مدار متوالی: مداری که اجزای آن پشت سر هم قرار می‌گیرند و جریان یکسانی از آن‌ها می‌گذرد.

مدار متوالی: جریان یکسان در یک مسیر

مدار متوالی چیست؟

تصور کنید می‌خواهید با چند لامپ و یک باتری، یک مدار ساده بسازید. اگر سیم‌ها را طوری وصل کنید که جریان الکتریکی برای رسیدن به قطب منفی باتری، حتماً و فقط از مسیری عبور کند که از داخل همهٔ لامپ‌ها می‌گذرد، شما یک مدار متوالی ساخته‌اید. در این مدار، اگر هر بخشی از مسیر قطع شود (مثلاً یک لامپ بسوزد)، جریان در کل مدار قطع می‌شود و بقیهٔ لامپ‌ها نیز خاموش می‌شوند. مانند زنجیری که حلقه‌هایش پشت سرهم وصل شده‌اند؛ اگر یک حلقه باز شود، کل زنجیر از هم می‌پاشد.

ویژگی‌های کلیدی مدارهای سری

مدارهای متوالی سه ویژگی مهم و به هم مرتبط دارند که با همدیگر رفتار مدار را تعیین می‌کنند. درک این سه ویژگی، کلید فهمیدن این نوع مدار است.

محاسبه جریان و ولتاژ با قانون اهم

حالا که ویژگی‌ها را می‌دانیم، می‌توانیم از قانون طلایی الکتریسیته، یعنی قانون اهم، برای محاسبهٔ مقادیر استفاده کنیم. قانون اهم می‌گوید: $V = I \times R$.

مثال محاسباتی: فرض کنید یک مدار متوالی داریم متشکل از یک باتری 9 ولتی و دو مقاومت 100 و 200 اهمی.

1. مقاومت معادل:$R_{eq} = 100 + 200 = 300\ \Omega$.
2. جریان کل مدار (که در هر دو مقاومت یکسان است): با استفاده از قانون اهم برای کل مدار: $I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{9}{300} = 0.03\ A$ یا 30 میلی‌آمپر.
3. ولتاژ دو سر هر مقاومت:
   • ولتاژ مقاومت 100 اهمی: $V_1 = I \times R_1 = 0.03 \times 100 = 3\ V$.
   • ولتاژ مقاومت 200 اهمی: $V_2 = I \times R_2 = 0.03 \times 200 = 6\ V$.
   می‌بینید که جمع این دو ولتاژ (3+6=9 ولت) برابر ولتاژ باتری است.

مدار متوالی در زندگی روزمره: از چراغ قوه تا دکوراسیون

شاید فکر کنید این مفاهیم فقط در کتاب فیزیک وجود دارند، اما نمونه‌های ملموس زیادی اطراف ما هستند:

۱. چراغ قوهٔ ساده: ساده‌ترین نمونه است. یک یا دو باتری (که خودشان به صورت سری قرار گرفته‌اند)، یک کلید و یک لامپ، همگی در یک مسیر سری شده‌اند. با زدن کلید، مدار بسته می‌شود و جریان از باتری‌ها به لامپ می‌رسد. اگر یکی از باتری‌ها تمام شود یا لامپ بسوزد، مسیر قطع و چراغ قوه روشن نمی‌شود.

۲. رشته‌های چراغ‌های تزئینی قدیمی (ریسه‌ها): در بسیاری از ریسه‌های قدیمی کریسمس یا تزئینات، لامپ‌ها به صورت سری به هم وصل بودند. زیبایی این کار در صرفه‌جویی در سیم بود. اما مشکل بزرگ آن این بود که اگر یک لامپ می‌سوخت، کل ریسه خاموش می‌شد و پیدا کردن لامپ سوخته کار سختی بود! امروزه اغلب ریسه‌های مدرن از اتصال موازی استفاده می‌کنند.

۳. حسگرهای امنیتی ساده: در برخی سیستم‌های دزدگیر قدیمی، چندین حسگر (مثلاً روی پنجره‌ها) به صورت سری به هم وصل می‌شوند. اگر هر یک از پنجره‌ها باز شود، حسگر مربوطه مدار را قطع می‌کند و باعث به صدا درآمدن آژیر می‌شود.

مقایسه اجمالی با مدار موازی

برای درک بهتر مدار سری، بد نیست نگاهی به تفاوت اصلی آن با مدار موازی^۶ بیندازیم. در مدار موازی، اجزا در شاخه‌های جداگانه و موازی هم قرار می‌گیرند و جریان بین آن‌ها تقسیم می‌شود.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

1. مدار متوالی (Series Circuit): مداری که در آن اجزاء به گونه‌ای به هم متصل شده‌اند که تنها یک مسیر برای عبور جریان الکتریکی وجود دارد.
2. جریان الکتریکی (Electric Current): شارش بارهای الکتریکی (معمولاً الکترون‌ها) در یک رسانا. واحد آن آمپر (A) است.
3. ولتاژ (Voltage): اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه که باعث به حرکت درآمدن بارها می‌شود. واحد آن ولت (V) است. مانند فشار در یک شیلنگ آب.
4. مقاومت معادل (Equivalent Resistance): مقدار مقاومتی که اگر به جای کل ترکیب مقاومت‌ها در یک مدار قرار بگیرد، همان اثر را روی مدار بگذارد.
5. قانون اهم (Ohm's Law): رابطهٔ خطی بین ولتاژ، جریان و مقاومت در یک مدار: V = I × R.
6. مدار موازی (Parallel Circuit): مداری که در آن اجزاء در شاخه‌هایی جداگانه و موازی هم قرار گرفته‌اند، به طوری که دو سر همهٔ آن‌ها به دو نقطهٔ مشترک وصل است.