ولتاژ، جریان، مقاومت و قانون اهم

سه کمیت پایه مدار

ولتاژ (V) اختلاف پتانسیل بین دو نقطه است؛ می‌توان آن را «فشاری» تصور کرد که بار الکتریکی را هل می‌دهد. جریان (I) مقدار عبور بار در زمان است و با آمپر اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت (R) میزان مخالفت یک مسیر با جریان است و واحدش اهم (Ω) است.

این تشبیه آب فقط برای شروع خوب است؛ مدار واقعی قوانین دقیق الکتریکی دارد. رابطه پایه برای یک مقاومت ایده‌آل قانون اهم است:

V = I × R
I = V / R
R = V / I

مثال: LED و مقاومت

فرض کن منبع ۵V داریم، افت ولتاژ تقریبی LED قرمز ۲V است و می‌خواهیم حدود ۱۰mA عبور کند. مقاومت باید حدودا:

R = (5V - 2V) / 0.01A = 300Ω

مقدار استاندارد نزدیک و محافظه‌کارانه مثل 330Ω انتخاب خوبی است. بدون مقاومت، جریان می‌تواند از محدوده LED یا پایه میکروکنترلر بالاتر برود.

میلی‌آمپر را به آمپر تبدیل کن

برای فرمول‌ها حواست به واحد باشد: 10mA = 0.010A. خیلی از اشتباه‌های محاسبه از همین تبدیل ساده می‌آیند.

توان

توان تقریبی مصرف‌کننده DC:

P = V × I

اگر یک بار با ۱۲V و ۲A کار کند، توانش حدود ۲۴W است. این عدد برای انتخاب منبع تغذیه، سیم و مدیریت گرما مهم می‌شود.

مدار باز و اتصال کوتاه

مدار باز یعنی مسیر کامل نیست و جریان اصلی عبور نمی‌کند. اتصال کوتاه یعنی مسیری با مقاومت خیلی کم بین دو نقطه‌ای ایجاد شده که نباید؛ این حالت می‌تواند جریان بزرگ، داغی و آسیب ایجاد کند. قبل از روشن کردن مدار، مخصوصا در پروژه موتور، اتصال VCC و GND را دوباره بررسی کن.

تمرین

۱) با منبع ۵V و مقاومت ۱kΩ، جریان ایده‌آل را حساب کن. جواب 5mA است. ۲) برای LED با افت تقریبی ۲V روی منبع ۵V و هدف ۵mA، مقاومت مناسب را حساب کن. ۳) روی Breadboard واقعی، قبل از اتصال برق با چک‌لیست مسیر VCC→مقاومت→LED→GND را دنبال کن.

نکته ایمنی

هرگز فقط به فرمول اعتماد نکن؛ Datasheet قطعه، حد جریان پایه برد و توان مقاومت را هم بررسی کن. قانون اهم مدل پایه است، نه مجوز نادیده گرفتن محدودیت قطعه.