قوه محرکه در واقع انرژی است که منبع برق(باطری، جنراتور) به هر کولمب چارج انرژی می‌دهد. به اساس تفاوت ولتاژ، جریان بوجود میاید. به عبارت دیگر قوه محرکه مقدار کار انجام‌شده توسط منبع برای انتقال یک کولمب چارج در دوره برقی است.

رابطه بین قوه محرکه و کاریکه در واحد وقت انجام می‌گردد، چنین نشان داده میشود:

در این رابطه:

ε قوه محرکه به ولت(V)

W کار انجام ‌شده به ژول(J)

Q چارج برقی به کولمب(C)

وقتی می گوییم ولتاژ باطری 12 ولت است، یعنی برای هر کولمب چارج 12 ژول انرژی به مصرف میرسد.

معادلهٔ عمومی دوره برقی برای یک مقاومت قرارذیل می باشد:

V = IR

اما اگر در یک دوره برقی واقعی چندین مقاومت، منبعEMF (Electromotive Force) و کاهش ولتاژ وجود داشته باشد، آن‌وقت از این معادله استفاده میشود.

دراین رابطه (ε)قوه ای محرکه برقی دوره، R مقاومت خارجی دوره برقی و r مقاومت داخلی منبع میباشد. در دوره ای برقی که جریان موجود باشد تفاوت پوتانشیل انجام های باطری آن با (emf) آن مساوی نمیباشد چون قوه محرکه یک مقدار انرژی را بخاطر مقاومت داخلی منبع برقی از دست میدهد و آن مقاومت داخلی منبع برقی را به (r) نشان میدهند.

تفاوت پوتانشیل برقی و گراف آنرا چنین نشان داده میتوانیم:

قوانین کرشهوف(Kirchhoff’s Current Law)

قوانین کرشهوف پایه و اساس تحلیل مدارهای پیچیده برقی هستند. این قوانین توسط فیزیکدان آلمانی«گوستاو کرشهوف»، تدوین شده‌اند و شامل دو قانون اصلی هستند.

1- قانون اول کرشهوف(قانون جریان‌ها): که به آن قانون گره‌ها هم می‌گویند، بیان می دارد که در یک گره مجموع جریان‌های وارد شونده مساوی  به مجموع جریان‌های خارج شونده میباشد.

تصور کنید یک سیم اصلی داریم که به یک گره (محل اتصال) می‌رسد و از آنجا به سه شاخه دیگر تقسیم می‌شود:

1. جریان ورودی به گره (I₁) برابر با 10 امپیر است.
2. از شاخه اول خروجی، جریانی برابر با 4 امپیر (I₂) عبور می‌کند.
3. از شاخه دوم خروجی، جریانی برابر با 3 امپیر (I₃) عبور می‌کند.

محاسبه کنید که شدت جریانی که از شاخه سوم (I₄) عبور می‌کند چقدر است؟

طبق قانون کرشهوف، مجموع جریان‌های ورودی باید برابر با مجموع جریان‌های خروجی باشد:

I_in=I_out

I₁=I₂+I₃+I₄

با در نظرداشت رابطه فوق داریم که:

در نتیجه:

بنا از شاخه سوم  جریان 3A عبور می کند.

به صورت خلاصه قانون اول کرشهوف بیان می دارد که در هر گره (نقطه اتصال) از یک مدار برقی، مجموع جریان‌های ورودی به گره با مجموع جریان‌های خروجی از آن گره برابر می باشد.

2- قانون دوم کرشهوف (قانون حلقه‌ها)

در هر دوره بسته مجموع تمام(Electro Motive force) emf یا منبع برق (باتری) مساوی مجموع مصرف ولتاژها است.

یعنی انرژی که منبع‌ می‌دهند برابر است با انرژی‌ای که مقاومت‌ها به مصرف میرساند.

مثال: یک دوره برقی را در نظربگیرید که دارای ولتاژ 12 ولت میباشد.

با در نظرداشت دوره برقی داده شده، موارد ذیل را محاسبه نمایید.

• شدت جریان را بعدازعبور از هر شاخه.
• ولتاژ نقطه A را نسبت به نقطه B.
• ولتاژ هر یک از مقاومت ها را.
• توان مصرفی هر یک از مقاومت ها.
• توان کل دوره.

حل: در قدم اول شدت جریان ها را در هر شاخه دریافت میکنیم.

معادله اول طبق قانون اول کرشهوف، و معادله دوم و سوم طبق قانون دوم کرشهوف:

I₁ = I₂ + I₃   ………………..(1) 

I₂ – 10I₁ – 20I₂ = 0 ………………..(2)

I₂ – 10I₁ – 30I₃ = 0 ………………..(3)

از معادله‌های 2 و 3 داریم که :

10I₁ + 20I₂ = I₂    ………………..(4)
10I₁ + 30I₃ = I₂  ………………..(5)

حالا معادله دوم را از جنس معادله اول محاسبه میکنیم  I₂ از جنس I₃ بدست خواهد آمد:

10I₁ + 20I₂ = 10I₁ + 30I₃

20I₂ = 10I₁ + 30I₃– 10I₁
20I₂ = 30I₃
I₂ = 1.5 I₃

از معادله اول کرشهوف داریم که:   I₁ = I₂ + I₃

حالا قیمت I₁  را در معادله 2 وضع میکنیم :

10(2.5I₃) + 30I₃ = I₂
25I₃ + 30I₃ = I₂
55I₃ = I₂
I₃ = 0.218 A

بناً:

I₂ = 1.5 × 0.218 = 0.327 A
I₁ = 0.218 + 0.327 = 0.545 A

درنتیجه: جریان در تمام شاخه ها دریافت شدند:

• جریان درشاخه اول:  I₁ = 0.545 A
•  جریان در شاخه دوم : I₂ = 0.327 A
• جریان در شاخه سوم:  I₃ = 0.218 A

حالا ولتاژ را در هر مقاومت با در نظرداشت قانون اوم دریافت می کنیم:

V = I x R

12V – I₁×10Ω – I₂×20Ω = 0
12V – I₁×10Ω – I₃×30Ω = 0

1 – ولتاژ درشاخهR₁

V_R1=I₁ × 10Ω = 0.54V/Ω × 10Ω = 5.4V

2 – ولتاژ درشاخه R₂

V_R2 =I₂ × 20Ω = 0.32V/Ω × 20Ω = 6.54V

3 – ولتاژ درشاخه R₃

V_R3 =I₃ × 30Ω = 0.22V/Ω × 30Ω = 6.54V

ولتاژ گره A نسبت به قطب منفی باطری: 

∑V_R=0

V_A= 12V – V_R

V_A = 12V – V_R1 – V_R2 – V_R3 = 0

V_A = 12V – 5.4V – 6.5V – 6.6V = 0

V_A = 12V – 5.4V = 6.4 V

این همان‌مقدار ولتاژی است که روی R₁ و R₃ می‌افتد.

V_R1 + V_R2 = 5.454V + 6.545V ≈ 12 V

جمع ولتاژها برابر باطری است.

خطرات برق و ایمنی در مقابل برق

قرارذیل به تعدادی از خطرات که برق سبب می گردد و همچنان به توضیح تعدادی از موارد ایمنی پرداخته شده است.

خطرات برق:

برق‌گرفتگی (Electric Shock): عبور جریان از بدن انسان که می‌تواند باعث درد، سوختگی و در موارد شدید، ایست قلبی شود.

سوختگی‌ها توسط برق: ناشی از تماس مستقیم با منبع برق یا حرارت زیاد تولید شده توسط جرقه برقی.

آتش‌سوزی: اگر سیم‌ها بیش از حد داغ شوند یا در مدار «اتصال کوتاه» رخ دهد، عایق سیم‌ها آتش گرفته و منجر به حریق می‌شود.

انفجار: جرقه‌های کوچک در محیط‌هایی که گازهای اشتعال‌زا وجود دارد، می‌تواند باعث انفجار شود.

نکات ایمنی و پیشگیرانه:

برای جلوگیری از حوادث، رعایت این موارد ضروری است:

سیستم آرتینگ(Earth): استفاده از سیستم آرتینگ در ساختمان ها خیلی ضروری و حیاتی است. سیم سوم (زرد و سبز) که برق نشتی را به زمین منتقل می‌کند تا از بدنه فلزی دستگاه‌ها برق‌گرفتگی رخ ندهد.

جلوگیری از اضافه بار(Overload): چندین دستگاه پرمصرف (مثل اُتو و بخاری برقی) را به یک پریز یا یک چندراهی وصل نکنید.

عایق‌بندی: سیم‌های فرسوده یا لخت را فوراً تعویض کنید. هرگز از سیم‌های چسب‌خورده در محیط‌های مرطوب استفاده نکنید.

تعمیرات ایمن: قبل از تعمیر هر وسیله، حتماً دوشاخه را بکشید یا فیوز اصلی را قطع کنید.

اقدامات اضطراری در هنگام برق‌گرفتگی

اگر با صحنه برق‌گرفتگی شخصی مواجه شدید:

هرگز به فرد دست نزنید: تا زمانی که جریان وصل است، شما هم دچار برق‌گرفتگی می‌شوید.

منبع را قطع کنید: سریعاً فیوز را بزنید یا دوشاخه را بکشید.

جدا کردن با عایق: اگر دسترسی به فیوز ندارید، با یک شیء خشک و عایق (مثل چوب یا پلاستیک) فرد را از منبع برق جدا کنید.