جریان الکتریکی به معنای حرکت بارهای الکتریکی در یک مسیر مشخص و تحت تأثیر اختلاف پتانسیل است. این حرکت می‌تواند در رساناهای فلزی، نیمه‌هادی‌ها، یا محلول‌های یونی رخ دهد. بارهای الکتریکی که جریان را تشکیل می‌دهند، معمولاً الکترون‌ها یا یون‌ها هستند. جریان الکتریکی، به دلیل اختلاف پتانسیل بین دو نقطه از مدار الکتریکی به وجود می‌آید، که این اختلاف می‌تواند ناشی از منابع مختلفی مانند باتری‌ها، ژنراتورها یا منابع تغذیه باشد. در ادامه با این موضوع که جریان الکتریکی چیست بیشتر آشنا می‌شویم.

جریان الکتریکی چیست؟

واحد اندازه‌گیری جریان، آمپر (با نماد A) است. با اضافه کردن پیشوندها به واحدهای مختلفی مانند میکرو آمپر Aµ ، میلی آمپر mA یا کیلوآمپر kA بیان می شود. برای اندازه‌گیری شدت جریان عبوری از یک مدار، از ابزارهای دقیقی همچون آمپرمتر یا گالوانومتر استفاده می‌شود. جریان الکتریکی معمولاً به صورت قراردادی از قطب مثبت به قطب منفی در نظر گرفته می‌شود، هرچند که حرکت واقعی الکترون‌ها، برعکس این جهت است. آمپرمتر به صورت سری در مدار قرار می‌گیرد تا بتواند مقدار دقیق جریان الکتریکی را سنجش کند. پاسخ جامع تری به پرسش، جریان الکتریکی چیست، در وب سایت پارس الکترونیک شرح داده ایم.

چگالی جریان الکتریکی

چگالی جریان الکتریکی، معیاری برای بیان توزیع جریان در یک رساناست و به صورت مقدار جریان عبوری از واحد سطح مقطع رسانا تعریف می‌شود. این کمیت که با نماد J نمایش داده می‌شود، یک کمیت برداری است، به این معنی که علاوه بر مقدار، دارای جهت نیز هست.
جهت چگالی جریان، همان جهت فرضی جریان الکتریکی است. رابطۀ بین جریان و چگالی جریان به صورت زیر بیان می‌شود:

J=I/A

که در آن I مقدار جریان و A سطح مقطع رسانا است. چگالی جریان به ما این امکان را می‌دهد که رفتار جریان در قسمت‌های مختلف یک ماده یا سیستم الکتریکی را با دقت بیشتری تحلیل کنیم. بررسی چگالی جریان برای طراحی مدارهای پیشرفته، تحلیل انتقال گرما و بررسی پایداری مواد رسانا بسیار ضروری است.

قانون اهم و ارتباط آن با جریان الکتریکی

قانون اهم، یکی از اصول پایه‌ای فیزیک الکتریسیته است که ارتباط میان جریان، ولتاژ و مقاومت را مشخص می‌کند. طبق این قانون، شدت جریان الکتریکی (I) عبوری از یک رسانا، با اختلاف پتانسیل (V) دو سر آن نسبت مستقیم و با مقاومت الکتریکی (R) نسبت معکوس دارد. این رابطه به صورت زیر نمایش داده می‌شود:

R=V/I

این فرمول، امکان تحلیل و طراحی مدارهای الکتریکی را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، با استفاده از قانون اهم می‌توان میزان جریان عبوری از یک مقاومت را تعیین کرد یا مقدار ولتاژ مورد نیاز برای تولید یک جریان مشخص را محاسبه نمود. درک قانون اهم، اساس تحلیل مدارهای پیچیده‌تر در سیستم‌های الکتریکی است.

نقش جریان الکتریکی در صنعت

جریان الکتریکی در صنایع مدرن نقش غیرقابل‌انکاری ایفا می‌کند. از جوشکاری و برش فلزات گرفته تا تأمین نیروی تجهیزات پزشکی پیشرفته، جریان الکتریکی ستون فقرات فعالیت‌های صنعتی است. در صنعت الکترونیک، منابع تغذیه سوئیچینگ برای تولید ولتاژ و جریان پایدار به مدارها طراحی می‌شوند. این منابع علاوه بر بهره‌وری بالا، امکان کنترل دقیق پارامترهای الکتریکی را فراهم می‌کنند. همچنین، ابزارهایی نظیر آمپرمترها و ولت‌مترها برای نظارت بر جریان و ولتاژ در مدارها استفاده می‌شوند تا از بروز خطاها و خرابی‌ها جلوگیری شود. این ابزارها در سیستم‌های پیچیده‌ای نظیر خطوط تولید صنعتی، نقشی حیاتی دارند.

نقش مقاومت در هدایت الکتریکی

مقاومت الکتریکی خاصیتی از مواد است که در برابر جریان الکتریکی مقابله می‌کند. این خاصیت که با واحد اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود، به میزان سختی عبور جریان از یک ماده اشاره دارد. در مقابل، هدایت الکتریکی که معکوس مقاومت است، نشان‌دهندۀ سهولت عبور جریان از ماده است و با واحد زیمنس (S) سنجیده می‌شود.

عوامل متعددی مانند نوع ماده، طول، سطح مقطع و دمای آن بر میزان مقاومت و هدایت تأثیرگذار هستند. برای مثال، مواد رسانا مانند مس و نقره مقاومت بسیار پایینی دارند، در حالی که مواد عایق مانند شیشه یا پلاستیک دارای مقاومت الکتریکی بسیار بالایی هستند. شناخت دقیق این ویژگی‌ها برای طراحی و ساخت مدارها و تجهیزات الکتریکی اهمیت بسیاری دارد.

رابطه دما با مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی مواد تحت تأثیر دما قرار دارد و این تاثیر بسته به نوع ماده متفاوت است. در مواد رسانا، افزایش دما به افزایش ارتعاشات اتمی منجر می‌شود که باعث برخوردهای بیشتر الکترون‌ها و در نتیجه افزایش مقاومت می‌شود. این رفتار در فلزات معمولاً دیده می‌شوند. در مقابل، در مواد نیمه‌رسانا، افزایش دما می‌تواند موجب آزاد شدن الکترون‌های بیشتری از ساختار اتمی شود و در نتیجه مقاومت کاهش یابد. این ویژگی در طراحی مدارهای الکترونیکی و تجهیزات حساس به دما کاربرد گسترده‌ای دارد. شناخت این رابطه کمک می‌کند تا در شرایط مختلف دمایی، تجهیزات عملکرد بهینه داشته باشند.

انرژی و توان الکتریکی

جریان الکتریکی در مدارها نه تنها به حرکت بارهای الکتریکی اشاره دارد، بلکه عاملی برای انتقال انرژی به نقاط مختلف سیستم است. انرژی منتقل‌شده از طریق جریان الکتریکی می‌تواند به شکل‌های گوناگونی مانند گرما، نور، یا حتی انرژی مکانیکی ظاهر شود. به عنوان مثال، در لامپ‌های الکتریکی انرژی به نور و گرما تبدیل می‌شود. توان الکتریکی که برابر حاصل‌ضرب جریان I در ولتاژ V است، به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری توان انرژی در مدار شناخته می‌شود. واحد توان الکتریکی، وات (W) است که بیانگر مقدار انرژی انتقال‌یافته در هر ثانیه است. در طراحی سیستم‌های الکتریکی، توان الکتریکی نقشی حیاتی ایفا می‌کند، زیرا انتخاب تجهیزات مناسب و بهره‌وری انرژی به این پارامتر بستگی دارد.

مولد جریان الکتریکی، انواع منبع تغذیه

یکی از اجزای اساسی در هر سیستم الکتریکی، منابع تغذیه هستند که ولتاژ و جریان الکتریکی لازم برای عملکرد دستگاه‌ها را تأمین می‌کنند. منابع تغذیه انواع مختلفی دارند، اما یکی از رایج‌ترین و کارآمدترین انواع آن، منبع تغذیه سوئیچینگ است. این تجهیز الکترونیکی با تبدیل دامنه و ساخت انواع ولتاژ، انرژی مورد نیاز دستگاه‌ها را تأمین می کنند.

از ویژگی‌های بارز منابع تغذیه سوئیچینگ می‌توان به مواردی مانند کاهش اتلاف انرژی و بازدهی بالای آن ها اشاره کرد. استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ در دستگاه‌هایی مانند رایانه‌ها، سیستم‌های مخابراتی و تجهیزات صنعتی بسیار رایج است.

اندازه‌گیری جریان الکتریکی

شدت جریان الکتریکی یا کل جریان عبوری در مدت یک ثانیه در یک سیم برق با نماد (I) نمایش داده می شود، برای اندازه گیری شدت جریان الکتریکی جهت تحلیل و طراحی سیستم‌های الکتریکی، از دستگاهی به نام آمپرمتر استفاده می‌شود. آمپرمتر به صورت سری در مدار قرار می‌گیرد، به طوری که جریان کامل مدار از آن عبور کند. آمپرسنج ها یکی از وسایل اندازه گیری الکتریکی هستند که انواع جریان‌های مستقیم (DC) و متناوب (AC) را با دقت بالایی سنجش می کنند.

آمپرمترها بسته به نوع کاربرد، در اندازه‌های کوچک جهت نصب روی تابلو برق ها و نمونه قابل‌ حمل به صورت آمپرمترهای کلمپ دار استفاده می شوند. برخی از آمپرمترها قابلیت اندازه‌گیری جریان‌های شدت جریان الکتریکی بسیار کوچک در حد میکرو آمپر را دارند، در حالی که برخی دیگر برای اندازه‌گیری جریان‌های بزرگ در مدارهای صنعتی استفاده می‌شوند. انتخاب ابزار مناسب برای اندازه‌گیری جریان، بستگی به نوع جریان و مقدار آن دارد.

جمع‌بندی

جریان الکتریکی به عنوان یکی از پارامترهای مهم راه اندازی دستگاه های برقی است، منابع تغذیه و ژنراتورها ی مختلف تولید کننده جریان الکترونیکی هستند. تأمین انرژی خانه‌ها و ساختمان‌ها تا عملکرد دستگاه‌های هوشمند و ارتباطی، همگی وابسته‌ به جریان الکتریکی هستند. وسایل الکتریکی مانند یخچال، مایکروویو، لامپ‌های روشنایی و تلفن‌های همراه بدون جریان الکتریکی عملکردی نخواهند داشت. وسیله اندازه گیری شدت جریان الکتریکی انواع مختلف آمپرمترها است. شما می‌توانید با بررسی انواع دستگاه های اندازه گیری برق و الکترونیک در سایت پارس الکترونیک و یا مشاوره با کارشناسان ما بشماره 66724227-021، انتخابی هوشمندانه داشته باشید.