ولت و ولتاژ چیست ؟ واحد اندازه گیری ولتاژ در مدارهای الکتریکی و در کل در صنعت برق، ولت است که با نماد V نمایش داده می شود و به زبان عامیانه سرعت حرکت الکتریسیته یا فشار وارد شده برای حرکت الکترون ها است.

 

ولتاژ چیست؟

یکی از ویژه‌ترین مفاهیم كاربری در علم الکترونیک، توصیف ولتاژ است که بدون وجود آن هیچ مدل از مداری کار نمی‌کند. جهت شناسایی عملکرد ولتاژ (اختلاف پتانسیل) و انواع ولتاژ در هر نوع از مداری بایستی نخست با عبارت آن به درستی آشنا بگردیم. ولتاژ نیروی محرکه‌ای است که منجر به تشكیل جریان الکتریکی در خود مدار می‌گردد.برای یک قطعه نیمه هادی یا هادی با مقاومت الکتریکی معین، هر چه مقدار ولتاژ زیادتر گردد، جریان الکتریکی عبوری از آن هم زیادتر می‌گردد.به طور مثال یک وسیله برقی را در نظر بگیرید. برای روشن کردن این وسیله برقی باید آن را بین دو نقطه که هر دو دارای اختلاف پتانسیل الکتریکی است، وصل کنیم. بر فرض مثال اگر بخواهید یک لامپ را روشن کنید بایستی آن را بین قطب های یک باطری که اختلاف پتانسیل بین آنها یک و نیم ولت است، وصل کنید تا این قدرت را داشته باشد که این لامپ کوچک را روشن کند.

در علم مهندسی برق، اگر بخواهید به سوال ولتاژ چیست به زبان ساده پاسخ دهید، می‌توان گفت که این کمیت به عنوان یک کمیت عرضی در مقایسه با شار است که متغیری عبوری است.در واقع اختلاف پتانسیل، کاری است که موجب می‌شود جریان الکتریسیته در بین دو نقطه A و B حرکت کند. حالا این کار انجام شده می‌تواند از نقطه A به B باشد یا اینکه اصلا عکس این کار انجام شود، اما در اصل موضوع تفاوتی ندارد. در بحث فیزیک، این کار انجام شده می‌تواند با نماد مثبت و منفی بیان شود. همچنین در سیستم واحد SI که معتبرترین سیستم واحد شناسی جهان است، اختلاف پتانسیل الکتریکی و نیروی الکتروموتیو، با نماد V قابل شناسایی هستند که همان واحد ولتاژ است.

نکته بسیار مهمی در این زمینه وجود دارد که در مبحث ولتاژ چیست؟ بسیار به شما کمک خواهد کرد. در واقع ولتاژ خاصیت جمع پذیری دارد. یعنی اگر سه مدار به یکدیگر متصل باشند، ملزوم است که با جمع ولتاژها، ولتاژ کلی مدار را به دست بیاوریم. به‌طور مثال: اگر نقطه B، بین نقطه A و C، قرار گرفته باشد و قصد این را داشته باشید که ولتاژ بین نقطه A و C را محاسبه کنید، باید ولتاژ بین نقطه A و B را با ولتاژ بین نقطه B و C، جمع کنید.

آیا شما می دانید کانکتور برق چیست؟ برای دانستن این موضوع به مقاله مربوطه مراجعه نمایید.

 

تاریخچه ولتاژ

در سال 1800 میلادی که اثر جریان الکتریسیته نیز معروف است، الساندور ولتا، بر سر یک اختلاف علمی که با یکی از دانشمندان عصر خود به نام سوی لوییجی گالوانی داشت، توانست پیل ولتایی را اختراع کند و به ثبت برساند. در واقع او متوجه شد که پیل اختراعی او، جریان الکتریسیته پایداری را داشت. همین پایداری به دلیل وجود ولتاژ در مدار الکتریکی بود.همچنین الساندور ولتا، کار خود را در همین نقطه پایان نداد. همچنین او کشف کرد که دو فلز ارزشمند نقره و روی، می‌توانند جریان الکتریسیته پایداری را به وجود بیاورند. این کشف او، نقطه عطفی بود تا تاثیر یون‌های فلزات ارزشمند مانند مس، سرب و روی را در تولید جریان الکتریسیته شاهد باشید.

به دلیل اینکه نام این داشمند الساندور ولتا بود، واحد ولتاژ را نیز از روی مخفف نام این دانشمند بزرگ برداشتند و ولت نام‌گذاری کردند. در سال 1800 میلادی و پس از کشف ولتاژ، کنگره بین‌المللی آن زمان که حالا به نام کمیسیون بین المللی الکتریکی تغییر نام داده است، واحد ولت را برای نیروی دیگری به نام نیروی الکتروموتیو به تصویب رساند. در این کنگره، ولت، اختلاف پتانسیلی بر اساس جریانی که به‌صورت یک آمپر با مقاومت یک اهم در یک مدار جریان داشت، تعریف شده است.

اگر میخواهید درباره اصطلاحات کاربردی برق بیشتر بدانید به مقاله نوشته شده ما درباره اصطلاحات برق مطالعه نمایید

 

 

انواع ولتاژ برق

نکته ای که قابل ذکر است این است که ما اکثراً در ساختمان با ولتاژ 220 ولت سر و کار داریم اما برق آسانسور، موتورخانه ها و حتی چیلرها با برق سه فاز کار می کنند. در کشورهای مختلف voltage برق متفاوت از هم هستند. به طور مثال به جز کشورهایی مانند ژاپن، فیلیپین و عربستان که ۱۱۰ ولت و ۶۰ هرتز می باشد، در قاره آسیا، اروپا، آفریقا و استرالیا voltage برق ۲۲۰ ولت و ۵۰ هرتز است. به خاطر همین اگر از کشورهایی که ذکر کردیم یک وسیله برقی خریداری کردید حتماً به ولت آن توجه کنید که مبادا تفاوتی با ولت داخل کشور داشته باشد.

تفاوت ولتاژ و جریان

همان طوری که در بالا هم به این موضوع اشاره کردیم الکتریسیته همان حرکت و جابجایی الکترون ها در یک جسم رسانا است و اگر بتوانیم این حرکت را به صورت کاملاً هدفمند تحت کنترل خودمان داشته باشیم به راحتی می توانیم از آن برای رسیدن به اهداف خود استفاده کنیم. به طور مثال وسایلی مانند لپ تاپ، کامپیوتر، گوشی های تلفن همراه، چراغ های مطالعه، یخچال، تلویزیون و خیلی از وسایل و تجهیزات الکتریکی و برقی که امکان دارد هر کدام با voltage خاصی کار کند، فقط به وسیله همین مفهوم کنترل و جابجایی حرکت الکترون ها در یک جسم رسانا، آماده این هستند تا نیازهای شما را برآورده کنند.

در این میان هر بار الکتریکی موجب می شود تا یک میدان الکتریکی در اطراف خودش ایجاد کند که به میدان الکتریکی مشهور است و گاهاً دیده می شود در برخی از نقاط این میدان قوی تر و در برخی از نقاط هم این میدان ضعیف تر می شود که این قوی بودن یا ضعیف بودن میدان الکتریکی به یک عامل ایجاد کننده که همان بار الکتریکی است، وابسته است. به اختلاف پتانسیل الکتریکی بین این دو نقطه voltage گفته می شود. این یعنی، به وجود آمدن یک اختلاف سطح پتانسیل الکتریکی یک نقطه نسبت به یک نقطه دیگر.

در بالا به این موضوع اشاره کردیم که واحد اندازه گیری voltage که آن را با نماد V و بعضاً هم با نماد E نشان می دهند، ژول بر کولن (J/C) است که به افتخار یکی از دانشمندهای به نام و مشهور ایتالیایی به نام الساندرو ولتا (Alessandro Volta) که برای اولین بار باتری شیمیایی را اختراع نمود، نام ولت (Volt) را روی این کمیت قرار دادند.

برای آشنایی با انواع منبع تغذیه پیشنهاد می شود مقاله دیگر ما درباره انواع منبع تغذیه را بخوانید.

 واحد ولتاژ چیست؟

واحد اندازه گیری ولتاژ را با حرف V نشان می‌دهند. واحد مقیاس آن از روی اسم یک فیزیکدان مشهور ایتالیایی به اسم الساندرو ولتا برمی‌گردد و ولت اسم است. این فیزیکدان آزمایشات بسیار زیادی در حوزه الکتریسیته صورت می‌پذیرد و تعداد وسیعی از باتری های نخستین را همان طراحی می‌كند.نیروی مورد نیاز جابجایی یک کولمب (6.28*1018) بار الکتریکی از یک مقاومت 1 اهمی در 1 ثانیه را یک ولت است.

رابطه ولتاژ و جریان و توان

برای اینکه این موضوع بیشتر قابل درک باشد تصویر زیر را در نظر بگیرید. این تصویر یکی از ساده ترین روش ها برای درک مفاهیمی مانند الکتریسیته و voltage است. تصویر زیر از یک تانکر و یک باریکه یا شاهراه کوچک تشکیل شده است. آبی که در این تصویر مشاهده می کنید معادل بار، ولتاژ برابر است با اختلاف فشار آب و در نهایت جریان آب عبوری از باریکه یا شاهراه کوچک هم معادل جریان الکتریکی است.این مثال ساده به راحتی می توانید متوجه شوید که هرگاه مقدار آب موجود در تانکر افزایش پیدا کند به طبع فشار آب و همچنین جریان آب عبوری از باریکه هم افزایش پیدا می کند و این نشان دهنده این است که جریان الکتریکی یک رابطه مستقیم با بار الکتریکی دارد. (I∝Q)

 

 

از آن طرف هم می توان به این نتیجه دست پیدا کرد که با افزایش ارتفاع تانکر (نه افزایش مقدار آب)، جریان عبوری از باریکه هم به علت اینکه فشاری بیشتری پشت آن است، افزایش پیدا می کند و این نشان دهنده این است که جریان الکتریکی با voltage الکتریکی یک رابطه مستقیم دارد. (I∝V)برای اینکه به رابطه ولتاژ، جریان و توان بیشتر مسلط شوید، به تصویر زیر نگاه کنید. با تماشا کردن تصویر زیر، این را متوجه می‌شوید که تمامی شرایط از جمله، ارتفاع آب داخل تانکر و حجم آب یکی هستند اما یکی از تانکرها دارای خروجی باریک‌تری است. پس نتیجه می‌گیریم که مقدار آبی که از تانکر سمت راست خارج می‌شود، کمتر است.

 

 

با بررسی بیشتر این تصویر، متوجه خواهید شد که عرض خروجی تانکر، حکم میزان مقاومت در سیم‌های برق را می‌تواند برای ما بازی کند و هرچه این خروجی کوچک‌تر باشد، آب با سختی و مقاومت بیشتری خارج خواهد شد. به‌طور کلی میزان آب ( ولتاژ ) در این تانکرها یکی است و پس با کاهش یا افزایش مقاومت، میزان جریان آب خروجی یا همان جریان الکتریسیته، افزایش یا کاهش پیدا خواهد کرد.همچنین ممکن است که میزان آب درون تانکرها ( ولتاژ ) و عرض خروجی تانکرها ( مقاومت ) یکی نباشند. حالا به نظر شما، با توجه به تعریف ولتاژ، می‌توان میزان جریان عبوری یکسانی را شاهد بود؟ باید بگوییم که اگر بتوان نسبت یکسانی میان آب تانکرها ( ولتاژ ) و عرض خروجی ( مقاومت ) از آن را در نظر گرفت، پس می‌توان با استفاده از ولتاژ و مقاومت متفاوت، جریان یکسانی را به‌دست آورد.

برای آشنایی با مولتی متر پیشنهاد می شود مقاله دیگر ما درباره مولتی متر چیست را بخوانید.

 

نکات ایمنی در ولتاژ بالا

• یکی از نکات بسیار مهم که در هنگام کار با دستگاه‌های با ولتاژ بالا مانند DC ها باید رعایت کنید، این است که گاهی این دستگاه‌ها، جریان برق را در خازن‌های با ظرفیت بالای خود ذخیره می‌کنند و حتی اگر دستگاه به پریز برق متصل نباشد، باز هم ایجاد خطر برای شما دارد.
• حتما قبل از شروع کار با تجهیزات دارای ولتاژ بالا، فلزات از قبیل ساعت، انگشتر و تلفن همراه را از خود دور کنید، زیرا این وسایل مانند یک الکترود قوی عمل خواهند کرد و ممکن است جان شما به شدت به خطر بیفتد.
• همچنین قبل از شروع کار، از اتصال داشتن تمامی سطوحی فلزی و آهنی به سطح زمین، مطمئن شوید، زیرا در اینصورت، برق اتصال به زمین می‌کند و شما را تهدید نخواهد کرد.
• همیشه توجه کنید که به‌صورت صد درصد به وسایل عایق مانند کفش، لباس و دستکش خود مطمئن نباشید و درصدی را برای عبور جریان برق در نظر بگیرید.

فرمول ولتاژ

فرمول ولتاژ یعنی توان بر حسب وات برابر است با voltage ضربدر جریان (P=V*I)

در همین باره یک فرمول توسط فیزیکدان آلمانی کشف می‌گردد که به شهرت او به نام قانون اهم نامگذاری می‌گردد و در نهایت این قانون به شكل محاسبه ولتاژ برحسب جریان عبوری (I) از یک قطعه رسانا با مقاومت (R)، بررسی می‌كند.

 

برای مقیاس این پارامتر بایستی در نظر بگیریم که بایستی اختلاف پتانسیل دو نقطه محاسبه گردد بعد می‌بایستی تا پتانسیل یک نقطه نظیر زمین تحت لقب پتانسیل مرجع انتخاب گردد و اندازه گیری‌ها به نسبت آن نقطه صورت پذیرد. یک ولت متر با مقیاس جریان عبور شده از یک مقاومت ثابت تمایز پتانسیل را اندازه‌گیری می‌نماید.در یک مدار الکتریکی جهت اندازه‌گیری این کمیت بایستی دو سر ولت متر را به شكل موازی به دو نقطه پیش‌بینی شده از مدار اعمال نماییم.

ولتاژ منفی چیست؟

در واقع ولتاژ کمتر از ولتاژ مرجع یا همان اِرت (زمین) به ولتاژ منفی مشهور است.

 

انواع ولتاژ

 

انواع ولتاژ

ولتاژ را می توان به سه دسته متفاوت دسته بندی کرد:

دسته اول: ولتاژ یک سو شونده و یا DC

جهت جریان در این نوع ولتاژ ثابت است و تغییری در آن وجود ندارد. این یعنی جریان از صفر به مثبت و یا از صفر به منفی تغییر جهت نمی دهد و یک ولتاژ ثابت را در  انواع جعبه فیوز نشان می دهد.

دسته دوم: ولتاژ متناوب و یا AC

جهت جریان در این ولتاژ به صورت مرتب در هر ثانیه چندین بار به سمت مثبت و چندین بار هم به سمت منفی حرکت می کند که تعداد این تغییرات در هر ثانیه به سیکلیا هرتز مشهور است.

دسته سوم: ولتاژ موثر و یا RMS

در واقع ولت مترهای عقربه ای و دیجیتال این نوع voltage را نشان می دهند که در برقی شهری از آن استفاده می شود. به طور مثال اگر برق شهری را به وسیله دستگاه اسیلوسکوپ (به این نکته دقت کنید که این دستگاه به صورت مستقیم نمی تواند به برق شهری وصل شود و این موردی که بیان می کنیم فقط در حد یک مثال ساده است) اندازه گیری کنیم چیزی در حدود 310 ولت را اندازه می گیرد که مقدار موثر آن، همان 220 ولت است. در حقیقت voltage موثر یعنی اگر شما پیک یک ولتاژ AC را مشاهده نمایید در برق شهری از کل ولتاژ پیک استفاده نمی شود و قطعاً پایین تر و کمتر از آن را استفاده می کنیم.

 ولتاژ یکی از کلیدی ترین پارامترهای مرتبط با مدارهای الکتریکی و الکترونیکی است. این واژه به طور گسترده ای در مشخصات و محاسبات طیف گسترده ای از اقلام الکتریکی از باتری گرفته تا رادیو و لامپ ها دیده می شود و در بالای همه معیار‌ها این ولتاژ است که در مدارها نیز اندازه گیری می شود.این معیار برای کارکرد یک وسیله بسیار مهم است، زیرا اتصال وسایل الکتریکی و الکترونیکی به ولتاژ صحیح ضروری است. به عنوان مثال اگر یک لامپ 240 ولت را به یک باتری 12 ولت متصل کنید قطعا روشن نمی شود.بر عکس اگر یک دستگاه 5 ولت USB را به یک منبع 240 ولت وصل کنید با عبور بیش از حد جریان سوخته و آسیب جبران ناپذیری به مجموعه وارد می شود. علاوه بر این، سطح ولتاژ درون یک مدار کلید عملکرد آن است.

به یاد داشته باشید اگر ولتاژ نادرستی وجود داشته باشد، ممکن است نشانه رویداد Mal-function باشد. به همین دلایل ولتاژ الکتریکی یک پارامتر اصلی است و دانستن اینکه ولتاژ چیست می تواند یک نیاز اصلی در هر شرایطی باشد.

 

 

 روش استفاده از ولت متر برای نشان دادن ولتاژ

به این شكل است که سر مثبت ولت متر به قسمت دارای ولتاژ زیادتر و سر منفی آن به مقدار پایین‌تر وصل می‌گردد. اندازه نمایان گشته روی صفحه ولت متر دیجیتال برابر اندازه اختلاف پتانسیل دو سر آن قطعه است. در بعضی از ولت متر‌ها رنج یا به عبارت دیگر بازه سنجش ولتاژ بایستی به شكل دستی تنظیم گردد و اگر مقیاس اندازه‌گیری شده زیادتر از بازه معین شده باشد، مقدار 0 یا 1 یا حرف F یا به عبارت دیگر با سایر نمادها نمایان داده می‌گردد.در ولت متر‌های عقربه ای یا آنالوگ، بجای صفحه نمایشگر دیجیتال، یک عقربه بر روی صفحه مدرج است که بایستی با كمك گرفتن از آن مقدار کمیت مشخص كنید.

پیشنهاد می شود درباره طریقه تست خازن با مولتی متر بخوانید.

 

تعبیر هیدرولیکی 

 

 

ولتاژ چیست؟ یک تعبیر روشن برای مدار الکتریکی، جریان آبی است که به كمك یک پمپ مکانیکی در یک حلقه لوله کشی شده در جریان است. تمایز پتانسیل بین دو نقطه را می‎شود تحت اختلاف فشار بین دو نقطه پنداشت.اگر یک پمپ تمایز فشار بین حد فاصل دو نقطه ایجاد نماید، جریان آب از یک نقطه به نقطه دیگر تشكیل می‌گردد و کار انجام می‌شود، نظیر توربین. به صورت مشابه، با ایجاد جریان الکتریکی نمایان شده از تمایز پتانسیل تشكیل گشته بین دو نقطه توسط باتری، اقدام در واقع عملی می‌شود.مثلاً، یک باتری ماشین سالم را در نظر بگیرید كه این باتری  این توانایی را دارد تا جریان بسیار زیادی را به سیم كشی‌های خودرو جهت چرخاندن موتور ماشین انتقال نماید.

در مثال توربین، اگر پمپ کار نکند، اختلاف فشاری ایجاد نمی شود و در نهایت توربین هم هیچ گاه نمی‌چرخد.در مثل ماشین هم اگر باتری ماشین ضعیف گردد ابداً نمی‌تواند موتور ماشین را بگرداند. تعبیر هیدرولیکی جهت فهم موارد زیادی از مفاهیم الکتریکی قابل رویت است.

اصول ولتاژ و مقادیر ولتاژی لازم

ولتاژ در حقیقت فشاری است که الکترونهای دارای بار را مجبور به جریان یافتن در یک مدار الکتریکی می کند. این جریان الکترون ها، در حقیقت همان جریان الکتریکی است. اگر پتانسیل مثبتی در یک انتهای هادی قرار گیرد، در این صورت بارهای منفی به سمت آن جذب می شود، زیرا بر خلاف بارها جلب می شود.هرچه پتانسیل جذب بارها بیشتر باشد، جریان نیز بیشتر خواهد بود.در حقیقت، ولتاژ فشار الکتریکی است و آن را در ولت اندازه گیری می کنیم که می تواند با حرف V نشان داده شود. به طور معمول حرف V برای معادلاتی مانند قانون اهم برای ولت استفاده می شود، اما گاهی ممکن است از حرف E استفاده شود که مخفف EMF (Electromotive Force) یا نیروی تحرک الکتریکی است.

برای داشتن دیدی واضح تر درباره مقادیر ولتاژی لازم و اندازه گیری ولتاژ و تأثیر آن ها بر روی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، مکانیزم حرکت آب در لوله و حتی سیستم لوله کشی، معمولاً به عنوان یک شبیه سازی اساسی به کار می رود.مخزن آب برای تأمین فشار (ولتاژ) برای فشار آوردن به جریان آب (جریان) از طریق لوله ها، بالا قرار می گیرد. هرچه فشار بیشتر باشد، جریان آب بیشتر می شود.

 

 

 

واحد اندازه گیری ولتاژ ولت است ( به نام دانشمند ایتالیایی، الساندرو ولتا) که برخی از باتری های اولیه را ساخت و آزمایشهای زیادی مبتنی بر برق انجام داد. برای ایجاد یک ایده در مورد ولتاژهایی که وجود دارند، یک رادیوی معمولی را که از منبع حدود 12 ولت استفاده می کند، در نظر می گیریم.سلول هایی که در باتری های خانگی قرار دارد ولتاژی در حدود 1.5 ولت دارند. سلول های نیکل کادمیوم قابل شارژ ولتاژی کمتر از 1.2 ولت دارند، اما به طور معمول می توان آنها را به جای انواع غیر قابل شارژ نیز استفاده کرد. 

این روزها از مولتی مترهای دیجیتال بهره بیشتری برده می شود، زیرا دقیق تر بوده و با قیمت های بسیار مناسبی در دسترس عموم هستند.ولتاژ باتری یا تک سلول نیز به عنوان Voltage بیان می شود. با این وجود مشخص شده است که وقتی باتری استفاده می شود ولتاژ آن کاهش می یابد. ، دلیل این امر وجود مقداری مقاومت در داخل سلول است.

برخی از سوالات متداول

1. ولتاژ چیست؟

ولتاژ که به اختلاف پتانسیل الکتریکی یا فشار برق هم مشهور است در واقع یک نیرو یا انرژی الکتریکی است که وظیفه آن جابجا کردن بار الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر است و می توان اینگونه گفت که ولتاژ به زبان ساده، نیرویی است که موجب ایجاد جریان الکتریکی در سیم یا مدار می شود.

2. انواع ولتاژ چیست؟

دسته اول: ولتاژ یک سو شونده و یا DC - دسته دوم: ولتاژ متناوب و یا AC - دسته سوم: ولتاژ موثر و یا RMS.