مبدل جریان الکتریکی
جریان الکتریکی — از نورونها تا صاعقه
بر واحدهای جریان الکتریکی در الکترونیک، سیستمهای قدرت و فیزیک مسلط شوید. از میکروآمپر تا مگاآمپر، جریان را در ۳۰ مرتبه بزرگی درک کنید — از تونلزنی تک الکترون تا برخورد صاعقه. بازتعریف کوانتومی آمپر در سال ۲۰۱۹ و کاربردهای دنیای واقعی را کاوش کنید.
اصول جریان الکتریکی
جریان چیست؟
جریان الکتریکی جریان بار است، مانند آبی که در لوله جریان دارد. جریان بالاتر = بار بیشتر در ثانیه. با آمپر (A) اندازهگیری میشود. جهت: از مثبت به منفی (قراردادی)، یا جریان الکترون (از منفی به مثبت).
- ۱ آمپر = ۱ کولن در ثانیه (۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه)
- جریان نرخ جریان است، نه مقدار
- جریان مستقیم (DC): جهت ثابت (باتریها)
- جریان متناوب (AC): جهت متناوب (برق شهری)
جریان در مقابل ولتاژ در مقابل بار
بار (Q) = مقدار الکتریسیته (کولن). جریان (I) = نرخ جریان بار (آمپر). ولتاژ (V) = فشار وارد بر بار. توان (P) = V × I (وات). همه به هم مرتبط اما متفاوت هستند!
- بار Q = مقدار (کولن)
- جریان I = نرخ جریان (آمپر = کولن بر ثانیه)
- ولتاژ V = فشار الکتریکی (ولت)
- جریان از ولتاژ بالا به ولتاژ پایین جاری میشود
جریان قراردادی در مقابل جریان الکترون
جریان قراردادی: از مثبت به منفی (تاریخی). جریان الکترون: از منفی به مثبت (واقعی). هر دو کار میکنند! الکترونها واقعاً حرکت میکنند، اما ما از جهت قراردادی استفاده میکنیم. بر محاسبات تأثیری ندارد.
- قراردادی: + به - (استاندارد در نمودارها)
- جریان الکترون: - به + (واقعیت فیزیکی)
- هر دو پاسخهای یکسانی میدهند
- برای تحلیل مدار از جریان قراردادی استفاده کنید
- جریان = نرخ جریان بار (۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه)
- ولتاژ باعث جریان یافتن جریان میشود (مانند فشار)
- جریان بالاتر = بار بیشتر در ثانیه
- توان = ولتاژ × جریان (P = VI)
تکامل تاریخی اندازهگیری جریان
اکتشافات اولیه الکتریکی (۱۶۰۰-۱۸۳۰)
قبل از درک جریان به عنوان شار بار، دانشمندان الکتریسیته ساکن و 'سیالات الکتریکی' مرموز را مطالعه میکردند. انقلاب باتری برای اولین بار جریان پیوسته را ممکن ساخت.
- ۱۶۰۰: ویلیام گیلبرت الکتریسیته را از مغناطیس متمایز میکند، اصطلاح 'الکتریکی' را ابداع میکند
- ۱۷۴۵: بطری لیدن اختراع شد — اولین خازن، بار ساکن را ذخیره میکند
- ۱۸۰۰: آلساندرو ولتا پیل ولتایی را اختراع میکند — اولین باتری، اولین منبع جریان پیوسته
- ۱۸۲۰: هانس کریستین اورستد کشف میکند که جریان میدان مغناطیسی ایجاد میکند — الکتریسیته و مغناطیس را به هم پیوند میدهد
- ۱۸۲۶: گئورگ اهم V = IR را منتشر میکند — اولین رابطه ریاضی برای جریان
- ۱۸۳۱: مایکل فارادی القای الکترومغناطیسی را کشف میکند — میدانهای متغیر جریان ایجاد میکنند
تکامل تعریف آمپر (۱۸۸۱-۲۰۱۹)
تعریف آمپر از سازشهای عملی به ثابتهای بنیادی تکامل یافت، که نشاندهنده درک عمیقتر ما از الکترومغناطیس و فیزیک کوانتومی است.
- ۱۸۸۱: اولین کنگره بینالمللی برق 'آمپر عملی' را برای استفاده تجاری تعریف میکند
- ۱۸۹۳: نمایشگاه جهانی شیکاگو — آمپر را برای اندازهگیریهای AC/DC استاندارد میکند
- ۱۹۴۸: CGPM آمپر را از نیروی بین هادیهای موازی تعریف میکند: نیروی ۲×۱۰⁻⁷ نیوتن بر متر در فاصله ۱ متری
- مشکل: به سیمهای کاملاً موازی نیاز داشت که تحقق آن در عمل دشوار بود
- دهه ۱۹۹۰: اثر هال کوانتومی و اتصالات جوزفسون اندازهگیریهای دقیقتری را ممکن میسازند
- ۲۰۱۸: CGPM به بازتعریف آمپر از بار بنیادی رأی میدهد
انقلاب کوانتومی ۲۰۱۹ — تعریف بار بنیادی
در ۲۰ مه ۲۰۱۹، آمپر بر اساس بار بنیادی (e) بازتعریف شد و در هر مکانی با تجهیزات کوانتومی مناسب قابل بازتولید گردید. این امر به ۷۱ سال تعریف مبتنی بر نیرو پایان داد.
- تعریف جدید: ۱ آمپر = (e / 1.602176634×10⁻¹⁹) الکترون در ثانیه
- بار بنیادی e اکنون طبق تعریف دقیق است (بدون عدم قطعیت)
- ۱ آمپر = جریان ۶.۲۴۱۵۰۹۰۷۴×۱۰¹⁸ بار بنیادی در ثانیه
- استانداردهای جریان کوانتومی: دستگاههای تونلزنی تک الکترونی، الکترونهای منفرد را میشمارند
- اتصالات جوزفسون: جریانهای متناوب دقیقی از ثابتهای بنیادی تولید میکنند
- نتیجه: هر آزمایشگاهی با تجهیزات کوانتومی میتواند آمپر را به طور مستقل تحقق بخشد
بازتعریف سال ۲۰۱۹، ۱۳۸ سال پیشرفت از سازشهای عملی تا دقت کوانتومی را نشان میدهد و نسل بعدی الکترونیک و علم اندازهگیری را ممکن میسازد.
- فناوری نانو: کنترل دقیق جریان الکترون در کامپیوترهای کوانتومی، ترانزیستورهای تک الکترونی
- مترولوژی: آزمایشگاههای ملی میتوانند آمپر را به طور مستقل و بدون نیاز به مصنوعات مرجع تحقق بخشند
- الکترونیک: استانداردهای کالیبراسیون بهتر برای نیمههادیها، سنسورها، سیستمهای قدرت
- پزشکی: اندازهگیریهای دقیقتر برای ایمپلنتها، رابطهای مغز و کامپیوتر، تجهیزات تشخیصی
- فیزیک بنیادی: تمام واحدهای SI اکنون از ثابتهای طبیعت تعریف شدهاند — بدون هیچ گونه مصنوعات انسانی
کمکهای حافظه و ترفندهای تبدیل سریع
محاسبات ذهنی آسان
- قانون توان ۱۰۰۰: هر پیشوند SI = ×۱۰۰۰ یا ÷۱۰۰۰ (kA → A → mA → µA → nA)
- میانبر mA به A: تقسیم بر ۱۰۰۰ ← ۲۵۰ میلیآمپر = ۰.۲۵ آمپر (اعشار را ۳ رقم به چپ ببرید)
- میانبر A به mA: ضرب در ۱۰۰۰ ← ۱.۵ آمپر = ۱۵۰۰ میلیآمپر (اعشار را ۳ رقم به راست ببرید)
- جریان از توان: I = P / V ← لامپ ۶۰ وات در ۱۲۰ ولت = ۰.۵ آمپر
- ترفند قانون اهم: I = V / R ← ۱۲ ولت ÷ ۴ اهم = ۳ آمپر (ولتاژ تقسیم بر مقاومت)
- تبدیلهای همانی: ۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه = ۱ وات بر ولت (همه دقیقاً معادل هستند)
کمکهای حافظه حیاتی برای ایمنی
جریان کشنده است، نه ولتاژ. این آستانههای ایمنی میتوانند زندگی شما را نجات دهند — آنها را به خاطر بسپارید.
- ۱ میلیآمپر (۶۰ هرتز AC): احساس سوزن سوزن شدن، آستانه درک
- ۵ میلیآمپر: حداکثر جریان 'ایمن'، نزدیک شدن به آستانه عدم توانایی در رها کردن
- ۱۰-۲۰ میلیآمپر: از دست دادن کنترل عضلات، عدم توانایی در رها کردن (گرفتن مداوم)
- ۵۰ میلیآمپر: درد شدید، ایست تنفسی احتمالی
- ۱۰۰-۲۰۰ میلیآمپر: فیبریلاسیون بطنی (قلب متوقف میشود)، معمولاً کشنده است
- ۱-۵ آمپر: فیبریلاسیون مداوم، سوختگیهای شدید، ایست قلبی
- به یاد داشته باشید: AC در سطح جریان یکسان ۳-۵ برابر خطرناکتر از DC است
فرمولهای عملی مدار
- قانون اهم: I = V / R (جریان را از ولتاژ و مقاومت پیدا کنید)
- فرمول توان: I = P / V (جریان را از توان و ولتاژ پیدا کنید)
- مدارهای سری: جریان در همه جا یکسان است (I₁ = I₂ = I₃)
- مدارهای موازی: جریانها در گرهها جمع میشوند (I_total = I₁ + I₂ + I₃)
- محدود کردن جریان LED: R = (V_supply - V_LED) / I_LED
- قانون گیج سیم: ۱۵ آمپر به حداقل ۱۴ AWG نیاز دارد، ۲۰ آمپر به حداقل ۱۲ AWG نیاز دارد
- اشتباه گرفتن جریان با ولتاژ: ولتاژ فشار است، جریان نرخ جریان است — مفاهیم متفاوت!
- فراتر رفتن از درجهبندی سیم: سیمهای نازک بیش از حد گرم میشوند، عایق را ذوب میکنند، باعث آتشسوزی میشوند — جداول AWG را بررسی کنید
- اندازهگیری نادرست جریان: آمپرمتر به صورت سری قرار میگیرد (مدار را قطع میکند)، ولتمتر به صورت موازی (در عرض) قرار میگیرد
- نادیده گرفتن AC RMS در مقابل پیک: ۱۲۰ ولت AC RMS ≠ ۱۲۰ ولت پیک (در واقع ۱۷۰ ولت). برای محاسبات از RMS استفاده کنید
- اتصال کوتاه: مقاومت صفر = جریان بینهایت نظری = آتشسوزی/انفجار/آسیب
- فرض اینکه ولتاژ LED جریان را تعیین میکند: LEDها به مقاومتهای محدودکننده جریان یا راهاندازهای جریان ثابت نیاز دارند
مقیاس جریان: از تک الکترونها تا صاعقه
| مقیاس / جریان | واحدهای نماینده | کاربردهای رایج | مثالهای دنیای واقعی |
|---|---|---|---|
| 0.16 aA | آتوآمپر (aA) | تونلزنی تک الکترونی، حد کوانتومی نظری | ۱ الکترون در ثانیه ≈ 0.16 aA |
| 1-10 pA | پیکوآمپر (pA) | کانالهای یونی، میکروسکوپ تونلی روبشی، الکترونیک مولکولی | جریانهای کانال یونی غشای بیولوژیکی |
| ~10 nA | نانوآمپر (nA) | تکانه های عصبی، سنسورهای با توان بسیار کم، نشت باتری | پیک پتانسیل عمل در نورونها |
| 10-100 µA | میکروآمپر (µA) | باتریهای ساعت، ابزارهای دقیق، سیگنالهای بیولوژیکی | میزان مصرف جریان معمول یک ساعت |
| 2-20 mA | میلیآمپر (mA) | LEDها، سنسورها، مدارهای کمتوان، پروژههای آردوینو | نشانگر LED استاندارد (۲۰ میلیآمپر) |
| 0.5-5 A | آمپر (A) | الکترونیک مصرفی، شارژ USB، لوازم خانگی | شارژ سریع USB-C (۳ آمپر)، برق لپتاپ (۴ آمپر) |
| 15-30 A | آمپر (A) | مدارهای خانگی، لوازم خانگی بزرگ، شارژ وسایل نقلیه الکتریکی | مدارشکن استاندارد (۱۵ آمپر)، شارژر EV سطح ۲ (۳۲ آمپر) |
| 100-400 A | آمپر (A) | جوشکاری قوسی، استارتر خودرو، موتورهای صنعتی | جوشکاری با الکترود دستی (۱۰۰-۴۰۰ آمپر)، موتور استارتر خودرو (۲۰۰-۴۰۰ آمپر) |
| 1-100 kA | کیلوآمپر (kA) | صاعقه، جوشکاری نقطهای، موتورهای بزرگ، سیستمهای ریلی | صاعقه متوسط (۲۰-۳۰ کیلوآمپر)، پالسهای جوشکاری نقطهای |
| 1-3 MA | مگاآمپر (MA) | تفنگهای ریلی الکترومغناطیسی، راکتورهای همجوشی، فیزیک شدید | شتاب پرتابه تفنگ ریلی (۱-۳ مگاآمپر برای میکروثانیه) |
توضیح سیستمهای واحد
واحدهای SI — آمپر
آمپر (A) واحد پایه SI برای جریان است. یکی از هفت واحد بنیادی SI. از سال ۲۰۱۹ از بار بنیادی تعریف شده است. پیشوندها از آتو تا مگا همه محدودهها را پوشش میدهند.
- ۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه (تعریف دقیق)
- kA برای توان بالا (جوشکاری، صاعقه)
- mA، µA برای الکترونیک، سنسورها
- fA، aA برای دستگاههای کوانتومی، تک الکترونی
واحدهای تعریفی
C/s و W/V طبق تعریف معادل آمپر هستند. C/s جریان بار را نشان میدهد. W/V جریان را از توان/ولتاژ نشان میدهد. هر سه یکسان هستند.
- ۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه (تعریف)
- ۱ آمپر = ۱ وات بر ولت (از P = VI)
- هر سه یکسان هستند
- دیدگاههای متفاوت در مورد جریان
واحدهای قدیمی CGS
آبآمپر (EMU) و استاتآمپر (ESU) از سیستم قدیمی CGS. بیو = آبآمپر. امروزه نادر هستند اما در متون قدیمی فیزیک ظاهر میشوند. ۱ آبآمپر = ۱۰ آمپر؛ ۱ استاتآمپر ≈ ۳.۳۴×۱۰⁻¹⁰ آمپر.
- ۱ آبآمپر = ۱۰ آمپر (EMU)
- ۱ بیو = ۱۰ آمپر (همانند آبآمپر)
- ۱ استاتآمپر ≈ ۳.۳۴×۱۰⁻¹⁰ آمپر (ESU)
- منسوخ شده؛ آمپر SI استاندارد است
فیزیک جریان
قانون اهم
I = V / R (جریان = ولتاژ ÷ مقاومت). ولتاژ و مقاومت را بدانید، جریان را پیدا کنید. اساس تمام تحلیلهای مدار. برای مقاومتها خطی است.
- I = V / R (جریان از ولتاژ)
- V = I × R (ولتاژ از جریان)
- R = V / I (مقاومت از اندازهگیریها)
- اتلاف توان: P = I²R
قانون جریان کیرشهف
در هر گره، جریان ورودی = جریان خروجی. Σ I = ۰ (مجموع جریانها = صفر). بار حفظ میشود. برای تحلیل مدارهای موازی ضروری است.
- ΣI = ۰ در هر گره
- جریان ورودی = جریان خروجی
- پایستگی بار
- برای حل مدارهای پیچیده استفاده میشود
تصویر میکروسکوپی
جریان = سرعت رانش حاملهای بار. در فلزات: الکترونها به آرامی حرکت میکنند (حدود میلیمتر بر ثانیه) اما سیگنال با سرعت نور منتشر میشود. تعداد حاملها × سرعت = جریان.
- I = n × q × v × A (میکروسکوپی)
- n = چگالی حامل، v = سرعت رانش
- الکترونها به آرامی حرکت میکنند، سیگنال سریع است
- در نیمههادیها: الکترونها + حفرهها
معیارهای جریان
| زمینه | جریان | یادداشتها |
|---|---|---|
| تک الکترون | ~0.16 aA | ۱ الکترون در ثانیه |
| کانال یونی | ~1-10 pA | غشای بیولوژیکی |
| تکانه عصبی | ~10 nA | پیک پتانسیل عمل |
| نشانگر LED | 2-20 mA | LED کمتوان |
| USB 2.0 | 0.5 A | برق استاندارد USB |
| شارژ تلفن | 1-3 A | شارژ سریع معمول |
| مدار خانگی | 15 A | مدارشکن استاندارد (ایالات متحده) |
| شارژ خودروی الکتریکی | 32-80 A | شارژر خانگی سطح ۲ |
| جوشکاری قوسی | 100-400 A | جوشکاری با الکترود دستی معمول |
| موتور استارتر خودرو | 100-400 A | جریان پیک هنگام استارت |
| برخورد صاعقه | 20-30 kA | صاعقه متوسط |
| جوشکاری نقطهای | 1-100 kA | پالس کوتاه |
| حداکثر نظری | >1 MA | تفنگهای ریلی، فیزیک شدید |
سطوح جریان رایج
| دستگاه / زمینه | جریان معمول | ولتاژ | توان |
|---|---|---|---|
| باتری ساعت | 10-50 µA | 3V | ~0.1 mW |
| نشانگر LED | 10-20 mA | 2V | 20-40 mW |
| آردوینو/MCU | 20-100 mA | 5V | 0.1-0.5 W |
| موس/کیبورد USB | 50-100 mA | 5V | 0.25-0.5 W |
| شارژ تلفن (آهسته) | 1 A | 5V | 5 W |
| شارژ تلفن (سریع) | 3 A | 9V | 27 W |
| لپتاپ | 3-5 A | 19V | 60-100 W |
| کامپیوتر رومیزی | 5-10 A | 12V | 60-120 W |
| مایکروویو | 10-15 A | 120V | 1200-1800 W |
| شارژ خودروی الکتریکی | 32 A | 240V | 7.7 kW |
کاربردهای دنیای واقعی
الکترونیک مصرفی
USB: ۰.۵-۳ آمپر (از شارژ استاندارد تا سریع). شارژ تلفن: ۱-۳ آمپر معمول است. لپتاپ: ۳-۵ آمپر. LED: ۲۰ میلیآمپر معمول است. اکثر دستگاهها از محدوده میلیآمپر تا آمپر استفاده میکنند.
- USB 2.0: حداکثر ۰.۵ آمپر
- USB 3.0: حداکثر ۰.۹ آمپر
- USB-C PD: تا ۵ آمپر (۱۰۰ وات در ۲۰ ولت)
- شارژ سریع تلفن: ۲-۳ آمپر معمول است
خانگی و قدرت
مدارهای خانگی: مدارشکنهای ۱۵-۲۰ آمپر (ایالات متحده). لامپ: ۰.۵-۱ آمپر. مایکروویو: ۱۰-۱۵ آمپر. تهویه مطبوع: ۱۵-۳۰ آمپر. شارژ خودروی الکتریکی: ۳۰-۸۰ آمپر (سطح ۲).
- پریز استاندارد: مدار ۱۵ آمپر
- لوازم خانگی بزرگ: ۲۰-۵۰ آمپر
- خودروی الکتریکی: ۳۰-۸۰ آمپر (سطح ۲)
- کل خانه: سرویس ۱۰۰-۲۰۰ آمپر
صنعتی و شدید
جوشکاری: ۱۰۰-۴۰۰ آمپر (الکترود دستی)، بیش از ۱۰۰۰ آمپر (نقطهای). صاعقه: ۲۰-۳۰ کیلوآمپر متوسط، ۲۰۰ کیلوآمپر پیک. تفنگهای ریلی: مگاآمپر. آهنرباهای ابررسانا: بیش از ۱۰ کیلوآمپر ثابت.
- جوشکاری قوسی: ۱۰۰-۴۰۰ آمپر
- جوشکاری نقطهای: پالسهای ۱-۱۰۰ کیلوآمپر
- صاعقه: ۲۰-۳۰ کیلوآمپر معمول است
- تجربی: محدوده مگاآمپر (تفنگهای ریلی)
محاسبات سریع تبدیل
تبدیلهای سریع پیشوند SI
هر مرحله پیشوند = ×۱۰۰۰ یا ÷۱۰۰۰. kA → A: ×۱۰۰۰. A → mA: ×۱۰۰۰. mA → µA: ×۱۰۰۰.
- kA → A: ضرب در ۱٬۰۰۰
- A → mA: ضرب در ۱٬۰۰۰
- mA → µA: ضرب در ۱٬۰۰۰
- معکوس: تقسیم بر ۱٬۰۰۰
جریان از توان
I = P / V (جریان = توان ÷ ولتاژ). لامپ ۶۰ وات در ۱۲۰ ولت = ۰.۵ آمپر. مایکروویو ۱۲۰۰ وات در ۱۲۰ ولت = ۱۰ آمپر.
- I = P / V (آمپر = وات ÷ ولت)
- ۶۰ وات ÷ ۱۲۰ ولت = ۰.۵ آمپر
- P = V × I (توان از جریان)
- V = P / I (ولتاژ از توان)
بررسیهای سریع قانون اهم
I = V / R. ولتاژ و مقاومت را بدانید، جریان را پیدا کنید. ۱۲ ولت در ۴ اهم = ۳ آمپر. ۵ ولت در ۱ کیلو اهم = ۵ میلیآمپر.
- I = V / R (آمپر = ولت ÷ اهم)
- ۱۲ ولت ÷ ۴ اهم = ۳ آمپر
- ۵ ولت ÷ ۱۰۰۰ اهم = ۵ میلیآمپر (= ۰.۰۰۵ آمپر)
- به یاد داشته باشید: برای جریان تقسیم کنید
چگونه تبدیلها کار میکنند
- مرحله ۱: منبع → آمپر را با استفاده از ضریب toBase تبدیل کنید
- مرحله ۲: آمپر → هدف را با استفاده از ضریب toBase هدف تبدیل کنید
- جایگزین: از ضریب مستقیم استفاده کنید (kA → A: ضرب در ۱۰۰۰)
- بررسی عقلانی: ۱ کیلوآمپر = ۱۰۰۰ آمپر، ۱ میلیآمپر = ۰.۰۰۱ آمپر
- به یاد داشته باشید: C/s و W/V با A یکسان هستند
مرجع تبدیلهای رایج
| از | به | ضرب در | مثال |
|---|---|---|---|
| A | kA | 0.001 | 1000 A = 1 kA |
| kA | A | 1000 | 1 kA = 1000 A |
| A | mA | 1000 | 1 A = 1000 mA |
| mA | A | 0.001 | 1000 mA = 1 A |
| mA | µA | 1000 | 1 mA = 1000 µA |
| µA | mA | 0.001 | 1000 µA = 1 mA |
| A | C/s | 1 | 5 A = 5 C/s (همانی) |
| A | W/V | 1 | 10 A = 10 W/V (همانی) |
| kA | MA | 0.001 | 1000 kA = 1 MA |
| abampere | A | 10 | 1 abA = 10 A |
مثالهای سریع
مسائل حل شده
محاسبه توان USB
پورت USB ۵ ولت تأمین میکند. دستگاه ۵۰۰ میلیآمپر جریان میکشد. توان چقدر است؟
P = V × I = 5V × 0.5A = 2.5W (استاندارد USB 2.0)
محدود کردن جریان برای LED
منبع ۵ ولت، LED به ۲۰ میلیآمپر و ۲ ولت نیاز دارد. مقاومت چقدر است؟
افت ولتاژ = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. از ۱۵۰ اهم یا ۱۸۰ اهم استفاده کنید.
اندازهگیری مدارشکن
سه دستگاه: ۵ آمپر، ۸ آمپر، ۳ آمپر در یک مدار. مدارشکن چقدر است؟
مجموع = 5 + 8 + 3 = 16A. از مدارشکن ۲۰ آمپر استفاده کنید (اندازه استاندارد بعدی برای حاشیه ایمنی).
اشتباهات رایج برای اجتناب
- **جریان کشنده است، نه ولتاژ**: ۱۰۰ میلیآمپر از طریق قلب میتواند کشنده باشد. ولتاژ بالا خطرناک است زیرا میتواند جریان را تحمیل کند، اما این جریان است که آسیب میرساند.
- **جریان AC در مقابل DC**: ۶۰ هرتز AC در سطح یکسان حدود ۳-۵ برابر خطرناکتر از DC است. AC باعث قفل شدن عضلات میشود. جریان RMS برای محاسبات AC استفاده میشود.
- **ضخامت سیم مهم است**: سیمهای نازک نمیتوانند جریان بالا را تحمل کنند (گرما، خطر آتشسوزی). از جداول گیج سیم استفاده کنید. ۱۵ آمپر به حداقل ۱۴ AWG نیاز دارد.
- **از درجهبندیها فراتر نروید**: قطعات دارای حداکثر درجهبندی جریان هستند. LEDها میسوزند، سیمها ذوب میشوند، فیوزها میپرند، ترانزیستورها از کار میافتند. همیشه برگه داده را بررسی کنید.
- **جریان سری یکسان است**: در مدار سری، جریان در همه جا یکسان است. در مدار موازی، جریانها در گرهها جمع میشوند (کیرشهف).
- **اتصال کوتاه**: مقاومت صفر = جریان بینهایت (نظری). در واقعیت: توسط منبع محدود میشود، باعث آسیب/آتشسوزی میشود. همیشه مدارها را محافظت کنید.
حقایق جالب درباره جریان
بدن شما حدود ۱۰۰ میکروآمپر را هدایت میکند
وقتی روی زمین ایستادهاید، بدن شما دائماً حدود ۱۰۰ میکروآمپر جریان نشتی به زمین دارد. از میدانهای الکترومغناطیسی، بارهای ساکن، امواج رادیویی. کاملاً ایمن و طبیعی است. ما موجوداتی الکتریکی هستیم!
صاعقه ۲۰٬۰۰۰ تا ۲۰۰٬۰۰۰ آمپر است
صاعقه متوسط: ۲۰-۳۰ کیلوآمپر (۲۰٬۰۰۰ آمپر). پیک میتواند به ۲۰۰ کیلوآمپر برسد. اما مدت زمان آن کمتر از ۱ میلیثانیه است. کل بار: فقط حدود ۱۵ کولن. جریان بالا، زمان کوتاه = قابل بقا (گاهی اوقات).
آستانه درد انسان: ۱ میلیآمپر
۱ میلیآمپر ۶۰ هرتز AC: احساس سوزن سوزن شدن. ۱۰ میلیآمپر: از دست دادن کنترل عضلات. ۱۰۰ میلیآمپر: فیبریلاسیون بطنی (کشنده). ۱ آمپر: سوختگیهای شدید، ایست قلبی. مسیر جریان مهم است — از طریق قلب بدترین حالت است.
ابررساناها: جریان بینهایت؟
مقاومت صفر = جریان بینهایت؟ نه دقیقاً. ابررساناها دارای 'جریان بحرانی' هستند — از آن فراتر بروید، ابررسانایی از بین میرود. راکتور همجوشی ITER: ۶۸ کیلوآمپر در سیمپیچهای ابررسانا. بدون گرما، بدون اتلاف!
جریان LED حیاتی است
LEDها با جریان راهاندازی میشوند، نه ولتاژ. ولتاژ یکسان، جریان متفاوت = روشنایی متفاوت. جریان بیش از حد؟ LED فوراً میمیرد. همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان یا یک راهانداز جریان ثابت استفاده کنید.
تفنگهای ریلی به مگاآمپر نیاز دارند
تفنگهای ریلی الکترومغناطیسی: ۱-۳ مگاآمپر (میلیون آمپر) برای میکروثانیه. نیروی لورنتس پرتابه را به سرعت ماخ ۷+ میرساند. به بانکهای خازنی عظیم نیاز دارد. سلاح دریایی آینده.
تکامل تاریخی
1800
ولتا باتری را اختراع میکند. اولین منبع جریان الکتریکی پیوسته. آزمایشهای اولیه الکتریکی را ممکن میسازد.
1820
اورستد کشف میکند که جریان میدان مغناطیسی ایجاد میکند. الکتریسیته و مغناطیس را به هم پیوند میدهد. اساس الکترومغناطیس.
1826
اهم V = IR را منتشر میکند. قانون اهم رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت را توصیف میکند. در ابتدا رد شد، اما اکنون بنیادی است.
1831
فارادی القای الکترومغناطیسی را کشف میکند. یک میدان مغناطیسی متغیر جریان ایجاد میکند. ژنراتورها و ترانسفورماتورها را ممکن میسازد.
1881
اولین کنگره بینالمللی برق آمپر را به عنوان 'واحد عملی' جریان تعریف میکند.
1893
سیستم AC تسلا در نمایشگاه جهانی 'جنگ جریانها' را برنده میشود. جریان AC قابل تبدیل است، اما جریان DC (در آن زمان) نه.
1948
CGPM آمپر را تعریف میکند: 'جریان ثابتی که نیروی ۲×۱۰⁻⁷ نیوتن بر متر بین هادیهای موازی تولید میکند.'
2019
بازتعریف SI: آمپر اکنون از بار بنیادی (e) تعریف شده است. ۱ آمپر = (e/1.602×10⁻¹⁹) الکترون در ثانیه. طبق تعریف دقیق است.
نکات حرفهای
- **سریع از mA به A**: تقسیم بر ۱۰۰۰. ۲۵۰ میلیآمپر = ۰.۲۵ آمپر.
- **جریان در مدار موازی جمع میشود**: دو شاخه ۵ آمپری = مجموع ۱۰ آمپر. سری: جریان در همه جا یکسان است.
- **گیج سیم را بررسی کنید**: ۱۵ آمپر به حداقل ۱۴ AWG نیاز دارد. ۲۰ آمپر به ۱۲ AWG نیاز دارد. خطر آتشسوزی را نپذیرید.
- **جریان را به صورت سری اندازهگیری کنید**: آمپرمتر در مسیر جریان قرار میگیرد (مدار را قطع میکند). ولتمتر به صورت موازی (در عرض) قرار میگیرد.
- **AC RMS در مقابل پیک**: ۱۲۰ ولت AC RMS ← ۱۷۰ ولت پیک. جریان یکسان است: RMS برای محاسبات.
- **حفاظت با فیوز**: درجه فیوز باید ۱۲۵٪ جریان عادی باشد. از اتصال کوتاه محافظت میکند.
- **نماد علمی خودکار**: مقادیر < ۱ میکروآمپر یا > ۱ گیگاآمپر برای خوانایی به صورت نماد علمی نمایش داده میشوند.
مرجع کامل واحدها
واحدهای SI
| نام واحد | نماد | معادل آمپر | نکات استفاده |
|---|---|---|---|
| آمپر | A | 1 A (base) | واحد پایه SI؛ ۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه = ۱ وات بر ولت (دقیق). |
| مگاآمپر | MA | 1.0 MA | صاعقه (حدود ۲۰-۳۰ کیلوآمپر)، تفنگهای ریلی، سیستمهای صنعتی شدید. |
| کیلوآمپر | kA | 1.0 kA | جوشکاری (۱۰۰-۴۰۰ آمپر)، موتورهای بزرگ، سیستمهای قدرت صنعتی. |
| میلیآمپر | mA | 1.0000 mA | LEDها (۲۰ میلیآمپر)، مدارهای کمتوان، جریانهای سنسور. |
| میکروآمپر | µA | 1.0000 µA | سیگنالهای بیولوژیکی، ابزارهای دقیق، نشت باتری. |
| نانوآمپر | nA | 1.000e-9 A | تکانههای عصبی، کانالهای یونی، دستگاههای با توان بسیار کم. |
| پیکوآمپر | pA | 1.000e-12 A | اندازهگیریهای تک مولکولی، میکروسکوپ تونلی روبشی. |
| فمتوآمپر | fA | 1.000e-15 A | مطالعات کانال یونی، الکترونیک مولکولی، دستگاههای کوانتومی. |
| آتوآمپر | aA | 1.000e-18 A | تونلزنی تک الکترونی، حد کوانتومی نظری. |
واحدهای رایج
| نام واحد | نماد | معادل آمپر | نکات استفاده |
|---|---|---|---|
| کولن بر ثانیه | C/s | 1 A (base) | معادل آمپر: ۱ آمپر = ۱ کولن بر ثانیه. تعریف جریان بار را نشان میدهد. |
| وات بر ولت | W/V | 1 A (base) | معادل آمپر: ۱ آمپر = ۱ وات بر ولت از P = VI. رابطه توان. |
میراثی و علمی
| نام واحد | نماد | معادل آمپر | نکات استفاده |
|---|---|---|---|
| آبآمپر (EMU) | abA | 10.0 A | واحد CGS-EMU = ۱۰ آمپر. واحد الکترومغناطیسی منسوخ شده. |
| استاتآمپر (ESU) | statA | 3.336e-10 A | واحد CGS-ESU ≈ ۳.۳۴×۱۰⁻¹⁰ آمپر. واحد الکترواستاتیک منسوخ شده. |
| بیوت | Bi | 10.0 A | نام جایگزین برای آبآمپر = ۱۰ آمپر. واحد الکترومغناطیسی CGS. |
سوالات متداول
تفاوت بین جریان و ولتاژ چیست؟
ولتاژ فشار الکتریکی است (مانند فشار آب). جریان نرخ جریان است (مانند جریان آب). ولتاژ بالا به معنای جریان بالا نیست. شما میتوانید ۱۰۰۰۰ ولت با ۱ میلیآمپر (شوک استاتیک) یا ۱۲ ولت با ۱۰۰ آمپر (استارتر خودرو) داشته باشید. ولتاژ فشار میآورد، جریان جاری میشود.
کدام خطرناکتر است: ولتاژ یا جریان؟
جریان کشنده است، نه ولتاژ. ۱۰۰ میلیآمپر از طریق قلب شما میتواند کشنده باشد. اما ولتاژ بالا میتواند جریان را از طریق بدن شما عبور دهد (V = IR). به همین دلیل ولتاژ بالا خطرناک است — بر مقاومت بدن شما غلبه میکند. جریان قاتل است، ولتاژ امکاندهنده.
چرا جریان متناوب (AC) نسبت به جریان مستقیم (DC) حس متفاوتی دارد؟
۶۰ هرتز AC باعث انقباضات عضلانی با فرکانس شبکه برق میشود. نمیتوانید رها کنید (قفل شدن عضلات). DC باعث یک شوک واحد میشود. AC در سطح جریان یکسان ۳-۵ برابر خطرناکتر است. همچنین: مقدار RMS AC = معادل موثر DC (۱۲۰ ولت AC RMS ≈ ۱۷۰ ولت پیک).
یک خانوار معمولی چقدر جریان مصرف میکند؟
کل خانه: پنل سرویس ۱۰۰-۲۰۰ آمپر. یک پریز: مدار ۱۵ آمپر. لامپ: ۰.۵ آمپر. مایکروویو: ۱۰-۱۵ آمپر. تهویه مطبوع: ۱۵-۳۰ آمپر. شارژر خودروی الکتریکی: ۳۰-۸۰ آمپر. مجموع متغیر است، اما پنل حداکثر را محدود میکند.
آیا میتوان جریان بدون ولتاژ داشت؟
در ابررساناها، بله! مقاومت صفر به این معنی است که جریان با ولتاژ صفر جاری میشود (V = IR = ۰). یک جریان پایدار میتواند برای همیشه جاری شود. در هادیهای معمولی، نه — برای فشار دادن جریان به ولتاژ نیاز دارید. افت ولتاژ = جریان × مقاومت.
چرا USB به ۰.۵-۵ آمپر محدود شده است؟
کابل USB نازک است (مقاومت بالا). جریان بیش از حد = گرم شدن بیش از حد. USB 2.0: ۰.۵ آمپر (۲.۵ وات). USB 3.0: ۰.۹ آمپر. USB-C PD: تا ۵ آمپر (۱۰۰ وات). سیمهای ضخیمتر، خنککنندگی بهتر و مذاکره فعال، جریانهای بالاتر را به طور ایمن ممکن میسازند.
فهرست کامل ابزارها
همه 71 ابزار موجود در UNITS