عملکرد مدار :

با فشار دادن دکمه شستی Start تایمر T1 و کنتاکتور K2 تحریک می شوند بنابراین K2 بسته شده و ولتاژ را به کنتاکتور اصلی ( K1 ) می رساند کنتاکتورهای K1 و K2 از طریق دو کنتاکت باز K1 ( کنتاکت های نگهدارنده)در حالت تحریک باقی میمانند وموتور در وضعیت ستاره قرار می گیرد.

زمانی که زمان تنظیم شده تایمر T1 سپری شود کنتاکت بسته T1 باز شده و K2 راقطع میکند و سپس کنتاکت باز T1 بسته شده و کنتاکتور K3 راتحریک می کند برای حفاظت بیشتر مدار کنتاکت معمولا بسته K3 نیز مدار K2 راباز می کند در این حالت موتور در وضعیت مثلث قرار میگیرد و با ولتاژ کامل به کار خود ادامه می دهد.

برای قطع مدار در این حالت باید شستی Stop فشرده شود و یا فیوز یا رله های امنیتی مدار عمل کنند.

آنچه امروزه به نام مدار پل وتستون معروف است، نخستین بار در سال 1833 توسط ساموئل هانتر کریستی (Samuel Hunter Christie) توصیف شد، اما کاربردهای زیاد این مدار توسط کارلز وتستون (Charles Wheateston) اختراع شد، به همین خاطر این مدار عموما به نام پل وتستون معروف شد. امروزه پل وتستون یک روش بسیار درست و حساس برای اندازه گیری دقیق مقادیر مقاومتها می‌‌باشد.

ساختمان مدار پل وتستون

همانگونه که در شکل دیده می‌‌شود، مدار پل وتستون از چهار مقاومت R₄ , R₃ , R₂ , R₁ تشکیل شده است. اساس کار مدار پل وتستون اینگونه است که ولتاژ ورودی به دو قسمت تقسیم می‌‌شود. جریان خروجی از هر دو ولتاژ تقسیم شده ، تشکیل می‌‌گردد. در فرم کلاسیک مدار پل وتستون یک گالوانومتر (ماده بسیار حساس به جریان مستقیم) در بین ورودی و خروجی ولتاژ نصب می‌‌شود.

اگر ولتاژ تقسیم شده به گونه‌ای باشد که دقیقا نسبت R₂ = R₃R₄/R₁ برقرار باشد، در این صورت گفته می‌‌شود که پل در حالت تعادل است. در این صورت گالوانومتر هیچ جریانی را نشان نمی‌‌دهد. اگر چنانچه یکی از مقاومتها ، حتی به اندازه بسیار کوچک ، تغییر کنند، در این صورت تعادل به هم خورده و عقربه گالوانومتر جریانی را نشان می‌‌دهد. پس گالوانومتر مقیاسی برای نشان دادن شرط تعادل است.

طرز کار پل وتستون

فرض کنید یک ولتاژ dc به اندازه E به مدار پل اعمال شود. در اینجا نیز یک گالوانومتر برای نشان دادن شرط تعادل بین دو نقطه ولتاژ ورودی و خروجی نصب شده است. مقادیر مقاومتهای R₁ و R₃ دقیقا معلوم هستند، اما R₂ یک مقاومت متغیر است که به راحتی قابل تغییر است. بجای R₄ یک مقاومت مجهول که آن را با R_x نشان می‌‌دهیم، قرار داده شده است. ولتاژ E اعمال می‌‌شود و مقاومت متغیر R₂ به گونه‌ای تنظیم می‌‌شود که گالوانومتر جریانی را نشان ندهد.

بنابراین با توجه به اینکه مقادیر مقاومتهای R_1 و R_3 معلوم هستند و R₂ را نیز خودمان تغییر داده‌ایم، لذا از رابطه R_x = R₂R₃/R₁ مقدار مقاومت مجهول تعیین می‌‌شود. در صورتی که هر چهار مقاومت یکسان باشند، مدار خیلی حساس خواهد بود. در هر صورت مدار پل و تستون در هر حالت بسیار عالی کار می‌‌کند.

کاربرد مدار پل وتستون

پل وتستون دارای کاربردهای بسیلر زیادی است و آوردن تمام کاربردهای آن در یک مقاله مقدور نیست. بنابراین تنها به چند مورد خاص در اینجا اشاره می‌‌کنیم. کارلز وتستون کاربردهای زیادی از از مدار پل وتستون را خودش اختراع کرد و کاربردهای دیگری نیز بعد از او توسعه یافته‌اند. امروزه یکی از کاربردهای عمومی ‌مدار پل وتستون در صنعت استفاده از آن در حسگرهای بسیار حساس است.

در این دستگاه‌ها مقاومت درونی بر اساس سطح یعنی از کرنش (یا فشار یا دما و ...) تغییر می‌‌کند و به عنوان مقاومت نامعلوم R_x عمل می‌‌کند. همچنین به جای این که با تغییر دادن مقاومت R₂ در مدار تعادل ایجاد شود، به عوض گالوانومتر از مداری که می‌‌تواند میزان عدم تعادل در پل را بر اساس تغییر کرنش یا شرایط دیگر اعمال شده بر حسگر کالیبره کند، استفاده می‌‌شود. دومین کاربرد مدار پل وتستون ، استفاده از آن در نیروگاه‌های الکتریکی برای توزیع دقیق خطوط قدرت است. روشی که بسیار سریع و دقیق بوده و نیاز به تعداد زیادی تکنسین در زمینه‌های مختلف ندارد. 

مشخصات جريان الكتريكي

از نظر تاريخي نماد جريان I ، از كلمه ي آلماني Intensit كه به معني شدت است، گرفته شده است. واحد جريان الكتريكي در دستگاه SI ، آمپر است. به همين علت بعضي اوقات جريان الكتريكي بطور غير رسمي و به دليل همانندي با ولتاژ ، آمپراژ خوانده مي شود. اما مهندسين از اين گونه استفاده ي ناشيانه، ناراضي هستند.

آيا شدت جريان در نقاط مختلف هادي متفاوت است؟

شدت جريان در هر سطح مقطع از هادي مقدار ثابتي است و بستگي به مساحت مقطع ندارد. مانند اين كه مقدار آبي كه در هر سطح     مقطع از لوله عبور مي كند، همواره در واحد زمان همه جا مساوي است، حتي اگر سطح مقطع ها مختلف باشد. ثابت بودن جريان الكتريسيته از اين امر ناشي  مي شود كه بار الكتريكي در هادي حفظ مي شود. در هيچ نقطه اي بار الكتريكي  نمي تواند روي هم متراكم شود و يا از هادي بيرون ريخته شود. به عبارت ديگر در هادي چشمه يا چاهي براي بار الكتريكي وجود ندارد.

سرعت رانش

ميدان الكتريكي كه بر روي الكترونهاي هادي اثر مي كند، هيچ گونه شتاب برآيندي ايجاد نمي كند.چون الكترونها پيوسته با يون هاي هادي برخورد مي كنند. لذا انرژي نوساني شبكه تبديل مي شود و والكترونها سرعت جريان متوسط ثابتي (سرعت رانس) در راستاي خلاغف جهت ميدان الكتريكي بدست مي آ ورند.

چگالي جريان الكتريكي

جريان I يك مشخصه براي اجسام رسانا است و مانند جرم ،حجم و ...يك كميت ويژه دانسيته يا چگالي جريان J است كه يك كميت برداري است و همواره منسوب به يك نقطه از هادي مي باشد. در صورتي كه جريان الكتريسيته  در سطح مقطع برابرJ=I/A است در اين رابطه A مساحت سطح مقطع است.بردار J در هر نقطه به به طرفي كه بار الكتريكي مثبت در آن حركت مي كند، متوجه است و بدين ترتيب يك الكترون در آن در نقطه جهت J حركت خواهد كرد.

اشكال مختلف جريان الكتريكي

در هاديهاي فلزي ، مانند سيمها، جريان ناشي از عبور الكترون هاست، اما اين امر در مورد اكثر هادي هاي  غيرفلزي صادق نيست. جريان الكتذيكي در الكتروليتها، عبور اتم هاي باردار شده به صورت الكتريكي ( يون ها ) است، كه در هر دو نوع مثبت و منفي وجود دارند. براي مثال يك پيل الكترو شيميايي ممكن است با آب نمك ( يك محلول از كلريد سديم ) يونهاي منفي كلر اين اجازه را نمي دهد.بنابراين يك جريان خالص ايجادمیشود

قانون بقاي بار الكتريكي

يك توپ را با ميله ي پلاستيكي و ديگر را با ميله ي شيشه اي باردار كنيد. سپسپ آنها را به هم بچسبانيد. گاهي دو بار ناپديد مي شوند و همديگر را از بين مي برند.براي بيان اين مساله مي توان از يك قانون رياضي مبني بر اينكه اگر حاصل جمع دو كميت صفر شود يكي از آن دو مثبت و ديگري منفي است، استفاده نمود.طبق قرار داد به ميله ي پلاستيكي بار منفي و به شيشه بار مثبت نسبت داده اند.

بيان ساده اي از قانون بقاي بار

وقتي ميله ي پلاستيكي را با خز مالش مي دهيم ميله بار منفي و خز بار مثبت پيدا مي كند.آزمايش را با دو جسم خنثي شروع مي كنيم، يعني مجموع بار آن دو برابر صفر است. بعد از مالش دادن يكي بار مثبت و ديگري بار منفي مي يابد كه باز هم بار كل برابر صفر مي شود. همچنين وقتي ميله اي بار مثبت بيايد، بار جسم پلاستيكي كه ميله ي شيشه اي را با‌ آن مالش مي دهيم، منفي مي شود.

هيچ كس نمي تواند يكي از اين دو بار(منفي يا مثبت) را خلق كند.، بدون آنكه هم زمان ديگري را نيز توليد كرده باشد در يك چنين فرآيندي ميزان كل بار تغيير نمي كند.اي مطلب بيانگر قانون بقاي بار الكتريكي است. اين قانون همانند قوانين پايستگي جرم و تنرژي، اندازه ي حركت خطي، اندازه ي حركت زاويه اي و ... در فيزيك يك قانون بنيادي است.

مبادله ي بار و قانون بقاي بار الكتريكي

گاهي يك بيان ساده ميان اجسام ممكن است باعث شود كه تعدادي الكترون از يك جسم به جسم ديگر منتقل شود.وقتي ميله ي پلاستيكي را با خز مالش داده مي شود،برخي الكترون ها ازخز به ميله ي پالستيكي منتقل مي شوند.ممكن ايت تعداد الكترو ناهيي كه به ميله ي پلاستيكي منتقل مي شوند، در حدود( 10  ̂ 9)باشد كه ظاهرا زياد است.

تعداد كل الكترون هاي موجود در ميله ي پلاستيكي در حدود (24 ̂ 10) است.

در فلزات بستگي الكترون ها به هسته ضعيف است و الكترون ها مي توانند آزادانه در داخل ماده حركت كنند.چون بار را به راحتي در ميله ي فلزي به هم وصل مي نماييم، هر دو كره خنثي مي شوند. ماده اي كه بار الكتريكي را از خود عبور مي دهد رسانا ناميده مي شود. در جامدات، فقط الكترون ها مي توانند حركت كنند.اما محلول الكتروليت، آب شور يا گاز داخل لامپ فلوئور سانس رساناهاي بسيار خوبي هستند. زيرا حاملين بار مثبت و منفي هر دو تحت تاثير نيروي الكتريكي مي توانند آزادانه حركت كنند. در تمام فرآيند مبادله ي بار و انتقالات اخيرقانون بقاي بار الكتريكي به دقت ملاحظه مي شود. به عبارتي نحوه ي مبادله ب بار توسط قانون بقاي بار صورت مي گيرد. در واكنش هاي شيميايي اين قانون همانند قانون بقاي جرم ظاهر مي شود و واكنش را از نظر الكتريكي مجاز مي دارد كه در طرفين واكنش مجموع با هاي الكتريكي برابر باشند.

خواص بار هاي الكتريسيته

با بررسي خواص بار هاي الكتريكي بهتر به ماهيت ماده پي مي بريم. مثلا اين خاصيت كه بار هاي الكتريكي ممنوع همديگر را مي رانند و بار هاي الكتريكي با نوع مخالف همديگر را مي برايند، اين واقعيت را نشان مي دهد كه درون ماده نيرو هاي الكتريكي موجود است. نيرو هاي پيوستگي بين مولكول هاي اجسام جامد با مايع سبب وجود نيرو هاي جاذبه ي الكتريكي بين بار هاي الكتريكي از نوع مخالف است.

توليد الكتريسيته ي ساكن به وسيله ي مالش

ميدانيد هرگاه شانه  بيا ميله ي پلاستيكي را با لباس خود يا با يك تكه پارچه ي پشمي خشك مالش دهيد، ذره هاي گرد و غباريا خرده هاي كاغذ را جذب مي كند. هم چنين اگر در هواي خشك ، سطح آيينه يا شيشه ي پنجره را با يك تكه پارچه ي خشك تميز كنيد اين پديده اتفاق مي افتد و ذره هاي گرد و غبار معلق در هوا و كركها جدا شده از پارچه به سطح آيينه يا شيشه مي چسبند. به طوري كه پاك كردن سطح آنها از اين ذره ها دشوار است.عاملي كه سبب جذب اي ذرات مي شود جاذبه ي الكتريكي نام داردو اجسامي كه در اثر ملش اين خاصيت را پيدا مي كنند داراي الكتريسيته ي ساكن مي شوند.

خطوط ميدان الكتريكي

به نظر ميرسد نقشه اي كه بتواند جهت و شدت مي دان را در هر نقطه اي نشان دهد ، بسيار مفيد باشد.مايكل فارادي يك ايده براي چنيني نقشه اي ارائه داد و نام آن را خطوط ميدان الكتريكي نهاد. از آنجا كه شدت ميدان الكتريكي برابر نيرو  وارد بر واحد بار مي باشد، لذا گاهي به خطوط ميدان الكتريكي ، خطوط نيرو نيز گفته مي شود.