الإلكترونيات Electronics
الدرس (الفصل) الأول : نظرية التيار المستمر DC Theory
1- الجهد والتيار والمقاومة Voltage, Current and Resistance
أ- تمهيد : الارتباط بين الجهد والتيار والمقاومة
تتكون جميع المواد من ذرات , وتتكون جميع الذرات من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات . البروتونات بها شحنة كهربائية موجبة , والنيترونات ليس بها شحنة بينما الألكترونات بها شحنة سالبة . ترتبط مكونات الذرات معا بواسطة قوى التجاذب القوية الموجودة بين البروتونات الموجودة فى النواة والإلكترونات الموجودة بالغلاف الخارجى . عندما تكون تلك البروتونات والنيوترونات والإلكترونات معا داخل الذرة تكون فى حالة إستقرار stable. فى حين إذا فصلناها ( عن طريق بذل شغل أى طاقة خارجية للتغلب على قوى التجاذب ) يصبح بها طاقة كامنة تسمى "فرق الجهد" potential difference . فإذا أنشأنا دائرة أو موصل للإلكترونات لتنجرف عائدة للبروتونات عندئذ يسمى سريان ( مرور – تدفق ) الإلكترونات "التيار" current . الإلكترونات لا تتحرك بحرية خلال الدائرة , وتقييد هذه الحركة أو السريان يسمى "المقاومة" resistance . جميع الدوائر الأساسية فى الكهرباء والإلكترونيات مكونة من ثلاثة كميات منفصلة ولكنها مرتبطة أرتباطا وثيقا وهى : الجهد Voltage ( v ) و التيار Current ( i ) والمقاومة
Resistance (
) .
ب- الجهد Voltage
هو الطاقة الكامنة لمصدر الكهرباء والمخزنة على شكل شحنة كهربائية . يمكن النظر للجهد كقوة تدفع الإلكترونات خلال الموصل وكلما زاد الجهد زادت القدرة على دفع الإلكترونات خلال دائرة معينة . ولأن الطاقة لها القدرة على بذل الشغل فأن طاقة الكمون هذه يمكن وصفها على أنها الشغل المطلوب بالجول لتحريك الإلكترونات على شكل تيار كهربائى حول الدائرة من نقطة أو عقدة (ملتقى عدة مسارات) إلى أخرى . الفرق فى الجهد بين أى عقدتين فى دائرة يعرف " بفرق الجهد " Potential Difference واختصارا P.D. وأحيانا يسمى "هبوط الجهد" Voltage Drop .
يقاس فرق الجهد بين نقطتين بالفولت Volts ويرمز له بالحرف V وأحيانا يستخدم رمز الطاقة E للدلالة على فرق الجهد . كما ذكرنا كلما زاد الجهد كلما زاد الضغط ( أو قوة الدفع) وكلما زادت القدرة على بذل الشغل .
مصدر الجهد الثابت يسمى " جهد مستمر " DC voltage , بينما الجهد الذى يتغير دوريا مع الزمن يسمى "جهد متردد أو متغير " AC voltage .
يقاس الجهد بالفولت ويعرف الفولت الواحد بأنه الضغط الكهربائى المطلوب لدفع تيار كهربائى قدرة واحد أمبير خلال مقاومة قدرها واحد أوم . عامة يعبر عن الجهد بالفولت ويمكن وضع لاحقة للدلالة على أجزاء و مضاعفات الفولت مثل الميكروفولت ( μV = 10-6 V ) والملى فولت ( mV = 10-3 V ) أو الكيلوفولت
( kV = 103 V ) . الجهد يمكن أن يكون أما موجب أو سالب .
غالبا ما تستخدم البطاريات أو وحدات الإمداد بالقدرة لإنتاج تيار مستمر DC كمصدر للجهد مثل
5v, 12v, 24v فى الدوائر والأنظمة الإلكترونية . فى حين مصادر التيار المتردد AC تكون متاحة للأجهزةالمنزلية وفى الصناعة وفى الإضاءة علاوة على عملية نقل القدرة . جهد الشبكة mains فى بعد الدول
230 volts a.c. وفى دول أخرى 110 volts . عادة ما تعمل الدوائر الإلكترونية على جهد مستمر منخفض يتراوح بين 1.5v و 24v .
رمز الدائرة الكهربية لمصدر الجهد الثابت عادة ما يعطى كرمز البطارية مع وجود إشارة الموجب ""+ والسالب –"" لبيان إتجاه القطبية .
رمز الدائرة الكهربية لمصدر الجهد المتردد عبارة عن دائرة بداخلها موجة جيب الزاوية .
يمكن تصور وجود علاقة تشابه (تماثل – تناظر ) بين خزان من الماء ومصدر الجهد . فكلما زاد إرتفاع الماء فى الخزان عن مخرج (مأخذ) الماء كلما إزداد ضغط الماء حيث يتم إطلاق طاقة أكبر وأيضا كلما إزداد الجهد كلما زادت طاقة الكمون وكلما زادت الإلكترونات المنطلقة .
دائما ما يقاس الجهد كفرق بين أى بين نقطتين بالدائرة ويعرف فرق الجهد بين هاتان النقطتان "بهبوط الجهد" "Voltage drop" .
أى مصدر جهد سواء مستمر DC أو متردد AC يجب عدم توصيله بدائرة مقصورة short circuit لأنها يمكن أن تتسبب فى تدميره .
ت- التيار الكهربائى Electrical Current