استفاده از وسایل برقی در صنعت، کشاورزی، بیمارستان ها، تأسیسات شهری ، مخابرات ، وسایل ارتباط جمعی (مثل: رادیو ، تلویزیون) ، وسایل حمل و نقل ، لوازم منزل و … روز به روز متنوع تر و گسترده تر می شود.
حفاظت و ایمنی در برق :
حفاظت الکتریکی، مجموعه اقداماتی است که باید در تأسیسات الکتریکی انجام شود تا خطرها و خسارت های ناشی از جریان برق، برای افراد و تأسیسات به حداقل برسد. خطرهای ناشی از جریان برق، ممکن است بر اثر موارد زیر باشد:
الف – اتصال سیم فاز به زمین
ب – اتصال سیم فاز به بدنه یا قسمت فلزی وسایل برقی
ج – اتصال دو سیم حامل جریان الکتریکی به یک دیگر بدون واسط (اتصال کوتاه)
به منظور پیش گیری از خطرهای ناشی از جریان برق، وسایل حفاظتی مختلفی ساخته شده است که هر کدام کاربرد مخصوص دارد.
اتصال به زمین :
در صفحه هفده کتاب حرفه و فن (سال دوم راهنمایی) نقشه سیم کشی و سایر مدارها دیده می شود.
سه عدد سیم ورودی وجود دارد که یکی از سیم ها فاز، دیگری نول و سومی، سیم اتصال به زمین نامیده می شود. سیم اتصال به زمین باعث می شود، هنگام اتصال سیم فاز به بدنه وسایل برقی ، با عبور جریان از سیم به زمین، فیوز مربوط قطع شده و خطر برق گرفتگی برای اشخاص به وجود نیاید.
نقشه سیم کشی ساختمان :
برای این کار ابتدا باید با وسایل الکتریکی، آشنا شویم.
الکترونیک :
علم الکترونیک در قرن نوزدهم میلادی، پس از کشف الکترون متولد شد. امروزه، می توان هزاران فرآورده علمی را نام برد که در آن ها از مدارهای الکترونیکی استفاده شده باشد. مانند: رادیو، تلویزیون ، تلفن، ساعت و …
هر وسیله ی الکترونیکی از تعدادی برد (مدار الکتریکی) ساخته شده است. مدار الکترونیکی از تعداد قطعه های مختلفی (اِلمان) تشکیل شده است.
مقاومت : قطعه ای است که در اندازه ها و انواع گوناگون ساخته می شود. مقاومت ها در مدارهای الکتریکی،بیشترین مصرف را دارند.
خازن : قطعه ایی پرمصرف است که در انواع و اندازه های گوناگون ساخته می شوند.
دیود : قطعه ی الکترونیکی از جنس سلیسیم (ژرمانیوم) است که در برخی از مدارها کاربرد دارد.
ترانزیستور: علم الکترونیک با اختراع این قطعه ی الکترونیکی به تحول اساسی دست یافت. این قطعه دارای سه پایه است.
آی – سی (مدارهای مجتمع)
آی – سی ، یکی از قطعه های الکترونیکی است که در سال های اخیر کاربرد وسیعی پیدا کرده است. این قطعه از تعداد زیادی خازن، دیود و ترانزیستور ساخته شده است.اختراع آی – سی موجب کم حجم شدن و ارزان تر شدن وسایل الکتریکی گردیده است. در آی – سی ها تعدادی پایه وجود دارد که اغلب بیشتر از سه پایه است.
نکات ایمنی:
1 –در خازن های الکترونیک باید جهت قطب های الکترونیکی با جهت های باتری و خازن یکسان باشد. در غیر اینصورت به خازن آسیب می رسد.
2 –هنگام کار با خازن ها، حداکثر ولتاژ نباید از دوازده ولت بیشتر باشد.
سؤال های کار با برق :
1 –وسایل برقی موجود در تصاویر صفحه چهارده را با توجه به کاربرد آن ها دسته بندی کنید؟
الف – اطلاع رسانی : تلفن، تلویزیون و رادیو
ب – لوازم خانگی :ماشین لباسشویی
ج- حمل و نقل :اتومبیل ، قطار ، کشتی و هواپیما
د – تفریحی و هنری : دوربین عکاسی
2 –در صنعت و کشاورزی چه استفاده هایی از برق می شود؟
از برق در صنعت برای به کار انداختن جرثقیل های سنگین و سبک جهت جا به جایی قطعه های بزرگ و کوچک استفاده می شود. همچنین در به کار انداختن الکتروموتورها، جهت تولید نیرو و … نیز استفاده می شود. اما در کشاورزی از برق ،برای موتور آب و مواردی از این قبیل بهره می برند.
3 –برای پیش گیری از خطرهای احتمالی برق چه راه هایی را پیشنهاد می کنید؟
داشتن فیوز برای هر مدار به طور جداگانه – استفاده از کلیدهای محافظ جریان برق، وجود سیم ارت در مصرف کننده ها راه های پیشنهادی است.
4 –آیا استفاده از سیم اتصال به زمین تمامی خطرهای ناشی از کار با برق را برطرف می کند؟ چرا ؟
خیر، زیرا از انواع اتصال های خطرناک برقی ، یک نوع آن که خطر اتصال به بدنه است را برطرف می کند.
5 –اتصال سیم فاز به بدنه چه خطراتی دارد و چگونه می توان جلوگیری کرد؟
در این اتصال، بدنه ی وسایل برقی دارای برق شده و موجب برق گرفتگی می گردد و به وسیله ی سیم ارت (سیم اتصال به زمین) می توان جلوگیری نمود.
برای جلوگیری می توان از سیم ارت (سیم اتصال به زمین ) استفاده کرد.
6 –برد الکتریکی چیست؟
برد صفحه ابی است که قطعه های مورد نیاز یک مدار الکترونیکی (برای انجام یک وظیفه ی خاص) روی آن نصب می شود.
7 –کار مقاومت در مدارهای الکترونیکی چیست؟
کنترل مقدار جریان الکتریکی است.
8 –دیود در مدار الکتریکی چگونه عمل می کند؟
دیود شبیه کلید یک پلی است که تنها از یک طرف جریان الکتریکی را عبور می دهد.
9 –مدارهای مجتمع یا آی سی از چه قطعه هایی ساخته شده است؟
این قطعه از تعداد زیادی مقاومت ، خازن ، دیود و ترانزیستور ساخته شده است.
10 –قطب های مثبت و منفی باتری و برق شهر را با هم مقایسه کنید.
در باتری همواره قطب های مثبت و منفی ثابت هستند. ولی در برق شهر قطب ها در ثانیه پنجاه بار تغییر می کند.
یکی از مهمترین اکتشافات بشر، کشف نیروی برق بوده است. پس از کشف نیروی برق مولدهای گوناگونی برای تولید آن و وسایل برقی برای استفاده از آن اختراع شد، استفاده از نیروی برق به پیشرفت علم و صنعت، کمک بسیاری کرد.
الکتریسته چیست؟
در سالهای گذشته خواندید که همه ی مواد از مولکول ساخته شده اند و مولکولها خود از ذرات کوچکتری به نام اتم تشکیل شده اند. اتم دارای دو بخش اصلی یعنی هسته و الکترون است. الکترونها روی مدارهایی به دور هسته می چرخند.
هسته و الکترونها
هرگاه دو انتهای یک سیم فلزی را به یک باتری وصل کنیم، بر الکترونهای آزاد درون سیم نیز نیرو وارد می شود و این نیرو باعث می شود الکترونهای آزاد در یک جهت خاص حرکت کنند. حرکت الکترونهای آزاد در یک جهت خاص درون یک سیم فلزی باعث ایجاد جریان الکتریکی در سیم می شود.
مواد الکتریکی
وسیله ای که سایر انرژیها را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند مولد الکتریکی نام دارد. مثلاً دینام دوچرخه که نیروی چرخشی دوچرخه را به نیروی الکتریکی تبدیل می کند، یک مولد الکتریکی است. در نیروگاههای برق برحسب شرایط و امکانات، انرژیهای مختلفی را به وسیله مولدهای اصلی به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
تولید، انتقال و توزیع نیروی برق
تولید برق، به وسیله مواد که نام دیگر آن «ژنراتور» است، انجام می گیرد؛ اما برای توزیع برق یعنی انتقال آن از محل تولید به کارگاهها، کارخانه ها و منازل مردم به وسایل و تجهیزات دیگری نیاز است که عبارتند از: دکل، کابل، تیربرق، کنتور و … .
آشنایی با بعضی از وسایل انتقال برق
پاره ای از وسایلی که برای انتقال برق به محل مورد مصرف نیاز هستند عبارت اند از:
سیم: سیم رشته ای فلزی است که جریان برق را از خود عبور می دهد. سیمهای برق را معمولاً از فلز مس می سازند. برای انتقال برق از منبع به محل مصرف، حداقل به دو رشته سیم نیاز است.
فاز و نول: به سیمی که دارای ولتاژ با فشار الکتریکی است فاز و به سیمی که بدون ولتاژ با فشار الکتریکی است، نول می گویند.
کلید: کلید وسیله ای است که برای قطع و وصل جریان برق به کار می رود. سیمهایی که به کلید وصل می شوند، سیم فاز و سیم رابط فاز هستند، کلید همیشه باید در مسیر سیم فاز قرار گیرد.
لامپ: انرژی الکتریکی را به روشنایی تبدیل می کند و یک مصرف کننده ی الکتریکی است. لامپ در سرپیچ بسته می شود.
پریز: وسیله ای است که به وسیله ی دو شاخه می توان از آن برق گرفت.
فیوز: فیوز وسیله ای است که در مسیر سیم فاز قرار می گیرد و وظیفه ی آن حفاظت مدار الکتریکی در مقابل عبور جریان غیر مُجاز است (باعث قطع مدار می شود).
مواردی از نکات ایمنی
اگر جریان برق بیش از حد معینی از بدن انسان عبور کند، انسان دچار برق گرفتگی می شود و ممکن است به مرگ او بینجامد. وصل شدن برق به بدن موجب گرفتگی شدید قلب و عضلات تنفسی شده مرگ را به دنبال می آورد. بنابراین در هنگام کار با برق و وسایل برقی باید به شدت احتیاط کرد.
ابزار شناسی
انبردست: برای خم کردن، فرم دادن و بریدن و … سیم به کار می رود.
سیم چین: برای بریدن سیم به اندازه های دلخواه به کار می رود.
دَم باریک: برای فرم دادن و خم کردن یا بریدن سیمها استفاده می شود.
سیم لخت کن: برای جدا کردن روکش از قسمت فلزی سیم (لخت کردن) بدون آنکه قسمت فلزی آن را زخمی کند.
پیچ گوشتی: برای باز کردن و بستن پیچهایی با سرهای (دوسو و چهارسو) استفاده می شود.
فازمتر: وسیله ای است شبیه پیچ گوشتی که علاوه بر باز و بسته کردن پیچها، به منظور تشخیص سیم فاز از نول نیز به کار می رود.
طراحی مدار الکتریکی
به مسیر بسته ای که جریان الکتریکی در آن جاری است، مدار الکتریکی می گویند. نصب مدار الکتریکی با رسم نقشه ی آن آغاز می شود. هنگام رسم نقشه ی مدار، به جای وسیله ی حقیقی (مثلاً کلید، پریز، و …) از علامتهای خاصی استفاده می شود. این علامتها در اغلب کشورها یکسان است و همه ی کسانی که با طراحی مدار و سیم کشی آشنایی دارند، آنها را می شناسند.
سؤالات درس و متن درس
1 –اتم دارای چند بخش است؟
دو بخش: هسته و الکترون
2 –چگونه می توان درون یک سیم فلزی جریان الکتریکی به وجود آورد؟
هرگاه دو انتهای یک سیم فلزی را به یک باتری وصل کنیم، بر الکترونهای آزاد درون سیم، نیرو وارد می شود و این نیرو باعث حرکت الکترونهای آزاد در یک جهت می شود.
3- چرا هرچه دوچرخه سوار، تند تر رکاب بزند، نور چراغ دوچرخه اش بیشتر می شود؟
هر قدر از انرژی ماهیچه ای جهت تندتر چرخیدن دینام دوچرخه استفاده کنیم در نتیجه انرژی الکتریکی بیشتری تولید می شود.
4 –مولد الکتریکی چیست؟ یک مثال بزنید؟
وسیله ای که سایر انرژیها را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند مثل دینام دوچرخه که نیروی چرخشی را به نیروی الکتریکی تبدیل می کند.
5 –آیا روشهای دیگری برای تولید برق وجود دارد؟
بله، انواع باطریهای خشک، تر و باطریهای خورشیدی و … .
6 –به چه سیمی فاز و به چه سیمی نول گفته می شود؟
6 –به چه سیمی فاز و به چه سیمی نول گفته می شود؟
7 –کلید را معمولاً در چه مسیری قرار می دهند؟
کلید باید همیشه در مسیر فاز قرار گیرد.
8 –فیوز چه کاری انجام می دهد؟
وسیله ای است که در مسیر سیم فاز قرار می گیرد و وظیفه ی آن حفاظت مدار الکتریکی در مقابل عبور جریان غیرمُجاز است (باعث قطع مدار می شود).
9 –آیا انرژی دیگری را می شناسید که به انرژیهای الکتریکی تبدیل شود؟ نام ببرید.
بله – انرژی شیمیایی – انرژی حرارتی و سوختی – انرژی ماهیچه ای و انرژیهای دیگر.
10 –برای نصب مدار الکتریکی به چه وسایلی احتیاج داریم؟
کلید یک پل– جعبه تقسیم– پریز– سرپیچ
چگونه می توان یک لامپ را از دو نقطه روشن و خاموش کرد؟ هر گاه بخواهید یک لامپ را از دو نقطه برای مثال ابتدا و انتهای راهرو، راه پله ها و … روشن یا خاموش کنید، از کلید تبدیل استفاده می شود . کلید تبدیل دارای یک پیچ اتصال مشترک و دو پیچ غیرمشترک است.
موتورهای الکتریکی:
موتور الکتریکی ماشینی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند و امروزه در وسایل الکتریکی بیشترین کاربرد را دارد. این گونه موتورها به تناسب کاربرد در ابعاد مختلف برای کارهای بسیار حساس و دقیق از ابعاد بسیار بزرگ تا کوچک در کارخانه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
ساختمان موتورهای الکتریکی:
موتورهای الکتریکی اغلب از دو قسمت اصلی تشکیل می شوند.
1 –قسمت گردان (رتور)
2 –قسمت ساکن شامل قطب ها و بدنه (استاتور)
علاوه بر قسمت های یاد شده، قسمت های دیگری هم در موتورهای الکتریکی وجود دارد. که به عنوان یک مجموعه معرفی شده و جریان برق را به آرمیچر منتقل می کنند. اجزای یک موتور الکتریکی عبارت است از :
1 –رتور : به قسمتی از موتور گفته می شود که درون موتور دوران می کند، ورقه های آهنی رتور بر روی میله ای از فولاد سخت سوار شده اند.
2 –استاتور: از ورقه های آهنی شیاردار تشکیل شده است. درون این شیارها حلقه های سیم (لاکی) با آرایش مخصوص قرار می گیرد. با وصل کردن برقَ، در حلقه های سیم میدان مغناطیسی لازم برای گردش رتور ایجاد می شود.
3 –بادبزن : از پرده هایی تشکیل شده است که هوا را به داخل موتور می کشد و موتور را خنک می کند.
4 –بدنه و محفظه موتور: برای نگهداشتن قطعات موتور به کار می رود، هم چنین اجزای متحرک موتور را در مقابل عوامل خارجی مانند گردو خاک و آب محافظت می کند.
الکترونیک :
قرن بیست و یکم را قرن اطلاعات و ارتباطات نامیده اند. برای اندازه گیری هر کمیت الکتریکی (ولتاژ ، جریان، مقاومت و …) یک واحد اندازه گیری مورد نیاز است. این واحدها را انجمن مهندسان در سطح ملی یا بین المللی تعیین می کنند.
مقاومت الکتریکی :
همه اجسام مقاومت الکتریکی دارند. جسمی که جریان الکتریکی را آسان تر از خود عبورمی هد، دارای مقاومت الکتریکی کمتری است.
واحد اندازه گیری مقدار مقاومت الکتریکی را اُهم می نامند که با علامت نشان داده می شود. و مقدار مقاومت را با دستگاه اهم سنج اندازه گیری می کنند
.دستگاه اندازه گیری که مقدار ولتاژ، جریان مقاومت الکتریکی را اندازه گیری می کند، دستگاه آوومتر یا مالتی متر عقربه ای (آنالوگ) نام دارد.
آشنایی با قطعات الکترونیکی و نحوه کاربا آن ها:
سلف :
اگر مقداری سیم روپوش دار مسی را به صورت حلقه هایی (مطابق شکل زیر) بچینید، سلف به وجود می آید. سلف انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند و در مواقع مورد نیاز، آن را به مدار تحویل می دهد. سلف در الکترونیک کاربرهای زیادی دارد. برای تولید میدان مغناطیسی آهنربا از آن استفاده می شود.
ترانزیستور:
قطعه ای الکترونیکی است که ساخت آن تحول عظیمی در فرآورده های الکترونیکی ایجاد کرده است. قبل از اختراع ترانزیستور، از لامپ های بزرگ، گران قیمت و پرمصرف استفاده می شد.
ترانزیستور دارای سه پایه است. عمل ترانزیستور شبیه یک کلید یک طرفه قابل کنترل (خودکار) است.
سؤالات کار با برق
1 –چه تفاوت هایی میان پنکه و اتوی برقی وجود دارد؟
پنکه انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند (به وسیله الکتروموتور). ولی اتوی برقی،انرژی الکتریکی را به انرژی حرارتی تبدیل می کند. (به وسیله المنت یا سیم های مقاومتی)
2 –یک کلید تبدیل دارای چند پیچ است؟
کلید تبدیل دارای یک پیچ اتصال مشترک و دو پیچ غیرمشترک است.
3 –دو قسمت عمده یک موتور الکتریکی را نام ببرید.
الف – قسمت گردان (رتور)
ب – قسمت ساکن شامل قطب ها و بدنه (استاتور)
4 –رتور به چه قسمتی از موتور گفته می شود و از چه موادی ساخته شده است؟
به قسمتی از موتور گفته می شود که درون موتور دوران می کند در رتور ورقه های آهنی بر روی میله ای از فولاد سخت سوار شده است.
5 –متر، لیترو گرم واحدهای اندازه گیری چه کمیت هایی هستند؟
متر واحد اندازه گیری کمیت طول و لیتر واحد اندازه گیری کمیت حجم و گرم واحد اندازه گیری کمیت وزن است.
6- علامت مقاومت الکتریکی و نام واحد کمیت مقاوت چه بوده و مقاومت با چه دستگاهی اندازه گیری می شود؟
علامت مقاومت الکتریکی (R) و نام واحد کمیت آن اهم ( ) و دستگاه اندازه گیری آن اهم سنج است.
7 –ترانزیستور دارای چند پایه است و قبل از اختراع آن از چه وسیله ای به جای آن استفاده می شد؟
ترانزیستور دارای سه پایه است و قبل از اختراع آن از لامپ های بزرگ ، گران قیمت و پرمصرف به جای آن استفاده می شد
