیشتر منابع تغذیهی آزمایشگاهی دارای یک ولتمتر و یک آمپرمتر هستند تا ولتاژ دو سر خروجی منبع تغذیه و جریان مصرف کننده را بدون نیاز به یک ولتمتر و آمپرمتر دیگر نشان دهند. از طرفی برای محدود کردن جریان خروجی در مقابل اتصال کوتاه و یا به هر دلیل دیگر یک ولوم به نام» Current «روی دستگاه نصب شده است با تنظیم این ولوم میتوان جریان خروجی منبع تغذیه را به هر مقدار دلخواه تنظیم کرد. 64

37 داخلی دستگاه و مواردی دیگر است. این عالئم با توجه به تواناییهای دستگاههای مختلف متفاوت است. ولتمتر یکی از حوزههای کار مولتیمتر است. در مولتیمترهای عقربهای برای خواندن دقیق ولتاژ باید به کلید سلکتور اصلی مولتیمتر که ماکزیمم مقدار ولتاژ را روی صفحهی مدرج نشان میدهد توجه کنیم و همچنین باید تعداد تقسیمات آن کمیت را روی صفحهی مدرج در نظر بگیریم. برای به دستآوردن مقدار کمیت ولتاژ اندازهگیری شده ابتدا باید ببینیم که عقربه چند قسمت منحرف شده است. سپس تعداد تقسیمات را در ماکزیمم مقدار رنج روی صفحه) بزرگترین عدد روی صفحهی مندرج( ضرب کنیم. در نهایت مقدار بهدستآمده را بر تعداد تقسیمات صفحهی مدرج تقسیم میکنیم. به طور مثال اگر کلید سلکتور روی 500 ولت قرار دارد و از طرفی درجه بندی صفحهی مدرج شکل -90 صفحه مولتیمتر عقربهای ولتمتر دیجیتالی نوع دیگری از ولتمتر است. بزرگترین مزیت این دستگاه نشان دادن کمیت به همراه واحد آن به صورت عدد و رقم است. به منظور داشتن دقت بیشتر همیشه رنجی را انتخاب میکنیم که تقریبا ارقام روی صفحهی نمایش بتواند مقدار کمیت را نشان دهد. شکل -91 یک نمونه ولتمتر آزمایشگاهی را نشان میدهد. 50 قسمت است ضریب صفحه 10 می شود زیرا: = ضریب صفحه 50 حال اگر عقربه به اندازه ی 38 قسمت منحرف شده باشد باید این عدد را در ده ضرب کنیم تا مقدار اندازه گیری شده به دست آید = 380(V) ( رنج ولت متر( )حداکثر درجه بندی( این ولتمتر گران است. برای اندازهگیری از مولتیمتر استفاده کنید. شکل -91 ولت متر عقربه ای 65 بخش اول

38 -9 آزمایش شمارهی )3( زمان اجرا : 4 ساعت آموزشی -9-1 هدف آزمایش : آشنایی با منبع تغذیه و اندازهگیری ولتاژها در مدار سری و موازی و تحقیق عملی قانون ولتاژ KVL -9- تجهیزات ابزار قطعات و موارد مورد نیاز : منبع تغذیه را روشن کنید. سعی کنید به کمک ولتمتر جداگانهای که به منبع تغذیه وصل کردهاید ولتاژ خروجی را روی 1/5V 6/85 V 5/1 V 4/5 V 3/85 V ولت تنظیم کنید. هنگام اندازهگیری ولتاژ رنج کلید ولتمتر را طوری انتخاب کنید که انحراف عقربه بیشترین مقدار ممکن را ردیف نام و مشخصات تعداد/ مقدار داشته باشد به عنوان مثال اگر می خواهید ولتاژ 4/5 ولت را یک دستگاه یک یا دودستگاه یک عدد یک عدد چهار رشته دو رشته یک سری اندازهبگیرید رنج ولتمتر را روی 5V قرار دهید. بر روی اکثر منابع تغذیه عالوه بر ولوم تنظیم ولتاژ یک ولوم دیگر به نام FINE وجود دارد که با تغییر این ولوم می توان ولتاژ خروجی را در حد دهم ولت تنظیم کرد. موضوع ب- ولتاژ در مدار سری و قانون KVL ولتاژ منبع تغذیه را صفر کنید. مداری مطابق شکل -93 ببندید. منبع تغذیه 0-15 V 1 مولتیمتر عقربهای یا دیجیتالی مقاومت 0/5-180Ω وات مقاومت 0/5-560Ω وات سیمهای یک سرگیره سوسماری سیمهای دو سرگیره سوسماری ابزار عمومی کارگاه الکترونیک مراحل اجرای آزمایش : موضوع الف - آشنایی با منبع تغذیه منبع تغذیه را با احتیاط به برق شهر وصل کنید. مدار شکل -9 را ببندید. حتی اگر منبع تغذیه شما ولت متر داشت باز هم خروجی آن را حتما به ولت متر جداگانه وصل کنید. شکل -93 رنج مولتی متر را روی 10 ولت قرار دهید. منبع تغذیه را طوری تنظیم کنید که ولت متری که مانند شکل -93 در مدار قرار دارد مقدار 6 ولت را نشان دهد. ولت متر را یک بار به دو سر مقاومت 180 اهم و یک شکل -9 بخش اول 66

39 در شکل -93 حوزهی کار مولتیمتر را روی 5 ولت قرار دهید. ولتاژ منبع تغذیه را به آرامی زیاد کنید. مولتیمتر را به قسمت ورودی مدار وصل کنید. افزایش ولتاژ منبع تغذیه را تا وقتی که مولتیمتر ولتاژ ورودی را 1 ولت نشان میدهد ادامه دهید. در این حالت ولتاژ دو سر مقاومتهای 180Ω و 560Ω را با مولتیمتر اندازه بگیرید و یادداشت کنید. توجه برای اندازهگیری ولتاژ در هر قسمت مولتیمتر را جابهجا کنید. بار به دو سر مقاومت 560 اهم وصل کنید. مقدار ولتاژ دو سر این مقاومتها را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. مقدار ولتاژی را که مولتیمتر در هر یک از حالتهای زیر نشان میدهد بخوانید و یادداشت کنید: مقدار ولتاژی را که V 1 مولتیمتر برای کل مدار =6 V نشان میدهد. مقدار ولتاژی را که ولتمتر V در دو سر مقاومت 180 اهم =... V نشان میدهد. مقدار ولتاژی را که ولتمتر V 3 در دو سر مقاومت 560 اهم =... V نشان میدهد. V =... V دهید. مقدار ولتاژی را که مولتیمتر در دو سر مقاومت 180Ω نشان میدهد. مقدار ولتاژی را که مولتیمتر در دو سر مقاومت 560Ω نشان میدهد. V 3 =... V V 1 است چرا توضیح =V V 3 سوال 15 : آیا مقدار Vو 1 6V= را به ازای V 3 V و سوال : 16 مقادیر توجه استفاده از مولتیمتر عقربهای یا دیجیتالی تفاوتی ندارد هر کدام را که در اختیار دارید استفاده کنید. V 1 با یکدیگر مقایسه کنید. چه نتیجه ای می گیرید =1V دقیقا توضیح دهید. 67 بخش اول

40 سوال : 17 آیا میتوان نتیجه گرفت که در هر دو مرحلهی Vبرقرار 1 است به =V V 3 آزمایش که انجام شد رابطهی عبارتی دیگر آیا جمع جبری افت ولتاژها در حلقهی بستهی V 1 توضیح دهید. -V -V 3 مدار سری صفر است 0= رنج مولتیمتر را روی 10 ولت تنظیم کنید. ولتاژ خروجی منبع تغذیه را روی 6 ولت تنظیم کنید. در این مدار اندازهگیری ها توسط یک مولتیمتر انجام میشود. شکل نشان داده شده مشخص کنندهی حالتهای اندازهگیری است. برای هر اندازهگیری باید سیمهای رابط مولتیمتر را جابهجا کنید. مولتیمتر در شکل -94 چه عددی را نشان میدهد یادداشت کنید. ولتاژی را که مولتیمتر در V 1 حالت )1( نشان میدهد. =...)v( موضوع ج- اندازهگيری ولتاژ دو سر مقاومتها در مدار موازی منبع تغذیه را روی صفر ولت بگذارید. مدار را مطابق شکل -94 ببندید. مولتی متر را در حالت )( در شکل -95 قرار دهید و به دو سر مقاومت 180 Ω وصل کنید و مقدار ولتاژ نشان داده شده را بخوانید و یادداشت کنید. ولتاژی را که مولتی متر در V حالت )( نشان می دهد. =...)v( شکل -94 بخش اول 68

41 ولتاژی را که مولتی متر در V 3 حالت )3( نشان می دهد. =...)v( V V 1 و سوال 18 :آیا هر سه ولتاژ اندازه گیری شده ی V 3 یکسان هستند چرا توضیح دهید. و -9-4 نتایج آزمایش : آنچه را که در این آزمایش فراگرفتهاید به اختصار شرح دهید. الف ب ج حالت )( حالت )3( حفاظت از وسایل مهارت ارزش گذاری بر ثروت را کاهش میدهد. 69 بخش اول شکل -95 مولتی متر را در حالت) 3 ( به دو سر مقاومت 560Ω اهم به صورت موازی وصل کنید و ولتاژ را بخوانید و یادداشت کنید. عمومی را ایجاد میکند و میزان هزینههایی که برای تحصیل هر فرد از طرف خانواده و دولت صرف می شود

42 برای جریان در مدار سری میتوانیم رابطهی زیر را بنویسیم: I = I = I = I = I I = I = I = I R1 R R3 یعنی : -10 محاسبهی جریان و توان در مدار سری و مدار موازی محاسبهی جریان و توان در یک مدار سری چون در مدار سری یک مسیر برای عبور جریان الکتریکی وجود دارد در نتیجه جریان عبوری از تمام مقاومتها ثابت است. مطابق شکل -96 در یک مدار سری هر یک از آمپرمترها جریانهای مساوی را نشان میدهند. طبق قانون اهم جریان کل در مدار سری شکل -96 برابر است با: I E E = = R R R R 1 3 مثال 1: در شکل -97 جریان هر یک از مقاومت های مدار و جریان کل مدار چند میلی آمپر است I R1 100 Ω R 150 Ω الف - مدار واقعی E =1V R 3 0 Ω R Ω شکل -97 محاسبه ی جریان در مدار سری حل: مقاومت معادل را به دست میآوریم: R = R R R R R = = 570Ω ب- نقشهی فنی شکل -96 جریان مدار سری همواره ثابت با استفاده از قانون اهم جریان مدار را محاسبه می کنیم: نکته : ولتاژ منابع تغذیهی DC را در مدارها با حروف E یا V نمایش میدهند. بخش اول 70

43 E I= IR = IR = IR = 1 3 R E 1 I = = = 0/ 01 I = 0/ 01 R 570 برای تبدیل جریان بر حسب میلیآمپر مقدار جریان بر حسب آمپر را در عدد 1000 ضرب می 57 کنیم: 3 1 = 1000m = 10 m I = 0/ = 1m I = 1m مثال : در شکل -98 دو عدد المپ 110 ولت 100 وات با هم سری شدهاند و به ولتاژ 0 ولت اتصال دارند. جریان عبوری از هر المپ چند آمپر است 0V 110V 100W I =? شکل V 100W حل: میتوانیم به جای دو عدد المپ دو عدد مقاومت در نظر بگیریم و به جای مدار عملی شکل -98 از نقشهی فنی مدار شکل -99 برای محاسبات استفاده کنیم. توجه در یک مدار سری توان کل مصرفی برابر با مجموع توان های مصرفی دو P =P 1 P سر هر مصرف کننده است. راه حل اول : ابتدا توان کل را به دست می آوریم: P = = 00W رابطه ی توان را بر حسب ولتاژ و جریان می نویسیم و جریان مدار را با استفاده از مقادیر توان و ولتاژ محاسبه می کنیم: P = I.V P 00 I = = = 0/ 91 I = / 91 V 0 V راه حل دوم: استفاده از رابطهی : = P ابتدا مقاومت R اهمی هر یک از مصرف کنندهها را با استفاده از ر بطهی توان V1 P1 = R R 1 1 ( 110) V1 = = = 11Ω P محاسبه می کنیم: R نیز با همین روش عمل می کنیم: برای مقاومت R ( 110) V = = = 11Ω P 100 0V R 1 =? R =? 110V 100W 110V 100W 71 بخش اول I =? شکل -99 برای حل مسئله سه روش وجود دارد روش اول استفاده از رابطهی P=EI است. مقدار مقاومت کل را محاسبه می کنیم: R = R1 R = = 4Ω

44 جریان مدار را به دست می آوریم: V 0 I = = = 0/ 91 I = 0/ 91 R 4 راه حل سوم: می دانیم جریان در مدار سری یکسان I=I 1 =I P با استفاده از رابطهی = I مقدار I را محاسبه میکنیم: V P 100 I = 1 = = 0/ 91 I = 0/ 91 V همان طور که مشاهده می شود مقدار جریان از سه روش است : یکسان است. R چند اهم است مثال 3 : در شکل -100 مقاومت R 1 را به دست می آوریم: ولتاژ دو سر V1 = R 1.I = 10 0/ 1 = 1V V را با استفاده از قانون حلقه ی KVL مقدار ولتاژ EV V = V = 0 V = 11(V) محاسبه می کنیم: R را به دست می آوریم: با استفاده از قانون اهم مقدار R V = R 1.I 11 = R 0/ 1 11 V = = 110Ω R = 110Ω 0/ محاسبه جریان و توان در مدار موازی جریان در هر شاخهی یک مدار موازی به نسبت عکس مقاومتهای هر شاخه تقسیم میشود زیرا طبق قانون مقدار = V است. اهم = I R در مدار موازی جریانی که از منبع کشیده میشود بین مقاومتها تقسیم میشود. یا به عبارت دیگر داریم: E =1V R 1 Ω 10 P1 = 0.1W R =? I I= I 1 I I n جریان جریان جریان جریانی که از منبع شکل -100 حل: عنصر n ام عنصر دوم عنصر اول کشیده می شود محاسبه میکنیم: 7 بخش اول R 1 مینویسیم: رابطهی توان را برای P 1 =V 1.I 1 =R 1.I R 1 و P را در رابطه قرار میدهیم و مقدار I را مقادیر جریان در مدار موازی بین عناصر به نسبت عکس مقدار اهمی مقاومت ها تقسیم می شود شکل E I E E E I1 = I = I 3 = R 1 R R 3 R 1 R R 3 شکل -101 جریان I به نسبت عکس مقدار اهمی مقاومت ها تقسیم می شود. 0/ 1 0/ 1 = 10I I = = 0/ I = 0/ 1

45 قانون جریان کریشهف) KCL ( مثال 4 : در شکل -104 جریان I5 چند آمپر است طبق این قانون )KCL( جمع جبری جریانهایی که در یک مدار الکتریکی به یک نقطه وارد میشوند برابر با صفر است یا به معنی دیگر جمع جریانهایی که به یک نقطه وارد میشوند برابر جمع جریانهایی است که از آن نقطه خارج می شوند شکل -10. گره شکل -104 حل: قانون KCL را در گره می نویسیم: I 1 -I -I 3 -I 4 I 5 =0 شکل -10 در شکل -10 جریانی برابر آمپر به نقطهی وارد میشودو جریانهای 0/5 و 1/5 آمپری ( )1/5 0/5 از آن نقطه خارج میشود. جریانهای وارده به نقطه یا گره )NODE( را معموال با عالمت مثبت)( و جریانهایی که از نقطه یا گره خارج میشوند با عالمت منفی)-( نشان میدهند. همانطور که در شکل -103 مشاهده میشود مجموع جریانهای ورودی به گره و جریان خارج شده از گره نیز است. به جای جریان ها مقدار عددی می گذاریم: I 5 =0 جریان I5 را به دست می آوریم: -10I 5 =0 I 5 =8 مثال 5 : در شکل -105 جریان I چند آمپر است گره E =60V I =? I1 I R 1 10 Ω R 15 Ω شکل -105 شکل -103 I 1 -I -I 3 =0 رابطهی باال را به صورت زیر نیز میتوانیم بنویسیم: I =0 حل: قانون KCL را در گره می نویسیم: I-I 1 -I =0 می خوانیم: زیگمای I برابر صفر است. 73 بخش اول

46 I را I 1 و R برابر با E است مقادیر R 1 و I را با استفاده از قانون اهم محاسبه مقاومت های I 1 و مقدار جریان می کنیم: محاسبه می کنیم: E 6 / 875 I = = = 0/ = 6 / 875 m R I = 6 / 875 m 1 E 6 / 875 I = = = 0/ = 3 / 15 m R 00 I == 3 / 15 m E 60 I1 = = = 6 I1 = 6 R 10 1 E I = I R = 60 = 4 = I را در رابطه ی KCL قرار می دهیم و مقدار I 1 و مقادیر I-6-4=0 I 10= 0 I= 10 I را حساب می کنیم: راه حل دوم: با استفاده از روابط زیر که به تقسیم جریان I 1 و بین دو شاخهی موازی مشهور است میتوانیم جریانهای I را محاسبه کنیم: I I R = 1 R R 1 I I R = 1 R R 1 I را I 1 و مثال 6 : در شکل -106 مقدار جریان های به دست آورید. و I 1 را محاسبه می کنیم: ابتدا مقدار 00 I1 = 10m = 6 / 875 m I = 6 / 875 m 1 E I = 10m I 1=? I =? R 1 1KΩ R.KΩ I را محاسبه می کنیم: مقدار جریان 1000 I = 10m = 3 / 15 m I = 3 / 15 m شکل -1 6 راه حل اول: R را محاسبه میکنیم: R مقدار R 1 و با توجه به مقادیر مثال 7 : توان تلف شده در هر مقاومت شکل -107 و توان مصرفی کل مدار چند وات است RR R = = = 687 / 5Ω R R E 4 V R 1 Ω. R Ω 3.3 R 3 Ω 4.7 ولتاژ E را محاسبه میکنیم: 3 E = 687 / = 6 / 875V شکل -107 با توجه به این که مدار موازی است و ولتاژ دو سر 74 بخش اول

47 حل: با استفاده از رابطهی مقدار توان را در هر یک از مقاومتها محاسبه میکنیم: ( 4) E P 1 = = = 61/ 8W P 1 = 61/ 8W R / 1 ( 4) E P = = = 174 / 5W P = 174 / 5W R 3/ 3 ( 4) E P 3 = = = 1 / 5W P 3 = 1 / 5W R 4/ 7 3 توان کل برابر است با مجموع توانهای مصرفی در هر مقاومت: P = P P P P = 61/ / 5 1 / 5 = 558 / 8W R 1 3 = 558 / 8W تمرین کالسی : 5 توان تلف شده در مقاومت در شکل -108 و توان مصرفی کل مدار چند هر وات است نکته : در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی آمپرمتر به صورت سری با مقاومت و سایر قطعات قرار میگیرد. -11 دستگاه اندازهگیری جریان»میلیآمپرمتر«برای اندازهگیری جریان ابتدا کلید سلکتور اصلی را در حالت DC قرار میدهیم اگر حدود جریان مورد اندازهگیری از قبل مشخص باشد رنج مناسب را انتخاب میکنیم. مثال اگر جریان مورد اندازهگیری حدود m باشد رنج را در حالت 3 m یا 5 m قرار میدهیم و مقدار جریان را اندازه میگیریم. چنانچه مقدار تقریبی جریان از قبل مشخص نباشد ابتدا رنج میلیآمپرمتر را در بیشترین مقدار خود میگذاریم و به تدریج مقدار رنج را کمتر میکنیم تا انحراف عقربه در حد مناسب باشد. هنگام تغییر رنج آمپرمتر حتما آمپرمتر را از مدار جدا کنید. هر آمپرمتر مقداری مقاومت داخلی دارد که به علت E = 100v R 1 1KΩ R KΩ وجود مقاومت ممکن است مقدار جریان اندازهگیری شده در دو رنج مختلف تفاوت داشتهباشد. شکل -108 انتخاب رنج مناسب در اندازه گیری جریان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اندازه گیری جریان در مولتی مترهای دیجیتالی معموال به نکته : 1 برای اندازه گیری جریان در مدارهای الکتریکی از آمپرمتر استفاده می شود. صورت اتوماتیک نیست. در هنگام اندازه گیری جریان باید تغییر رنج)حوزه ی کار( به صورت دستی انجام شود. برای اندازه گیری جریان در این دستگاه ها ابتدا سلکتور را در 75 بخش اول

48 -1 آزمایش شمارهی )3( زمان اجرا: 4 ساعت آموزشی -1-1 هدف آزمایش: اندازهگیری جریان در مدارهای سری و موازی و تحقیق عملی قانون KCL تأثیر تغییر ولتاژ روی مقاومت VDR -1- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز : تعداد/ مقدار نام و مشخصات تجهیزات ردیف یک دستگاه منبع تغذیه 0-15V-1 1 یک دستگاه مولتیمتر عقربهای یا دیجیتالی یک عدد مقاومتهای 560Ω 0Ω از هر کدام 3 یک عدد مقاومت وابسته به ولتاژ )VDR( 4 چهار رشته سیمهای دو سرگیره سوسماری 5 مقدار ماکزیمم قرار دهید. اگر مقدار جریان توسط تمامی ارقام صفحهی نمایش نشان داده نشد مولتیمتر را از مدار جدا کنید سپس رنج مولتیمتر را به تدریج کم کنید. درضمن در بسیاری از مولتیمترها ترمینال جریان از ترمینال ولتاژ جدا است. در این دستگاهها باید جریان را به ترمینال m و com اعمال کرد. اگر حدود جریان مورد اندازهگیری از قبل مشخص باشد رنج مناسب را انتخاب کنید. چنانچه مقدار تقریبی جریان از قبل مشخص نبود ابتدا رنج آمپرمتر را در بیشترین مقدار خود قراردهید. در شکل -109 یک نمونه میلیآمپرمتر مالتی رنج با 10 رنج مختلف نشان داده شده است. سیم های یک سر گیره سوسماری ابزار عمومی کارگاه الکترونیک چهار رشته یک سری مراحل اجرای آزمایش موضوع الف- اندازه گيری جریان در مدار سری ولتاژ منبع تغذیه را صفر کنید. مداری مطابق شکل -110 را روی بردبرد ببندید. شکل -109 یک نمونه میلی آمپرمتر آزمایشگاهی این نمونه میلی آمپر متر آزمایشگاهی است و گران قیمت است. برای اندازه گیری از مولتی متر استفاده کنید. توجه برای اندازهگیری جریان فقط از یک مولتیمتر و به صورت مرحلهای استفاده کنید. بخش اول 76

49 سوال : 19 آیا هر سه جریان یکسان هستند چرا توضیح دهید )1( توجه آمپرمتر در مدار به صورت سری به قطعات وصل می شود. )( )3( توجه هنگام تغییر رنج آمپرمتر حتما آن را از مدار جدا کنید یا جریان برق را قطع کنید. موضوع ب- تحقيق روی قانون KCL و اندازهگيری جریان در مدار موازی ولتاژ منبع تغذیه را صفر کنید. مداری مطابق شکل -111 ببندید. میلیآمپر متر را ابتدا مطابق شکل -111 به صورت سری به ورودی منبع تغذیهی حالت )1( اتصال دهید و مقدار جریان مدار را اندازهگیری و یادداشت کنید. کل I =I 1 =... m شکل -110 رنج میلیآمپرمتر را روی 10m بگذارید. منبع تغذیه را روی 6 ولت تنظیم کنید. جریانی که میلیآمپرمتر در حالتهای مختلف نشان میدهند را بخوانید و یادداشت کنید. کل I جریانی که میلیآمپر در =I 1 =... m حالت )1( نشان میدهد. I جریانی که میلیآمپر در =... m حالت )( نشان میدهد. I 3 جریانی که میلیآمپر در =... m حالت )3( نشان میدهد. 77 بخش اول

50 توجه در هر مرحله که مولتیمتر )میلیآمپرمتر( را از مدار جدا میکنید محل اتصال دو سیم مولتی متر را با یک قطعه سیم اتصال کوتاه کنید. طبق شکل -111 )حالت 3 ( میلیآمپرمتر را به طور سری به مقاومت 560 Ω وصل کنید و جریان را اندازهگیری و یادداشت کنید. I 3 =... m رنج میلیآمپرمتر حالت )1( را روی 50 m قرار دهید. ولتاژ خروجی منبع تغذیه را روی 5 ولت تنظیم کنید. مقادیری که میلیآمپر متر نشان میدهند را بخوانید و یادداشت کنید. جریانی که میلیآمپرمتر در حالت )1( نشان میدهد. جریانی که میلیآمپرمتر در حالت )( نشان میدهد. جریانی که میلیآمپرمتر در حالت )3( نشان میدهد. کل I =I 1 =... m I =... m I 3 =... m )1( I 1 =I I 3 سوال 0 :با توجه به نتایج آزمایش باال رابطه ی )( تأیید می شود چرا توضیح دهید. )3( شکل 111 طبق شکل -111 )حالت ( میلیآمپرمتر را به طور سری به مقاومت 0 Ω وصل کنید و جریان را اندازهگیری و یادداشت کنید. I =... m ولتاژ منبع تغذیه را کمی کم کنید تا میلیآمپرمتر در حالت )1( جریان 10 m را نشان دهد. جریانهای مقاومت 0 Ω )حالت ( و 560 Ω را )حالت 3 ( اندازه بگیرید و یادداشت کنید. بخش اول 78

51 موضوع ج- بررسی اثر تغييرات ولتاژ روی مقاومت اهمی وابسته به ولتاژ) VDR ( در صورت موجود بودن مقاومت VDR و نیز دسترسی به منبع ولتاژ Dc با رنج باال این آزمایش را می توانید انجام دهید. کنید. مقدار ولتاژ ورودی منبع تغذیه را روی 30 ولت تنظیم مدار شکل -11 را روی بردبرد ببندید. VDR V V منبع تغذیه کل I جریانی که میلیآمپرمتر در =I 1 = 10 m حالت )1( نشان میدهد. I جریانی که میلیآمپرمتر در =... m حالت )( نشان میدهد. I 3 جریانی که میلیآمپرمتر در =... m حالت )3( نشان میدهد. I 1 )قانون )KCL با - I -I 3 سوال : 1 آیا رابطهی 0= توجه به مقادیر به دستآمده در مدار شکل -111 صادق است توضیح دهید. -11 سوال : آیا رابطهی تقسیم جریان به دو شاخهی موازی در مدار شکل -111 صادق است توضیح دهید. یک ولتمتر به طور موازی به دو سر مقاومت VDR وصل کنید و ولتاژ دو سر آن را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. V VDR =... )V( با تغییر ولتاژ منبع تغذیه مطابق جدول زیر در هر مرحله مقدار ولتاژ دو سر مقاومت و نیز جریان عبوری از مدار را اندازه بگیرید و در جدول -5 یادداشت کنید. جدول -5 R1 I = I1 R R R روابط تقسیم جریان بین دو شاخهی موازی I3 = I1 R R )volt( E مرحله V VDR)V( I )( R VDR) Ω ( بخش اول

52 V با استفاده از رابطهی = R مقدار مقاومت VDR I را در هر مرحله محاسبه کنید و در جدول -5 بنویسید. سوال : 3 مقادیری را که برای مقاومت VDR در هر مرحله به دست آورده اید مقایسه کنید و دربارهی نتیجه توضیح دهید. -13 پیلها و باتریها پیل وسیلهای است که انرژی را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره و هنگام تحویل به مصرف کننده آن را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. از اتصال چند پیل الکتروشیمیایی یک باتری تشکیل میشود. در بین عامه به اشتباه از اصطالح باتری به جای پیل استفاده میشود انواع پیل در یک تقسیم بندی کلی می توان پیل ها را به دو دسته اولیه و ثانویه تقسیم کرد نتایج آزمایش: آنچه را که در این آزمایش فرا گرفته اید به اختصار شرح دهید. الف ب ج پیلهای اولیه پیلهایی هستند که قابل شارژ مجدد نیستند و پس از اتمام عمر مفید باید آنها را دور انداخت. از پیلهای اولیه که به صورت پیل یا باتری ساخته میشود میتوان انواع باتریهای ساعت مچی یا باتریهای چراغ قوه را نام برد. پیلهای ثانویه پیلهای قابل شارژ هستند. پس از خالی شدن مجددا میتوان آنها را با جریان DC شارژ کرد. پیلهای ثانویه را به صورت باتری میسازند. از انواع باتریهای ثانویه میتوان به باتری خودرو اشاره کرد که در انواع مختلف ساختهمیشود پیل های اولیه پیلهای اولیه در صنعت اصطالحا تحت عنوان»پیلهای خشک«معروف هستند. و مهم ترین آنها به شرح زیر است: الف: پیل روی- کربن پیل روی- کربن یکی از رایج ترین پیلها و از انواع پیل اولیه و غیر قابل شارژ است. این پیلها که در اندازههای قلمی متوسط و بزرگ با کاربردهای گوناگون تولید و به بازار عرضه میشود. ولتاژ پیل روی- کربن 1/5 ولت است و به ابعاد پیل بستگی ندارد. به پیل روی- کربن پیل لکالنشه نیز بخش اول 80

53 می گویند. شکل -113 نمونه هایی از پیل های روی- کربن را نشان می دهد. ج: پیل های لیتیوم) Lithium ( نوع دیگری از پیلهای یک بار مصرف پیلهای لیتیوم هستند که اخیرا نوع قابل شارژ آن نیز ساخته شده است. از ویژگی این نوع پیلها ولتاژ خروجی زیاد) /9 تا 3/7 ولت بستگی به الکترولیت آن( طول عمر زیاد) 5 تا 7 سال( وزن کم و حجم کم آن است. از این رو از این باتری در ساعتهای مچی و کاربردهای ویژهی مشابه استفاده میشود. شکل -115 نمونههایی از انواع پیل و باتری لیتیوم را نشان میدهد. شکل -113 نمونه ی از پیل های روی - کربن در بازار به این نوع پیل ها به غلط باتری می گویند. ب: پیل قلیایی )آلکالین( ولتاژ پیل قلیایی مانند پیل روی- کربن 1/5 ولت است. با ابعاد مشابه پیل قلیایی میتواند گنجایش جریانی دو تا پنج برابر پیل روی- کربن را داشته باشد. همچنین در اثر کشیدن جریان ولتاژ پیل قلیایی افت کمتری نسبت به پیل روی- کربن دارد) زیرا مقاومت داخلی کوچکتری دارد(. بنابراین در جایی که جریان بیشتر همراه با عمر بیشتر مورد نظر باشد میتوان از باتری قلیایی به جای باتری روی- کربن استفاده کرد. شکل -114 چند نمونه از باتری قلیایی را نشان میدهد. شکل -114 چند نمونه پیل قلیایی شکل -115 انواع پیل و باتری لیتیوم پیل های لیتیوم را به صورت باتری نیز می سازند. د: پیل اکسید نقره این نوع پیل از تولیدات دههی اخیر است که ولتاژی برابر 1/5 ولت دارد. پیل اکسید نقره در ابعاد بسیار کوچک تولید میشود به همین جهت در ساعتهای مچی یا دستگاههای مشابه کوچک که با باتری 1/5 ولت کار میکنند مورد استفاده قرار میگیرند. پیلهای اکسید نقره در وسایل الکترونیک با ابعاد کوچک مانند ماشین حساب جیبی نیز کاربرد دارد. شکل -116 شکل ظاهری چند نمونه پیل و ساختمان داخل آن را نشان میدهد. 81 بخش اول

54 پیل سرب- اسید پیل سرب- اسید یکی از قدیمیترین و رایجترین پیلها و از نوع ثانویه و قابل شارژ شدن است. در باتری های به کار رفته در اکثر اتومبیلها از این نوع پیل استفاده میشود. در شکل -117 ساختمان داخلی باتری سرب- اسید را مشاهده میکنید که معموال در اتومبیل به کار میرود. درپوش آند محفظه پیل صفحات مثبت صفحه آندبه صورت پودری شکل -116 شکل ظاهری چند نمونه پيل اکسيد نقره و ساختمان داخلی آن الساندرو ولتا) ( واحد اختالف پتانسیل )ولتاژ( به نام اوست و پیل روی- کربن )ولتا( را ساخته است. کاتد واشر جداکننده صفحات منفی محفظه پالستیکی محکم اتصاالت الکتریکی پایه ها درپوش جدا کننده های پالستیکی صفحه تکیه گاه پیل های ثانویه پیلهای ثانویه قابلیت پر شدن )شارژ( و خالی شدن )دشارژ( مکرر را دارند. از انواع این نوع پیلها میتوان پیلهای سرب- اسید و نیکل- کادمیوم را نام برد. شکل -117 ساختمان باتری سرت - اسید پیلهای نیکل- کادمیوم این پیل نیز از انواع پیلهای ثانویه است و قابلیت شارژ شدن را دارد. ولتاژ نامی این پیل دربار کامل 1/ ولت و در حالت بخش اول بی باری 1/3 تا 1/38 ولت است. میزان جریان دهی لحظه ای 8

55 این پیل خیلی زیاد است به دفعات بسیار زیاد میتواند شارژ شود. این پیل را میتوان بهطور کامل تخلیه و مجددا شارژ کرد. باتری بسیاری از اتومبیلهای جدید و همچنین بعضی از تلفنهای همراه از ترکیب پیلهای نیکل- کادمیوم است. معموال بر روی پیلهای نیکل کادمیوم واژه»RECHRGLE«به معنی قابل شارژ شدن را مینویسند. در شکل -118 نمونههایی از پیلهای نیکل - کادمیوم نشان داده شده است. -14 اتصال پیلها اتصال سری پیلها اگر پیلها را طوری به هم وصل کنیم که قطب منفی هریک به قطب مثبتدیگری اتصال داشته باشد و این روش اتصال تا آخرین پیل ادامه یابد این نوع اتصال را»اتصال سری«موافق پیلها مینامند شکل -10. شکل -10 اتصال سری پیل ها جریان عبوری از مدار چند پیل که با هم سری شدهاند برای همهی پیلها مساوی است. ولتاژ کل پیلهای سری در شکل -11 از رابطهی زیر قابل محاسبه است: V1 V V 3 V n شکل -118 بیل نیکل کادمیوم I I I اندازهی باتریهای کوچک که مصرف خانگی دارند مانند رادیوهای کوچک ساعت و غیره را با حروف مشخص میکنند. مثال باتری بزرگتر از است. در شکل -119 نام انواع باتریهای خانگی در زیر هر یک نوشته شده است. شکل -11 جریان عبوری از اتصال سری پیل ها V = V = V V V... V 1 3 n مثال 8 : هرگاه چهار باتری مانند شکل -1 به صورت سری موافق به هم وصل شوند ولتاژ کل مدار چه مقدار است V V = 3v V 3 = 6v V 4 = 4.5v 1 = 1.5v I R1 = 1KΩ شکل -119 نمادهای انواع پیل های قلمی متوسط و بزرگ شکل -1 اتصال چهار باتری به صورت سری 83 بخش اول

56 حل: برای محاسبهی ولتاژ کل باید ولتاژ هر یک از پیلها را با هم جمع کنیم مقاومت داخلی پیل ها V = V V V V V = 1/ / 5 V = V = 15 V یک پیل را در نظر میگیریم و ابتدا به کمک ولتمتر ولتاژ دو سر پیل را اندازهگیری میکنیم. سپس این پیل را به دو سر مقاومت وصل میکنیم و مجددا ولتاژ دو سر پیل را اندازه میگیریم. از مقایسهی ولتاژها در می یابیم که ولتاژ اندازهگیری شده در مرحلهی دوم از مرحلهی اول کمتر است. در صورتی که انتظار داشتیم ولتاژ اندازهگیری شده در هر دو مرحله یکسان باشد. اختالف ولتاژ حاصل شده در دو مرحلهی اندازهگیری را این گونه تعبیر میکنیم که باید حتما در داخل پیل مقاومتی وجود داشته باشد که با عبور جریان مقداری از ولتاژ پیل در دو سر آن افت کرده است و باعث کاهش ولتاژ خروجی پیل در مرحلهی دوم شده است. این مقاومت را»مقاومت داخلی پيل«مینامند شکل -13. مقاومت داخلی پیل را با حرفr نمایش میدهند. این مقاومت همیشه با مصرف کننده به صورت سری قرار می گیرد. توجه در صورتی که بخواهیم ولتاژ کل را افزایش دهیم پیل ها را به طور سری با هم می بندیم. اگر پیل های سری شده را به صورت واقعی یعنی با مقاومت داخلیr در نظر بگیریم اثر مقاومت پیل ها در مدار مانند چند مقاومت ظاهر می شود. مثال 9 : در شکل -14 سه باتری به صورت سری یک مقاومت را تغذیه می کند مطلوب است: الف- ولتاژ کل مدار ب- مقاومت داخلی کل باتری ها R L ج- جریان عبوری از مقاومت V1 = 10V V = 14V V3 = 6V r 1 r r 3 r 1 = 3 Ω r r 3 I حل: RL = 0Ω شکل -14 ولتاژ کل را بدون در نظر گرف ن مقاومت های داخلی پیل ها محاسبه می کنیم: الف( V = V1 V V3 V = = 30V ب( چون مقاومت داخلی پیل ها به صورت سری با هم بسته شده اند مقاومت معادل آن را به دست می آوریم.: E r I U L R L r = r r r r 1 3 = 3 5 = 10Ω بخش اول شکل -13 مقاومت داخلی باتری 84

57 ج( طبق قانون اهم جریان از رابطه ی زیر به دست می آید: I V = L RL r = I = 1 L توجه اگر ولتاژ پیلهای سری شده با هم برابر باشند ولتاژ کل آنها از V محاسبه میشود. رابطهی =n.v اتصال متقابل)سری مخالف( پیل ها یکی دیگر از روشهایی که میتوان پیلها را به صورت سری به هم اتصال داد حالت اتصال سری مخالف است. در این روش نحوهی اتصال قطبهای مثبت و منفی پیلها ترتیب خاصی ندارد و ممکن است قطبهای هم نام به هم وصل شوند و یا قطبهای غیر هم نام به یکدیگر اتصال داده شوند. به عبارت دیگر در این نوع اتصال تعدادی از پیلها به صورت سری مخالف )منفی به منفی و مثبت به مثبت( بسته میشوند شکل -15. منفی پیل ها و قطب های ولتاژ دو سر مقاومت بار را مشخص می کنیم سپس یک جهت فرضی را برای جریان مدار در نظر می گیریم و طبق آن در حلقه ی بسته حرکت می کنیم شکل V 1 V V3 V4 V5 I R.-16 شکل -16 پنج باتری به صورت متقابل وصل شده اند. اگر جهت فلش جریان به قطب مثبت پیل وارد شود آن را مثبت و اگر به قطب منفی پیل وارد شود آن را منفی در نظر می گیریم. در مدار شکل -16 معادله ی KVL به صورت زیر نوشته می شود: V1 V V3 V4 V5 RI = 0 توجه در این مدار نیز به جهت قرار دادی جریان برای نوشتن KVL توجه شده است. V 1 V V3 V4 V5 شکل -15 چنان چه بخواهیم برای افزایش ولتاژ یا افزایش جریان چند پیل را به صورت سری یا موازی ببندیم باید مشخصات پیل ها کامال با هم مشابه باشد. برای محاسبه ی ولتاژ کل مدار ابتدا قطب های مثبت و اتصال موازی پیل ها هر گاه تعدادی پیل را طوری به هم اتصال دهیم که قطب مثبت همهی پیلها به یکدیگر و قطب منفی آنها نیز به هم متصل شوند این نوع اتصال را»اتصال موازی«میگویند شکل بخش اول

58 I I V 1 I 1 I I 3 V V 3 شکل -17 V n از اتصال موازی پیل ها زمانی استفاده می شود که جریان مورد نیاز بیشتر از میزان جریان دهی یک پیل باشد. در اتصال موازی پیل ها ولتاژ دو سر مدار ثابت است. I n در اتصال موازی پیل ها داریم: از طرفی چون پیلها مساوی هستند میتوانیم از رابطهی زیر نیز استفاده کنیم: r r = r = n مثال 30 : در مدار شکل -19 مطلوب است: الف( کاربرد مدار ب( مقاومت داخلی کل پیلها از دو نقطهی و V 1 1.5V V 1.5V V 3 1.5V V = V = V = V = V =... = Vn =ولتاژ مدار 1 3 r1 1Ω r Ω r 3 3Ω I = I = I = I =... = I =جریان دهیکل پیلها 1 3 n شکل -19 از طرفی چون پیل ها از نظر ولتاژ یکسان هستند پس I = I = I =... = I I = ni 1 3 n می توانیم بنویسیم: اگر مقاومت داخلی هر پیل را نیز برابر در نظر بگیریم مداری مطابق شکل -18 به دست میآید. در این مدار مقاومت معادل پیلها مشابه مقاومتهای موازی قابل محاسبه است و از رابطهی زیر حساب میشود: حل: الف(چون پیلها موازی هستند جریا ی بیشتر از جریان یک پیل به بار میرسد. ب( مقاومت داخلی از رابطهی مقاومتهای موازی به = r r r r 3 دست می آید: مقادیر مقاومتهای داخلی پیلها را در رابطه جایگزین میکنیم: V 1 V V 3 V n = r = = r 6 6 r = 0/ 54Ω r1 I 1 r I r 3 I 3 شکل =... r r r r r 1 3 n r n I n بخش اول 86

59 -15 آزمایش شماره )4( زمان اجرا: 3 ساعت آموزشی هدف آزمایش: اتصال سری و موازی پیلها به صورت عملی تجهیزات ابزار قطعات و موارد مورد نیاز : تعداد/ مقدار نام و مشخصات ردیف یک دستگاه ولت متر دیجیتالی 1 سه عدد پیل قلمی 1/5 ولتی یک عدد مقاومت 1W 1KΩ 3 یک قطعه بردبرد 4 پنج رشته سیم های دو سرگیره سوسماری 5 به مقدار الزم سیم رابط تلفنی 6 یک عدد سیم چین 7 یک عدد سیم لخت کن مراحل اجرای آزمایش: موضوع الف- به هم بستن سری پيلها با استفاده از ولتمتر دیجیتالی ولتاي DC پیلها را اندازه بگیرید و یادداشت کنید شکل مدار شکل -131 را روی برد برد ببندید. I V = 1.5V R L= 1K V شکل -131 ابتدا به کمک مولتی متر دیجیتالی ولتاژ دو سر R L را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. مقاومت V R L =...V رنج دستگاه اندازه گیری را جهت اندازه گیری جریان آماده کنید. مولتی متر دیجیتالی را در حوزه ی کار آمپرمتر به صورت سری در مدار قرار دهید و جریان را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. =... I R L سوال : 4 آیا ولتاژ اندازه گیری شده ی دو سر پیل با ولتاژ اندازه گیری شده ی دو سر مقاومت یکی است در هر صورت پاسخ خود را شرح دهید. V1 V V3 V شکل بخش اول V 1 V V 3 =...V =...V =...V

60 سه پیل را به صورت مدار شکل -13 اتصال دهید. V که قبال سوال 6: آیا بین مقدار این ولتاژ و اندازه گیری کردید تفاوتی وجود دارد چرا V1 V V3 V شکل -13 با ولت متر dc ولتاژ دو نقطه ی و را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. V =...V سوال 5: از مقدار ولتاژ به دست آمده چه نتیجه ای می گیرید مولتیمتر دیجیتالی را برای اندازهگیری جریان در حوزهی کار آمپرمتر قرار دهید. جریان مدار شکل -133 را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. I = سوال 7: جریان در این مرحله که سه پیل در مدار وجود دارد نسبت به مرحلهای که فقط یک پیل در مدار وجود داشت چه تغییری کردهاست شرح دهید. یک مقاومت 1KΩ را مانند شکل -133 به مدار اضافه کنید. موضوع ب- اتصال موازی پيل ها و اندازه گيری مقادیر ولتاژ و جریان مدار شکل -134 را ببندید. V R = 1KΩ V 1 V V 3 شکل -133 با مولتی متر دیجیتالی ولتاژ دو سر مقاومت را اندازه شکل -134 بگیرید و یادداشت کنید. V R L =...V بخش اول 88

61 با مولتی متری که در حوزه ی کار ولت DC قرار دارد V 1 V V 3 RL = 1KΩ ولتاژ دو نقطه ی و را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. V =...V شکل -136 I =... I I 1 3 =... =... یک مقاومت 1KΩ را با پیل ها موازی کنید. DC را با استفاده از مولتی متر R L ولتاژ دو سر مقاومت اندازه بگیرید و یادداشت کنید شکل سوال 9 :از مقایسهی جریانها در این دو مرحله چه نتیجهای میگیرید توضیح دهید. V 1 V V 3 RL = 1KΩ V شکل -135 V R L =...V سوال 8: ولتاژ اندازه گیری شده در این دو مرحله یکی هستند چرا توضیح دهید. مدار شکل -137 را با دو پیل و یک مقاومت ببندید. I 1 V 1 V I RL = 1KΩ I L شکل -137 با استفاده از مولتیمتر در حوزهی کار آمپرمتر dc R L را اندازه بگیرید و یادداشت جریان جاری شده در مقاومت کنید. 89 بخش اول I L =... مولتی متر را در حوزه ی کار آمپرمتر به تفکیک در مسیر پیل ها قرار دهید و مانند شکل -136 جریان هر یک از پیل ها را یادداشت کنید. با استفاده از مولتی متر که در حوزه ی کار ولت متر R L را اندازه بگیرید و DC قرار دارد ولتاژ دو سر مقاومت یادداشت کنید. V R L =...V

62 R L در نتایج آزمایش : سوال 30 :آیا این ولتاژ با ولتاژ دو سر مقاومت حالی که سه پیل با هم موازی شده بودند یکی است چرا توضیح دهید. آن چه را که در این آزمایش فراگرفته اید به طور اختصار شرح دهید. الف ب ج صاحب نظران علم مدیریت معتقدند: اگر 0 درصد زمان خود را صرف برنامهریزی کنیم با اطمینان بیشتری در مورد 80 درصد زمان باقیمانده قدم برمیداریم. با استفاده از آمپرمتر dc جریان هر یک از شاخه ها را مانند شکل -138 اندازه بگیرید و یاداشت کنید. I I I V 1 V 1 R L شکل -138 RL =... =... =... = 1KΩ سوال 31 :جریان های هر یک از پیل ها و جریان عبوری مقاومت بار در این مرحله چه تفاوتی با جریان های اندازه گیری شده ی مرحله ی قبل دارد توضیح دهید. بخش اول 90

63 الف( 00Ω± 10 ب( 0Ω± 10 ج( Ω± 5 00 د( 0Ω± 5 آزمون پایانی فصل ( ( 1- پیلهای لیتیوم چند ولتی هستند الف( 1/ ب( 1/5 ج( 3 د( 6 - پیلهای 1/5 ولت کوچک )مخصوص ساعت مچی( معموال از کدام نوع پیل ساختهمیشوند الف(آلکالین ب(روی- کربن د(اکسید نقره ج(لیتیوم 3- پیلهای اولیهی قابل شارژ... و پیلهای ثانویه قابل شارژ.... الف( هستند- نیستند ب(هستند- هستند ج(نیستند- نیستند د(نیستند- هستند 4- مزیت باتریهای آلکالین بر باتریهای روی- کربن کدام است الف(حجم کمتر ب(ولتاژ بیشتر ج( جریان دو تا 5 برابر د( جریان دهی تا صد برابر 5- مقدار مقاومت شکل -138 کدام است 7- ترمیستوری را که تغییر مقاومت آن با افزایش دما نسبت مستقیم دارد... می گویند. 8- مقاومت های الیه ای معموال از ترکیبات اکسید فلزی... و... ساخته می شوند. 9- مقاومت هایی که در اثر افزایش دما مقدار مقاومت شان کاهش می یابد NC نام دارد. صحیح غلط 10 -تلرانس مقاومت های سری E1 برابر ± 10 است. صحیح غلط 11- کدام گزینه مقدار اهم و تلرانس مقاومت شکل -141 را نشان می دهد قهوه ای قرمز قرمز شکل -141 سبز آبی الف( Ω± 56/ ب( 6/84Ω± 10 ج( 56/KΩ± 1 د( 6/84KΩ± 1 1- در مدارهای الکتریکی آمپرمتر به صورت... و ولت متر به صورت... قرار می گیرد. است الف(سری- سری ب(سری- موازی ج( موازی- سری د(موازی- موازی 13- ولتاژ هر پیل نیکل- کادمیوم حدود چند ولت الف- 1/5 ب( 1/3 ج( د( 1/35 91 بخش اول شکل -139 ب( 470Ω± 10 الف( 0 ±470Ω د( 470MΩ± 10 ج( 470MΩ± 0 6- مقاومت معادل شکل -140 چند اهم است شکل -140

64 R R 3 R الکترود مثبت کدام یک از باتری های زیر از جنس 560KΩ R 1 56KΩ 100KΩ 1MΩ R 5 100KΩ اکسید منگنز است الف( سرب- اسید ب( روی- کربن 1 5 v 9 v ج( قلیایی د( جیوه ای 15- ولتاژ دو سر مقاومت در مدار شکل -14 چند ولت شکل -143 است مراحل محاسبه را بنویسید. مراحل محاسبه را بنویسید. الف( 3/3 ب( 0/0 الف( 7 ب( 13 ج( 0/045 د( 10 ج( 18 د( 3 5 v 17- توان مصرفی در مدار شکل -144 چقدر است ب( 14/4mw الف( 1/44mw د( 14/4w ج( 1/44w 1 0 v R 8 v شکل -14 1v 1v 1v 10K Ω شکل جریان در مدار شکل -143 چند میکرو آمپر است 18- جریان عبوری از مقاومت بار شکل -145 چند میلیآمپر است الف( 11/9 ب( 6 ج( 3 د( 1/4 بخش اول 9