ولتاژ چیست؟ انواع ولتاژ و نحوه اندازه گیری با مولتی متر

یکی از مهمترین مفاهیم اولیه در علم الکترونیک، مفهوم ولتاژ است که بدون حضور آن هیچ مداری کار نمی‌کند. 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 می‌توان اینگونه گفت که ولتاژ به زبان ساده، نیرویی است که موجب ایجاد جریان الکتریکی در سیم یا مدار می‌شود.

ولتاژ چیست؟

اختلاف پتانسیل بین دو نقطه منجر به ایجاد یک نیرو می‌شود که نیروی الکتروموتیو یا emf خوانده می‌شود. این نیرو مایل است تا الکترون ها یا دیگر بارهای حامل را از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال دهد. اگر یک هادی الکتریکی در یک میدان مغناطیسی به صورت عمود بر میدان حرکت کند، بین دو سرش یک اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود.

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.

اختلاف پتانسیل به صورت مقدار کار انجام شده برای انتقال واحد بار الکتریکی از نقطه دوم به نقطه اول یا به طور برابر، مقدار کاری که واحد بار می‌تواند در انتقال از نقطه اول به نقطه دوم انجام دهد، است. در سیستم واحدهای SI، اختلاف پتانسیل، پتانسیل الکتریکی و نیروی الکتروموتیو توسط ولت که نشان دهنده واژه معروف ولتاژ و نماد V است، اندازه گیری می‌شود.

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.

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.

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.

تعبیر هیدرولیکی

یک تعبیر روشن برای مدار الکتریکی، جریان آبی است که به كمك یک پمپ مکانیکی در یک حلقه لوله کشی شده در جريان است. تمايز پتانسیل بین دو نقطه را می‌‎شود تحت اختلاف فشار بین دو نقطه پنداشت.

اگر یک پمپ اختلاف فشار بین دو نقطه ایجاد کند، جریان آب از یک نقطه به نقطه دیگر ایجاد می‌شود و کار انجام می‌شود، همانند توربین.

آب = بار الکتریکی

فشار = ولتاژ

جریان آب = جریان

واحد اندازه گیری اختلاف پتانسیل الکتریکی

این پارامتر را با حرف V نمایش می‌دهند. نیروی لازم برای جابجایی یک کولمب (6.28*1018) بار الکتریکی از یک مقاومت 1 اهمی در 1 ثانیه را یک ولت می نامند.

در همین رابطه یک فرمول توسط فیزیکدان آلمانی کشف شده که به افتخار او به نام قانون اهم نامگذاری شده است و در نتیجه این قانون به رابطه محاسبه ولتاژ برحسب جریان عبوری (I) از یک قطعه رسانا با مقاومت (R)، دست پیدا می‌کنیم.

نحوه اندازه گیری ولتاژ توسط مولتی متر

یک مولتی متر می‌تواند هر دو ولتاژ AC و DC را اندازه بگیرد. اگر در کنار حرف V یک خط راست قرار داشت، به معنای ولتاژ DC است. اما اگر در بالای V خط موجی وجود داشته باشد، نشان دهنده ولتاژ AC است.

مطابق تصویر زیر پراب مشکی رنگ را به پورت COM و پراب قرمز رنگ را به پورت V متصل کنید.( این پورت معمولاً با حرف یونانی امگا (Ω) احتمالاً نمادی از دیود نیز مشخص شده است). مولتی متر را روشن کرده و آن را روی حالت اندازه گیری ولتاژ AC یا DC قرار داده و یک رنج مناسب را برای رسیدن به دقت مطلوب توسط سلکتور انتخاب کنید. می‌توانید از مولتی‌مترهای Auto Range نیز استفاده کنید.

در مولتی‌ مترهای Auto Range نیاز به انتخاب رنج به صورت دستی نیست، محدوده اندازه‌گیری به صورت خودکار انتخاب شده و کاربر باید تنها نوع کمیت اندازه گیری را انتخاب کند. در تصویر زیر یک مدل از این مولتی‌ متر را مشاهده می‌کنید.

یک مولتی‌ متر برای اندازه گیری ولتاژ باید به صورت موازی در مدار قرار بگیرد. در تصویر زیر نحوه‌ی موازی قرار دادن مولتی‌ متر در مدار مشخص شده است.

مراحل اندازه گیری ولتاژ:

1 .اگر ولتاژ DC را اندازه می‌گیرید، مد V با یک خط راست در کنار آن را انتخاب کنید.
2 .اگر ولتا ژ AC را اندازه می‌گیرید، مد V با خط موجی باالی آن را انتخاب کنید.
3 .اطمینان حاصل کنید که پراب قرمز به پورت VΩ متصل شده باشد.
4 .سر دیگر پراب قرمز را به سر مثبت قطعه که جریان از آن خارج می‌شود، متصل کنید.
5 .سر دیگر پراب مشکی را به پایه منفی قطعه متصل کنید.
6 .مقدار نشان داده شده روی نمایشگر را بخوانید.

انواع voltage

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

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 نمی‌دهد و یک ولتاژ ثابت را در جعبه فیوز نشان می‌دهد.

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 می‌کند که تعداد این تغییرات در هر ثانیه به سیکلیا هرتز مشهور است.

ولتاژ‌ موثر و یا RMS

در واقع ولت مترهای عقربه ای و دیجیتال این نوع voltage را نشان می‌دهند که در برق شهری از آن استفاده می‌شود. 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 می‌گیرد 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 نمی‌شود و قطعاً پایین تر و کمتر از آن را استفاده می‌کنیم.