قانون اهم چیست؟ شرح کاربرد و ویژگی های آن
قانون اهم بی شک یکی از مهم ترین اصول حوزه علم الکترونیک است. این قانون اساس طراحی مدار های الکترونیکی را تشکیل می دهد. متخصصان فعال در این زمینه قطعا با این قانون آشنایی دارند؛ اما برای مبتدیان و عامه مردم ممکن است این سوال پیش بیاید که قانون اهم دقیقا چیست؟ فرمول آن چگونه است؟ و اصلا این قانون چه کاربردی دارد؟ در این مطلب از رویال صنعت سامانه همراه ما باشید تا شرح کاملی از خصوصیات، کاربرد، فرمول، نمودار و بررسی قانون اهم را برایتان توضیح دهیم.
فرمول قانون اهم چیست؟
قانون اهم می گوید:
جریان عبوری از یک جزء، مانند یک مقاومت یا یک دیود با ولتاژ دو طرف آن جزء تقسیم بر مقاومت آن ترکیب، برابر است. این قاعده کلی در سه فرمول بیان می شود. در ادامه این مطلب، با توجه به تصویر زیر، فرمول های این قانون را بیشتر توضیح خواهیم داد.
بر اساس آنچه در تصویر ذکر شده است، جریان با نماد «I»، مقاومت با نماد «R» و ولتاژ با نماد «V» نشان داده می شوند. قانون اهم سه فرمول دارد و نشان دادن آن در قالب یک مثلث، به ما می گوید که هر سه این فرمول ها در اصل یکسان هستند و کاربرد دارند. تمام آن ها به یک اندازه تایید شده اند و هیچ کدام را نمی توان فرمول اصلی یا اساسی دانست.
بیشتر بخوانید: مقاومت الکترونیکی و انواع آن
بررسی اجمالی تاریخچه قانون اهم
گئورگ سایمون اهم، فیزیکدان و ریاضی دان آلمانی، ابتدا در سال 1826 مقالاتی را در خصوص انتقال گرما منتشر کرد و سپس در سال 1827 قانون اهم را در خصوص رابطه بین جریان، مقاومت و ولتاژ بیان کرد. او در بیان این قوانین از ژان باپتیست ژوزف فوریه و بیانات او در خصوص هدایت گرما الهام گرفت.
او برای اندازه گیری جریان از یک گالوانومتر استفاده کرد و دانست که ولتاژ بین پایانه های ترموکوپل با دمای محل اتصال تناسب دارد. او سپس سیم های آزمایشی، قطر و مواد را برای تکمیل مدار اضافه کرد و بیان کرد که داده هایش را می توان از طریق معادله قانون اهم مدل سازی کرد.
هر چند که منتقدان زیادی در آن سال ها با اهم و قانونش سر عناد و دشمنی داشتند و حتی قانون او را مایه تمسخر و فانتزی می دانستند؛ اما گذر سالیان اثبات کرد که قانون اهم یکی از اصلی ترین قوانین الکتریسیته است.
نقش قانون اهم در الکترونیک چیست؟
با مشخص شدن ولتاژ باتری در یک مدار، قانون اهم این امکان را فراهم می کند تا مهندسان ویژگی های یک مدار را تعیین کنند. ویژگی هایی مانند چه مقدار جریان از مدار می گذرد؟ چه مقدار مقاومت در مدار وجود دارد؟ و… . این قانون در نهایت منجر به کنترل مقدار جریان در مدار می شود و مهندسان را قادر می سازد تا مقاومت هایی را برای کاهش و افزایش مقدار جریان مورد نیاز در کاربرد های مختلف به مدار اضافه و حذف کنند.
قانون اهم همچنین منجر به توصیف توان الکتریکی (یعنی نرخ جریان انرژی در ثانیه) می شود. در همین راستا مهندسان می توانند از آن استفاده کنند تا اطمینان حاصل کنند که مدار آن ها انرژی کافی برای برآوردن نیاز ها را فراهم می کند.
به طور خلاصه، سه کاربرد قانون اهم عبارتند از:
⦁ تعیین ولتاژ، مقاومت یا جریان یک مدار الکتریکی
⦁ حفظ افت ولتاژ مورد نظر در قطعات الکترونیکی
⦁ انحراف جریان در آمپرمتر های DC و دیگر شنت های DC
در صورت نیاز به مشاوره،راهنمایی و سفارش طراحی و تولید برد الکترونیکی، با شرکت royalssco.com تماس بگیرید.
محدودیت های قانون اهم
بسیاری از قوانین در صنعت الکترونیک بسیار بحث برانگیز هستند. این قوانین سوالات زیادی را به وجود آورده اند. سوالاتی نظیر اینکه «آیا قانون اهم همیشه درست است؟»
اولاً، قانون اهم برای اجزای الکتریکی، یک طرفه اعمال نمی شود. نمونه هایی از این موارد شامل دیود ها و ترانزیستور ها است.
دوم، سطح ولتاژ با توجه به زمان برای قطعات الکترونیکی غیر خطی که خازن و مقاومت دارند، سازگار نخواهد بود. این امر اجرای قانون اهم را در چنین حالاتی دشوار می کند.
نیمه هادی هایی مانند سیلیکون از قانون اهم تبعیت نمی کنند و در نتیجه به عنوان هادی های غیر اهمی از آن ها یاد می شود. این موضوع به ما می گوید که نسبت ولتاژ به جریان برای تغییرات ولتاژ ثابت نمی ماند. اگر شرایط فیزیکی مانند دما یا فشار ثابت نمانند، قانون اهم ممکن است نتایج مطلوب را به همراه نداشته باشد.
نتیجه گیری
قانون اهم از سال 1827 که برای نخستین بار توسط گئورگ سایمون اهم، ریاضی دان و فیزیکدان آلمانی، نامش بر سر زبان ها افتاد تا به امروز، به جایگاه مهم و اساسی ای در میان اصول حوزه الکترونیک رسیده است. این قانون به رابطه میان ولتاژ، جریان و مقاومت می پردازد و با سه فرمول اصلی بیان می شود. قانون اهم می گوید که جریان الکتریکی با ولتاژ متناسب است و با مقاومت نسبت معکوس دارد. در این مطلب از رویال صنعت سامانه، سه فرمول این قانون، کاربرد هایش و زیر و بم های آن را بیان کردیم. امیدواریم که با خواندن این مطلب با اهمیت این قانون بیشتر آشنا شده باشید.
سوالات متداول
⦁ تعیین ولتاژ، مقاومت یا جریان یک مدار الکتریکی
⦁ حفظ افت ولتاژ مورد نظر در قطعات الکترونیکی
⦁ انحراف جریان در آمپرمتر های DC و دیگر شنت های DC
اولاً، قانون اهم برای اجزای الکتریکی، یک طرفه اعمال نمی شود. نمونه هایی از این موارد شامل دیود ها و ترانزیستور ها است.
دوم، سطح ولتاژ با توجه به زمان برای قطعات الکترونیکی غیر خطی که خازن و مقاومت دارند، سازگار نخواهد بود. این امر اجرای قانون اهم را در چنین حالاتی دشوار می کند.