راهنمای کامل مفاهیم الکتریسیته؛ شهریور ۱۴۰۴

مفهوم الکتریسیته چیست و چه زمانی شروع شد؟

بررسی مفاهیم الکتریسیته از شناخت روش‌های تولید برق در ایران و جهان آغاز می‌شود. آشنایی با این فرآیند، درک ما را از چگونگی پیدایش و استفاده از انرژی الکتریکی عمیق‌تر می‌کند. پس از آن، شناخت سیستم توزیع برق در ایران اهمیت پیدا می‌کند؛ سیستمی که وظیفه دارد برق تولیدشده را به‌صورت ایمن و پایدار به دست مصرف‌کنندگان برساند.

یکی از اصلی‌ترین قوانین در مفاهیم الکتریسیته، قانون اهم است. این قانون، پایه فهم مفاهیمی مانند ولتاژ، جریان و مقاومت را شکل می‌دهد و مبنای بسیاری از محاسبات و طراحی‌های الکتریکی است. در کنار آن، آشنایی با قطعات الکترونیکی نظیر مقاومت، خازن، ترانزیستور، دیود و دیگر اجزای مشابه، بخش مهمی از این مفاهیم را تشکیل می‌دهد و به ما کمک می‌کند عملکرد مدارها را بهتر بشناسیم. همچنین، شناخت تجهیزات برقی و الکترونیکی و کاربرد آن‌ها، تکمیل‌کننده این مسیر یادگیری است. در نهایت، یکی از مهم‌ترین و حساس‌ترین مباحث در مفاهیم الکتریسیته، ایمنی در برق است. رعایت اصول ایمنی، چه در زمان کار با تجهیزات ساده خانگی و چه در پروژه‌های صنعتی، نقشی حیاتی در پیشگیری از خطرات و حفظ جان افراد دارد. در ادامه این مقاله، هر یک از این بخش‌ها را با جزئیات بیشتر بررسی خواهیم کرد.

آشنایی با مفهوم الکتریسیته و ساختار اتم

الکتریسیته یکی از بنیادی‌ترین مفاهیم در حوزه برق است و اساس بسیاری از فناوری‌ها و تجهیزات الکتریکی را شکل می‌دهد. این انرژی حاصل حرکت الکترون‌ها در مواد رسانا است؛ حرکتی که می‌تواند به‌طور مستقیم یا از طریق فرآیندهای القایی ایجاد شود.

تمام مواد موجود در جهان از ذرات بسیار کوچکی به نام اتم تشکیل شده‌اند. هر اتم شامل سه جزء اصلی است:

1. پروتون با بار مثبت
2. نوترون بدون بار الکتریکی
3.  الکترون با بار منفی

 هسته اتم از پروتون‌ها و نوترون‌ها ساخته شده و الکترون‌ها در مدارهایی پیرامون هسته حرکت می‌کنند. در شرایط عادی، تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها در یک اتم برابر است که این حالت را تعادل الکتریکی می‌نامند. اما زمانی که اتم یک یا چند الکترون از دست بدهد، دارای بار مثبت می‌شود و در صورت جذب الکترون اضافی، بار منفی پیدا می‌کند. این اختلاف بارها، زمینه‌ساز حرکت الکترون‌ها بین اتم‌هاست.

روش‌های تولید برق در ایران و جهان از مهم‌ترین مفاهیم الکتریسیته

یکی از مهم‌ترین مفاهیم اولیه در حوزه برق، آشنایی با روش‌های تولید انرژی الکتریکی است. درک این فرآیند نه‌تنها باعث می‌شود به ارزش برق بیشتر پی ببریم، بلکه می‌تواند ما را به سمت مصرف بهینه و مسئولانه‌تر این انرژی هدایت کند.

به‌طور کلی، روش‌های تولید برق در ایران و جهان را می‌توان در سه گروه اصلی طبقه‌بندی کرد:

1. انرژی‌های تجدیدپذیر: شامل توربین‌های بادی، نیروگاه‌های خورشیدی، انرژی زمین‌گرمایی، نیروگاه‌های برق‌آبی و سایر منابع پایدار که اثرات زیست‌محیطی کمتری دارند.

2. سوخت‌های فسیلی: مانند زغال‌سنگ، گاز طبیعی و نفت که همچنان سهم بزرگی در تولید برق جهانی دارند، اما به دلیل آلودگی و محدود بودن منابع، استفاده از آن‌ها رو به کاهش است.

3. انرژی هسته‌ای: تولید برق با استفاده از شکافت هسته‌ای که بازدهی بالایی دارد و در بسیاری از کشورهای صنعتی به‌کار می‌رود.

در طول تاریخ، هر کشور با توجه به منابع طبیعی، شرایط جغرافیایی و سطح فناوری خود، ترکیب متفاوتی از این روش‌ها را برای تولید برق انتخاب کرده است. در ایران نیز این تنوع دیده می‌شود؛ از نیروگاه‌های حرارتی و گازی گرفته تا پروژه‌های توسعه انرژی خورشیدی و بادی. 

تولید برق با توربین‌های بادی

در یک مزرعه بادی، مجموعه‌ای از توربین‌های بادی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا از نیروی باد برای تولید برق استفاده کنند. این روش در برخی دشت‌های بادخیز ایران، مانند مناطق منجیل و بینالود، با موفقیت اجرا شده است. استفاده از انرژی باد به دلیل تجدیدپذیر بودن و نداشتن آلایندگی مستقیم، روشی سازگار با محیط‌زیست به شمار می‌آید. توربین‌های بادی انرژی مکانیکی حاصل از چرخش پره‌ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. میزان برقی که یک توربین تولید می‌کند، به عواملی همچون سرعت باد و اندازه پره‌ها بستگی دارد؛ هرچه سرعت باد بیشتر باشد یا طول پره‌ها بزرگ‌تر طراحی شود، انرژی مکانیکی و در نتیجه توان تولید برق افزایش می‌یابد. با این حال، متغیر بودن سرعت باد باعث می‌شود که میزان تولید برق این توربین‌ها همواره ثابت نباشد و نیاز به سیستم‌های ذخیره یا ترکیب با منابع دیگر وجود داشته باشد.

با وجود مزایای متعدد، نصب توربین‌های بادی می‌تواند چالش‌هایی هم ایجاد کند؛ از جمله تأثیر بر مناظر طبیعی و در برخی موارد، ایجاد صدا یا خطر برای پرندگان مهاجر. به همین دلیل، انتخاب محل نصب و طراحی مزارع بادی باید با مطالعات دقیق زیست‌محیطی و فنی همراه باشد تا بیشترین بهره‌وری با کمترین آسیب حاصل شود.

تولید برق با سوخت‌های فسیلی و منابع تجدیدپذیر در ایران

یکی از اساسی‌ترین مفاهیم الکتریسیته این است که برای تولید برق، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. در نیروگاه‌های حرارتی از سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی برای تولید انرژی گرمایی استفاده می‌شود. این انرژی گرمایی، آب موجود در دیگ‌ها را به بخار تبدیل می‌کند و بخار ایجادشده توربین‌ها را به حرکت در می‌آورد. در نتیجه، انرژی مکانیکی توربین‌ها توسط ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و برق تولید می‌شود.

از دیگر روش‌های تولید برق، استفاده از انرژی زمین‌‌گرمایی است. در این روش، با تزریق آب سرد به داخل زمین، بخار تولیدی چشمه‌های آب گرم و منابع حرارتی طبیعی به‌صورت کنترل‌شده برای به حرکت درآوردن توربین‌ها استفاده می‌شود. همچنین، نیروگاه‌های آبی با بهره‌گیری از فشار آب سدها، توربین‌ها را می‌چرخانند و انرژی مکانیکی تولیدشده توسط ژنراتورها به برق تبدیل می‌شود.

از سوی دیگر، یکی دیگر از منابع برقی که به‌طور مستقیم انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می‌کند، صفحات خورشیدی یا پنل‌های فتوولتائیک هستند. این روش به‌ویژه در مناطق دورافتاده یا کم‌برخوردار که دسترسی به شبکه توزیع برق محدود است، بسیار کاربردی بوده و در سال‌های اخیر استفاده از آن افزایش چشمگیری داشته است.

اضافه بر این، ترکیب این روش‌ها با سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و شبکه‌های هوشمند (Smart Grid) امکان بهره‌وری بیشتر و استفاده پایدارتر از برق تولیدی را فراهم می‌کند. این رویکردها نه‌تنها مصرف برق را بهینه می‌کنند، بلکه اثرات زیست‌محیطی ناشی از استفاده گسترده سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهند.

سیستم توزیع برق در ایران: مسیر انرژی از نیروگاه تا مصرف‌کننده

یکی از مفاهیم کلیدی الکتریسیته، آشنایی با سیستم توزیع برق در ایران است. در این سیستم، انرژی الکتریکی ابتدا در نیروگاه‌های بزرگ با راندمان بالا تولید می‌شود و سپس از طریق یک شبکه پیچیده و هماهنگ به دست مصرف‌کنندگان می‌رسد. به فرآیندی که برق تولیدشده در نیروگاه از طریق ترانس و پست‌های برق، ترانسفورماتورها، خطوط انتقال و شبکه‌های توزیع به خانه‌ها، صنایع، کشاورزی و سایر بخش‌ها منتقل می‌شود، سیستم توزیع برق گفته می‌شود. این سیستم وظیفه دارد برق را با کیفیت و پایداری مناسب در دسترس تمام مشترکین قرار دهد.

علاوه بر اجزای فنی مانند ترانسفورماتورها و خطوط فشار قوی، پایه‌ها و کابل‌های هوایی که در خیابان‌ها و کوچه‌ها مشاهده می‌کنید نیز بخش مهمی از شبکه توزیع برق هستند. این اجزا برق تولیدی را به سطح ولتاژ مناسب برای استفاده در منازل و صنایع تبدیل و منتقل می‌کنند. شناخت سیستم توزیع برق به ما کمک می‌کند تا اهمیت مصرف بهینه برق و نقش زیرساخت‌های انرژی در تأمین امنیت و پایداری شبکه را بهتر درک کنیم. استفاده از این دانش می‌تواند در صرفه‌جویی انرژی، کاهش هزینه‌ها و پیشگیری از آسیب‌های احتمالی به شبکه تأثیرگذار باشد.

 

تعریف ولتاژ voltage از مفاهیم اولیه برق

تعریف ولتاژ، از مفاهیم الکتریسیته است. ولتاژ، مقدار انرژی پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه از یک مدار است. به بیان ساده‌تر ولتاژ یک نیرو یا انرژی الکتریکی است که باعث ایجاد جریان الکتریکی در سیم یا مدار می شود. وظیفه اختلاف پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ، جابه جا کردن بار الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر است. واحد اندازه گیری ولتاژ، ولت است. ولتاژ را در یک مدار با کلمه V نشان می دهند.

تعریف جریان الکتریکی: یکی از مفاهیم اساسی الکتریسیته

یکی از اصلی‌ترین مفاهیم الکتریسیته، جریان الکتریکی است. به زبان ساده، جریان الکتریکی به مقدار بار الکتریکی که از یک واحد سطح در واحد زمان عبور می‌کند گفته می‌شود. این جریان ناشی از حرکت الکترون‌ها در یک جسم رسانا شکل می‌گیرد. دلیل رسانا بودن برخی مواد، وجود الکترون‌های آزاد در لایه آخر اتم‌ها است. به همین دلیل، فلزات و برخی مواد دیگر قادرند جریان الکتریکی را به راحتی منتقل کنند، در حالی که مواد عایق مانند چوب، پلاستیک یا شیشه جریان را عبور نمی‌دهند.

برای ایجاد جریان الکتریکی در یک رسانا، لازم است که اختلاف پتانسیل بین دو نقطه آن ایجاد شود تا الکترون‌های آزاد بتوانند حرکت کنند. جریان الکتریکی با نماد I نمایش داده می‌شود و واحد آن آمپر (Ampere) است. درک مفهوم جریان الکتریکی نه‌تنها برای فهم عملکرد مدارها و وسایل الکتریکی حیاتی است، بلکه پایه‌ای برای یادگیری سایر مباحث الکتریسیته مانند ولتاژ، مقاومت و توان الکتریکی محسوب می‌شود.

انواع جریان الکتریکی در علم مبانی الکتریسیته

در حوزه برق و الکتریسیته، جهت عبور جریان الکتریکی معمولاً از قطب مثبت منبع تغذیه (باتری) به سمت قطب منفی در نظر گرفته می‌شود. همچنین، جریان الکتریکی بسته به نوع منبع آن به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:

 

۱. جریان متناوب (AC): جریان برق شهری

یکی از مفاهیم پایه‌ای برق این است که برق شهری از نوع جریان متناوب است. جریان متناوب، که با نماد AC نمایش داده می‌شود، همان جریانی است که در نیروگاه‌ها تولید می‌شود و از طریق سیستم توزیع برق به دست مصرف‌کنندگان می‌رسد. ویژگی اصلی جریان متناوب این است که جهت عبور جریان الکتریکی در هر دوره زمانی مشخص معکوس می‌شود. این خاصیت باعث می‌شود انتقال برق در مسافت‌های طولانی با افت انرژی کمتر و بهره‌وری بالاتر امکان‌پذیر باشد و از این رو، جریان متناوب برای شبکه‌های سراسری برق انتخاب استاندارد در اکثر کشورها است.

۲. جریان مستقیم (DC): جریان با جهت ثابت

جریان مستقیم که با نماد DC نمایش داده می‌شود، جریانی است که جهت عبور الکترون‌ها در تمام زمان‌ها ثابت و مشخص است. برای تولید این نوع جریان، از منابع تغذیه مخصوص استفاده می‌شود. بسیاری از وسایل و تجهیزات، از جمله خودروها، باتری‌ها و برخی مدارهای الکترونیکی، به جریان مستقیم نیاز دارند تا عملکرد صحیح و پایدار داشته باشند. جریان مستقیم به دلیل ثابت بودن جهت خود، در کاربردهایی که نیاز به انرژی پایدار و بدون نوسان دارند، بسیار مناسب است.

 

توان الکتریکی: میزان انرژی منتقل‌شده در مدار

یکی دیگر از مفاهیم پایه‌ای برق، توان الکتریکی است. توان الکتریکی به نرخ انتقال انرژی الکتریکی در یک مدار در واحد زمان گفته می‌شود. واحد اندازه‌گیری توان، ژول بر ثانیه است که به آن وات (Watt) نیز گفته می‌شود. توان الکتریکی معمولاً توسط ژنراتورهای بزرگ نیروگاه‌ها یا منابع کوچک‌تر مانند باتری‌ها تولید می‌شود. در صورتی که توان الکتریکی از نیروگاه تأمین شود، این انرژی از طریق سیستم توزیع برق به خانه‌ها و صنایع منتقل می‌شود تا دستگاه‌های برقی را راه‌اندازی کند. هنگامی که توان الکتریکی به یک دستگاه وارد می‌شود، به شکل‌های دیگر انرژی مانند نور، گرما، صدا یا حرکت مکانیکی تبدیل می‌شود. به عنوان مثال، وقتی یک لامپ روشن می‌شود، توان الکتریکی ورودی به آن، به نور و گرما تبدیل شده و روشنایی مورد نیاز را فراهم می‌کند.

مدار الکتریکی: ساختار و انواع آن

یکی دیگر از مفاهیم پایه‌ای برق، مدار الکتریکی است. مدار الکتریکی مجموعه‌ای از اجزای الکتریکی مانند منابع تغذیه، مقاومت‌ها، خازن‌ها و سایر تجهیزات است که به منظور مشخصی با سیم یا مسیرهای هدایت‌کننده به یکدیگر متصل شده‌اند. هر مدار الکتریکی شامل تولیدکننده جریان، مصرف‌کننده جریان و سیم‌های ارتباطی بین آن‌ها است.

به طور کلی، دو نوع مدار الکتریکی وجود دارد:

• مدار باز (Open Circuit): در این نوع مدار، اتصال در یک نقطه با تولیدکننده جریان قطع است و در نتیجه جریان الکتریکی در مدار عبور نمی‌کند.

• مدار بسته (Closed Circuit): در مدار بسته، جریان الکتریکی به‌طور کامل در مدار جریان دارد و مصرف‌کننده‌ها می‌توانند انرژی الکتریکی تولیدشده را دریافت و به شکل دیگری مانند نور، گرما یا حرکت مکانیکی تبدیل کنند. به عنوان مثال، وقتی یک لامپ روشن می‌شود، انرژی الکتریکی به نور و گرما تبدیل می‌شود و روشنایی ایجاد می‌کند.

شناخت ساختار و انواع مدارها، پایه‌ای برای درک طراحی و عملکرد تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی و همچنین اصول ایمنی در برق محسوب می‌شود.

مقاومت الکتریکی: یکی از اصول پایه برق

یکی از اصول پایه‌ای برق، مفهوم مقاومت الکتریکی است. مقاومت جریان الکتریکی ورودی به یک مدار را محدود یا کنترل می‌کند و یکی از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی به شمار می‌رود. مقاومت‌ها معمولاً دارای مقدار مشخص و ثابت هستند و در مدارها با نماد R و واحد اهم (Ω) نمایش داده می‌شوند.

از مهم‌ترین کاربردهای مقاومت الکتریکی می‌توان به محدود کردن جریان و تقسیم ولتاژ در مدار اشاره کرد. مقاومت‌ها قطعات پسیو هستند؛ یعنی فقط توان الکتریکی مصرف می‌کنند و توان تولید انرژی ندارند. مقاومت‌ها به سه نوع تقسیم می‌شوند:

• مقاومت ثابت: دارای مقدار مشخص و پایدار بوده و در مدارهای مختلف کاربرد گسترده دارد. اندازه مقاومت‌های ثابت با تغییرات محیطی مانند گرما یا نور تغییر نمی‌کند.

• مقاومت متغیر: در وسایلی مانند ولوم صدای رادیو و ضبط صوت استفاده می‌شود و مقدار آن با تنظیم ولوم تغییر می‌کند.

• مقاومت وابسته: مقدار آن بر اساس عوامل محیطی تغییر می‌کند. برای مثال، مقاومت وابسته به نور در روشنایی معابر کاربرد دارد؛ با افزایش نور، مقاومت کاهش یافته و مانند یک کلید خودکار عمل می‌کند و جریان را هدایت می‌کند.

قانون اهم: ارتباط ولتاژ، جریان و مقاومت

قانون اهم یکی دیگر از مفاهیم الکتریسیته است که رابطه بین ولتاژ الکتریکی، جریان الکتریکی و مقاومت یک مدار را توضیح می‌دهد. طبق این قانون، هرچه مقدار مقاومت الکتریکی در یک مدار افزایش یابد، جریان عبوری از آن مدار کاهش پیدا می‌کند. این موضوع با تعریف مقاومت که کنترل‌کننده جریان الکتریکی ورودی به مدار است، کاملاً همخوانی دارد.

همچنین، قانون اهم نشان می‌دهد که با افزایش جریان یا مقاومت در یک مدار، ولتاژ الکتریکی مورد نیاز نیز افزایش می‌یابد. به بیان ساده، ولتاژ، جریان و مقاومت در یک مدار به‌صورت مستقیم با یکدیگر مرتبط هستند و تغییر در هر یک از این پارامترها، بر دیگر اجزای مدار اثر می‌گذارد. این قانون پایه‌ای برای طراحی مدارهای الکتریکی، محاسبه ولتاژ و جریان و تضمین ایمنی تجهیزات برقی محسوب می‌شود.

رسانایی الکتریکی 

رسانایی الکتریکی یکی دیگر از مفاهیم برق و الکتریسیته بوده و نشان‌دهنده میزان جریان الکتریکی است که یک ماده قادر به عبور دادن آن است. رسانایی یک خاصیت ذاتی در هر ماده است و مواد را از نظر توانایی انتقال جریان الکتریکی به چهار گروه تقسیم می‌کنند: ابررسانا، رسانا، نیمه‌رسانا و نارسانا.

مواد نارسانا یا جریان الکتریکی را عبور نمی‌دهند یا میزان عبور جریان از آن‌ها آنقدر کم است که قابل صرف نظر کردن است. نمونه‌هایی از مواد نارسانا شامل هوا، پلاستیک و چوب خشک هستند. از سوی دیگر، مواد رسانا جریان را به خوبی منتقل می‌کنند. به عنوان مثال، سیم‌های برق در جاروبرقی‌ها رسانا هستند، در حالی که پوشش اطراف سیم و بدنه دستگاه نارسانا است تا از برق‌گرفتگی در حین استفاده جلوگیری شود. از نظر رسانایی، نقره بالاترین رسانا است و پس از آن مس و طلا قرار دارند. با این حال، به دلیل قیمت بالای طلا و تیره شدن نقره با گذر زمان که باعث کاهش رسانایی می‌شود، در سیستم‌های توزیع برق معمولاً از سیم مسی استفاده می‌شود.

این شناخت به درک بهتر طراحی مدارها، انتخاب مواد مناسب برای سیم‌کشی و ایمنی تجهیزات الکتریکی کمک می‌کند.

ترانزیستور: کلید و تقویت‌کننده سیگنال

ترانزیستور یک قطعه الکتریکی نیمه‌رسانا است که برای قطع و وصل سیگنال‌ها یا تقویت آن‌ها به کار می‌رود. سیگنال‌ها می‌توانند جریان‌های الکتریکی یا مغناطیسی باشند که اطلاعات را در یک مدار منتقل می‌کنند. ترانزیستورها معمولاً از مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می‌شوند. کاربردهای اصلی ترانزیستور شامل:

• تقویت سیگنال‌های صوتی، رادیویی و داده‌ای

• عملکرد به عنوان کلید الکترونیکی

• استفاده در منابع تغذیه و مدارهای کنترل

به دلیل اندازه کوچک و عملکرد چندگانه، ترانزیستورها یکی از اساسی‌ترین قطعات الکترونیکی در تجهیزات مدرن مانند رادیو، تلویزیون، کامپیوتر و انواع مدارهای دیجیتال و آنالوگ هستند.

دیود: قطعه‌ای برای هدایت جریان در یک جهت

دیود یک قطعه الکترونیکی است که جریان الکتریکی را تنها در یک جهت عبور می‌دهد و در جهت مخالف مانع جریان می‌شود. دیودها معمولاً از مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می‌شوند. دیودها به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• دیود سیگنال (Signal Diode): برای آشکارسازی سیگنال‌ها در رادیوها استفاده می‌شود و جریان‌های کم میلی‌آمپر را عبور می‌دهد.

• دیود یکسوکننده (Rectifier Diode): برای یکسو کردن جریان‌های متناوب کاربرد دارد و توانایی عبور جریان‌های بالاتر را دارد.

• دیود زنر (Zener Diode): برای تثبیت ولتاژ الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همان‌طور که یک باتری دارای دو سر مثبت و منفی است، دیود نیز دارای دو پایه کاتد و آند است. با توجه به جهت قرارگیری این پایه‌ها در مدار، جریان الکتریکی می‌تواند از دیود عبور کند یا مسدود شود. این قطعه به عنوان یکسوکننده، محافظ و تثبیت‌کننده ولتاژ در مدارهای الکترونیکی نقش بسیار مهمی دارد.

خازن (Capacitor)

یکی دیگر از مفاهیم پایه برق، آشنایی با خازن است. خازن یک قطعه الکترونیکی است که از دو صفحه موازی تشکیل شده و بین این صفحات یک لایه عایق مانند هوا، پلاستیک یا کاغذ قرار می‌گیرد. خازن در مدار قادر است انرژی الکتریکی را ذخیره کرده و در صورت نیاز آن را آزاد کند. به عملیات ذخیره انرژی در خازن، شارژ و به استفاده از انرژی ذخیره شده، دشارژ گفته می‌شود.

ظرفیت خازن با واحد فاراد (F) مشخص می‌شود، اما اکثر خازن‌ها در عمل ظرفیت کمتر از میلی‌فاراد دارند. با توجه به جنس عایق و ساختار صفحات، خازن‌ها به چند نوع تقسیم می‌شوند:

• خازن ثابت: ظرفیت مشخص دارد و جنس عایق می‌تواند میکا، کاغذ، پلاستیک یا هوا باشد.

• خازن متغیر: از بیش از دو صفحه تشکیل شده است که برخی ثابت و برخی متغیر هستند و ظرفیت آن با حرکت صفحات تغییر می‌کند.

ظرفیت خازن تحت تأثیر فاصله صفحات، مساحت صفحات و جنس عایق تغییر می‌کند و این ویژگی باعث می‌شود خازن‌ها در کاربردهای مختلف مانند فیلترهای مدار، منابع تغذیه و مدارهای زمان‌بندی استفاده شوند.

ژنراتور برق

ژنراتور وسیله‌ای الکتریکی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برای مثال، در تولید برق توسط توربین‌های بادی، ژنراتور نیروی مکانیکی ایجاد شده از چرخش توربین‌ها را به برق تبدیل می‌کند. ژنراتورها در انواع مختلف، از کوچکترین نمونه‌ها در خودروها گرفته تا نیروگاه‌های بزرگ، نقش حیاتی در تولید و تأمین انرژی الکتریکی دارند.

فیوز برق (Fuse)

فیوز یکی از قطعات مهم در اصول پایه برق است که برای حفاظت از تجهیزات الکتریکی مانند یخچال، کامپیوتر و غیره در برابر تغییرات ناگهانی جریان برق به کار می‌رود. در ورودی تمام منازل یک جعبه فیوز برق قرار دارد. احتمالاً با اصطلاح عامیانه «پریدن فیوز» آشنا هستید؛ این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که جریان از حد مجاز عبور کند. فیوز از یک نوار نازک فلزی درون یک محفظه تشکیل شده است که با عبور جریان بیش از حد، ذوب شده و اتصال مدار قطع می‌شود. این کار از سوختن وسایل و حتی ایجاد آتش‌سوزی جلوگیری می‌کند. هر فیوز دارای حد مشخص جریان است و تا همین مقدار جریان را عبور می‌دهد.

کنتور برق

کنتور برق یکی دیگر از مفاهیمی‌ست که برای اندازه‌گیری میزان مصرف انرژی الکتریکی به کار می‌رود. مصرف برق معمولاً بر حسب کیلووات ساعت (kWh) اندازه‌گیری می‌شود. کنتورها به دو نوع مکانیکی و دیجیتال تقسیم می‌شوند و با ثبت عدد مصرف، میزان برق استفاده شده مشخص می‌شود. محاسبه قبض برق شامل ضرب میزان مصرف در تعرفه هر کیلووات ساعت و جمع با مبلغ آبونمان است. در ایران تعرفه برق به صورت تصاعدی تعیین می‌شود تا مصرف‌کنندگان به مصرف بهینه و کمتر برق تشویق شوند. همچنین، هزینه برق در ساعات اوج مصرف، مانند ساعات ابتدایی تاریکی، بیشتر از سایر ساعات است تا مدیریت بار شبکه برق بهینه شود.

برق گرفتگی

برق گرفتگی یکی از علل شایع مرگ و آسیب در صنعت و محیط‌های کاری است. زمانی که جریان الکتریکی از بدن انسان یا حیوان عبور کند، برق گرفتگی رخ می‌دهد. اگر میزان جریان عبوری کم باشد، برق گرفتگی نامحسوس است، اما جریان بالا می‌تواند باعث شوک شدید، ایست قلبی و حتی مرگ شود. عبور جریان از بدن باعث تولید گرما و انرژی می‌شود که سلول‌های بدن را تخریب می‌کند.

علائم برق گرفتگی از سوختگی‌های سطحی پوست آغاز می‌شود و معمولاً در محل ورود و خروج جریان رد سوختگی باقی می‌ماند. هرچه شدت جریان بیشتر باشد، میزان و عمق سوختگی افزایش می‌یابد. آسیب به سلول‌های عصبی می‌تواند باعث مور مور شدن یا گزگز دست و پا شود و آسیب به عضلات نیز درد و کوفتگی ایجاد می‌کند. در جریان‌های شدید، سوختگی ممکن است به بافت داخلی عضلات هم سرایت کند و درد شدیدی ایجاد کند. افزایش یا کاهش ناگهانی فشار خون، اختلال در عملکرد قلب و حتی ایست قلبی از دیگر عوارض برق گرفتگی هستند. همچنین ممکن است تنفس فرد مختل شود، حافظه کوتاه‌مدت دچار اختلال شود یا حرکات غیرارادی در اندام‌ها ظاهر شود.

اقدامات اولیه در برخورد با برق گرفتگی

یکی از اصول پایه برق، آشنایی با اقدامات اولیه هنگام برق گرفتگی است. مهم‌ترین اقدام قطع منبع جریان الکتریکی است؛ وسیله برقی را از برق بکشید یا فیوز برق را قطع کنید. هرگز فرد دچار برق گرفتگی را با دست یا وسایل رسانا لمس نکنید. برای جدا کردن فرد از منبع برق از وسایلی مانند چوب یا پلاستیک استفاده کنید و خودتان روی یک سطح نارسانا بایستید.

فرد برق‌گرفته معمولاً توانایی جدا شدن از منبع برق را ندارد، بنابراین شما باید با دقت و احتیاط او را از جریان جدا کنید. نقاط سوختگی را با آب سرد خنک کنید و سریعاً با اورژانس تماس بگیرید. حتی بعد از جدا شدن فرد از منبع، با استفاده از دستکش یا عایق پلاستیکی به او کمک کنید. برق گرفتگی با درمان خانگی برطرف نمی‌شود و نیاز به معاینات پزشکی دارد. این حادثه ممکن است در بلندمدت عوارض عصبی و روانی ایجاد کند.

راهکارهای جلوگیری از برق گرفتگی

در علم الکتریسیته باید همیشه فرض کنید سیم‌ها برق دارند و هیچ سیمی را بدون عایق یا غیرفعال فرض نکنید! پس از تماس با وسایل برقی با دست مرطوب خودداری کنید و تجهیزات برقی را در محیط‌های مرطوب قرار ندهید.

برای تعمیر وسایل برقی حتماً از متخصص کمک بگیرید. اگر وسیله‌ای به طور تصادفی خیس شد، قبل از استفاده آن را به تکنسین نشان دهید و مطمئن شوید داخل آن خشک شده است. بعد از حمام از استفاده سشوار یا اتو مو در محیط مرطوب خودداری کنید. هنگام نقل مکان به منزل جدید، از سالم بودن سیم‌کشی برق با کمک برقکار اطمینان حاصل کنید. پریزهای برق باید از منابع آب دور باشند و محل آن‌ها نزدیک سینک یا حمام نباشد.

در جعبه فیوز، هر فیوز مربوط به بخش مشخصی از منزل را برچسب‌گذاری کنید تا در مواقع اضطراری بتوانید سریعاً آن را قطع کنید. سرویس کولر و دیگر وسایل پرمصرف را سالانه توسط متخصص انجام دهید. از چندراهی‌های محافظ استفاده کنید و وسایل غیرضروری را به برق متصل نگذارید؛ برای مثال، شارژر گوشی نباید دائم به برق وصل باشد. هنگام خروج از منزل تمامی وسایل برقی به جز یخچال را از برق جدا کنید و چندراهی‌ها را خاموش کنید، زیرا چندراهی‌های برق می‌توانند عامل آتش‌سوزی باشند. در نهایت، هنگام تمیز کردن وسایل برقی، حتماً آن‌ها را از برق جدا کنید.

سوالات درباره مفاهیم الکتریسیته

 مهم‌ترین اقدام در برخورد با فرد دچار برق گرفتگی یا اتصال برق در منزل چیست؟

قطع کردن فیوز برق یا منبع جریان الکتریکی مهم ترین اقدام است. در هنگام مواجه شدن با این مسائل بدون عایق به چیزی دست نزنید.

در صورت خیس شدن یک وسیله الکتریکی بعد از چه مدتی می توان دوباره از آن استفاده کرد؟

اگر وسیله الکتریکی شما خیس شد، حتما قبل از استفاده آن را به یک تکنسین نشان دهید. پس از مدتی رطوبت موجود در دستگاه خشک می شود، اما ممکن است این رطوبت به دستگاه شما آسیب زده باشد.

از مهم ترین اصول پایه برق در بحث ایمنی در برق چیست؟

 سالم بودن فیوزهای برق ورودی منزل مهم‌ترین اصول پایه برق در بحث ایمنی است، زیرا در صورت بروز هر اتفاق در ابتدا باید فیوز را قطع کنید.

 

منبع:

www.electronicsandyou.com