قانون اهم چیست؟ فرمول، محاسبه و کاربرد آن در تعمیر برد
اگر تازه سراغ آموزش الکترونیک آمدهاید، قانون اهم اولین چیزی است که باید یاد بگیرید. تقریباً هر محاسبهای که هنگام تحلیل یک مدار یا عیبیابی یک برد انجام میدهید، به شکلی به همین رابطه ساده برمیگردد. برای دیدن کل مسیر یادگیری، مقاله آموزش الکترونیک از صفر تا صد را ببینید و برای اندازهگیری عملی این کمیتها، آموزش کار با مولتیمتر را بخوانید.
قانون اهم چیست؟
قانون اهم رابطه میان سه کمیت پایه در یک مدار الکتریکی را بیان میکند: ولتاژ، جریان و مقاومت. این قانون میگوید جریانی که از یک هادی عبور میکند با اختلاف پتانسیل دو سر آن نسبت مستقیم و با مقاومت آن نسبت معکوس دارد. یعنی هرچه ولتاژ بالاتر برود جریان بیشتر میشود و هرچه مقاومت بزرگتر باشد، جریان کمتری از مسیر عبور میکند.
این رابطه را گئورگ زیمون اهم، فیزیکدان آلمانی، در سال ۱۸۲۷ میلادی منتشر کرد و بعدها واحد اندازهگیری مقاومت به احترام او «اهم» نامگذاری شد.
فرمول قانون اهم و سه حالت آن
شکل اصلی فرمول به این صورت نوشته میشود:
V = I × R
در این رابطه V ولتاژ برحسب ولت، I جریان برحسب آمپر و R مقاومت برحسب اهم است. با جابهجا کردن جملهها دو حالت دیگر هم به دست میآید:
I = V ÷ R برای وقتی که میخواهید جریان را حساب کنید.
R = V ÷ I برای وقتی که مقاومت مجهول است.
خیلیها این سه حالت را با «مثلث قانون اهم» به خاطر میسپارند: V را بالای مثلث و I و R را در دو خانه پایین بگذارید؛ هر کمیتی را که با انگشت بپوشانید، رابطه دو کمیت باقیمانده جواب شماست.
یک مثال عددی ساده
فرض کنید یک مقاومت ۲۲۰ اهمی را به منبع ۵ ولت وصل کردهاید. جریان عبوری برابر است با ۵ تقسیم بر ۲۲۰ که تقریباً ۰٫۰۲۳ آمپر یا ۲۳ میلیآمپر میشود. حالا اگر همان مقاومت را به ۱۲ ولت وصل کنید، جریان به حدود ۵۵ میلیآمپر میرسد. همین یک مثال نشان میدهد چرا قطعهای که در ولتاژ پایین سالم کار میکند، ممکن است در ولتاژ بالاتر بسوزد.
رابطه توان با قانون اهم
در کنار قانون اهم، رابطه توان هم لازم است. توان مصرفی یک قطعه از حاصلضرب ولتاژ در جریان به دست میآید یعنی P = V × I. با ترکیب این دو رابطه دو فرم پرکاربرد دیگر هم میسازیم: P = I² × R و P = V² ÷ R.
این فرمولها هستند که تعیین میکنند یک مقاومت باید یکهشتم وات باشد یا دو وات. اگر توان محاسبهشده به توان نامی قطعه نزدیک باشد، قطعه داغ میکند و در نهایت مقاومت میسوزد.
کاربرد قانون اهم در تعمیر بردهای الکترونیکی
در عیبیابی عملی، قانون اهم فقط یک فرمول درسی نیست. چند نمونه از کاربردهای روزمره آن:
وقتی روی یک ریل تغذیه افت ولتاژ میبینید، با اندازهگیری جریان میتوانید حدس بزنید مقاومت مسیر چقدر بالا رفته و کجا اتصال ضعیف شده است.
وقتی یک ریل ۳٫۳ ولت اتصال کوتاه شده، با تزریق ولتاژ کنترلشده و اندازهگیری جریان میفهمید مقاومت معادل مسیر چند اهم است و آیا با یک خازن سوخته سروکار دارید یا با یک آیسی معیوب.
هنگام تعویض یک مقاومت پولآپ یا محدودکننده جریان، با همین رابطه مطمئن میشوید مقدار جایگزین درست است.
برای انجام این اندازهگیریها باید با ابزارهای تعمیرات الکترونیک و روش استفاده از مولتیمتر و اسیلوسکوپ آشنا باشید.
قانون اهم در مدار سری و موازی
در مدار سری، جریان در همه قطعات یکسان است و ولتاژ بین آنها تقسیم میشود؛ مقاومت کل برابر با جمع ساده مقاومتهاست. در مدار موازی، ولتاژ روی همه شاخهها یکسان است و جریان بین آنها تقسیم میشود؛ مقاومت کل همیشه از کوچکترین مقاومت شاخهها کمتر میشود.
| ویژگی | مدار سری | مدار موازی |
|---|---|---|
| جریان | در همه قطعات یکسان | بین شاخهها تقسیم میشود |
| ولتاژ | بین قطعات تقسیم میشود | روی همه شاخهها یکسان |
| مقاومت کل | R1 + R2 + … | کمتر از کوچکترین مقاومت |
| اثر قطع شدن یک قطعه | کل مدار قطع میشود | بقیه شاخهها کار میکنند |
همین دو حالت ساده توضیح میدهد چرا وقتی یک مقاومت را روی برد اندازه میگیرید، عدد کمتر از مقدار واقعی نشان داده میشود؛ چون قطعات موازی هم در اندازهگیری شرکت میکنند. توضیح کامل این رفتار در مقاله رفتار مقاومت در مدار آمده است.
محدودیتهای قانون اهم
قانون اهم فقط برای قطعات اهمی صدق میکند؛ یعنی قطعاتی که مقاومتشان با تغییر ولتاژ ثابت میماند. قطعاتی مانند دیود، ترانزیستور و لامپ رشتهای رفتار غیرخطی دارند و نمیتوان با یک عدد ثابت مقاومت، رفتارشان را توصیف کرد. همچنین در مدارهای جریان متناوب باید بهجای مقاومت ساده از امپدانس استفاده کرد، چون خازن و سلف در برابر جریان متناوب مقاومت وابسته به فرکانس نشان میدهند.
اشتباهات رایج در استفاده از قانون اهم
رایجترین اشتباه، یکسان نگرفتن واحدهاست. اگر مقاومت را برحسب کیلواهم وارد کنید، جریان برحسب میلیآمپر به دست میآید نه آمپر. اشتباه دوم اندازهگیری مقاومت قطعه بدون خارج کردن آن از مدار است؛ مسیرهای موازی روی برد عدد را کمتر از مقدار واقعی نشان میدهند. اشتباه سوم هم فراموش کردن توان است: ممکن است مقدار مقاومت درست باشد اما توان آن کفایت نکند.
پرسشهای متداول
قانون اهم برای جریان AC هم کار میکند؟
بله، اما به شرطی که بهجای مقاومت از امپدانس استفاده کنید.
اگر مقاومت صفر باشد چه اتفاقی میافتد؟
از نظر تئوری جریان بینهایت میشود؛ در عمل همان چیزی است که به آن اتصال کوتاه میگوییم و معمولاً به سوختن قطعه یا عمل کردن حفاظت منبع تغذیه ختم میشود.
برای یادگیری کاربردی این مباحث از کجا شروع کنم؟
از شناخت قطعات الکترونیکی روی برد شروع کنید و بعد سراغ رفتار هر قطعه در مدار بروید. مسیر کامل و رایگان را در صفحه دورههای آموزش الکترونیک جمع کردهایم.
جمعبندی
قانون اهم سادهترین اما مهمترین ابزار ذهنی یک تعمیرکار است. با همین یک رابطه میتوانید حدس بزنید چه ولتاژی باید روی یک نقطه باشد، چرا یک مقاومت سوخته و چه زمانی یک قطعه بیش از توان نامی خود کار میکند. قدم بعدی، تمرین عملی با مولتیمتر و آشنایی با تفاوت جریان AC و DC است. مسیر کامل یادگیری را در آموزش الکترونیک از صفر تا صد دنبال کنید.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.