موسوعة كهرباء القوي الموجزه من الألف الي الياء "3"

سوف نستعرض في هذا الباب دراسة مبادئ وأسس التيار المتردد علي شكل الموجه الجيبيه وخواصها وكيفية تحليلها رياضيا وتمثيلها بالرسم عن طريق المتجهات.

ولذلك لابد في البدايه من دراسه سريعه للتأثيرات المغناطيسيه المصاحبه للتيار الكهربي والتي هي السبب الرئيسي لتوليد التيار المتردد.

التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي:-

• توليد وتركيز المجال المغناطيسي:-

من المعروف انه اذا مر تيار كهربي في موصل ما فان مرور التيار الكهربي يسبب نشوء مجال مغناطيسي Magnetic Field حول هذا الموصل علي هيئة دوائر تسمي خطوط القوي المغناطيسيه (أو الفيض المغناطيسي) ويرمزله بالرمز Φ ويكون الموصل في مركز هذه الدوائر كما مبين بالشكل:

وخطوط القوي المغناطيسيه يكون لها باتجاه سريان التيار الكهربي وتربطهما قاعدة البريمه لليد اليمني حيث يتم فتح اليد اليمني بحيث يكون اتجاه اصبع الابهام عموديا علي اتجاه باقي الاصابع واذا اعتبر التيار في اتجاه اصبع الابهام يكون اتجاه خطوط القوي المغناطيسيه في اتجاه دوران باقي الاصابع. ولتركيز المجال المغناطيسي يتم لف هذا الموصل علي هيئة ملف ولدراسة هذا المجال تخيل اخذ مقطع رأسي في هذا الملف فيظهر بالصورة المبينه:

هذه الصورة بحجم اخر انقر هنا لعرض الصورة بالشكل الصحيح ابعاد الصورة هي 684x447.

ولأن خطوط القوي المغناطيسيه Φ تكون علي هيئة مسارات مغلقه فان هذه الخطوط او هذه المسارات تسير في وسط ما , وفي الحاله التي امامنا فان خطوط القوي المغناطيسيه تسير في الهواء, واذا تخيلنا الأن أن هذا الملف ملفوف حول قطعه من الحديد (قلب حديدي) فان خطوط القوي المغناطيسيه ستأخذ مسارا لها في داخل قطعة الحديد وتكمل بعد ذلك مسارها في الهواء خارج الحديد.

ولأن المواد الحديديه لها خواص مغناطيسيه فان مقاومتها لمرور خطوط القوي المغناطيسيه تلاقي في مسارها في هذه الحاله مقاومه كليه اقل من الحاله الاولي حيث ان المسار في الحاله الاولي يكون كله في الهواء ذي المقاومه المرتفعه نسبيا لمرور المجال المغناطيسي في حين الحاله الثانيه تحتل مقاومة الحديد جزءا من المسار الذي كان يشغله الهواء في الحاله السابقه وبالتالي نتوقع ان قيمة Φ في الحاله الثانيه اكبر منها في الحاله الاولي بالرغم من عدم تغير قيمة التيار الكهربي.

وللاستفاده من هذه الخاصيه الهامه في الحديد يمكن ايضا زيادة حجم الحديد في مسار خطوط القوي المغناطيسيه حتي يكتمل المسار كما في الشكل:

ولذلك فان : 3Φ›2Φ›1Φ

وبهذا المبدأ يمكن تركيز المجال المغناطيسي داخل القلب الحديدي وهذا هو بداية الطريق لشرح نظرية عمل المولد الكهربي لشرح كيفية توليد التيار المتردد ولنبدأبقانون فاراداي.

قانون فاراداي:-

ينص قانون فاراداي علي أنه اذا تعرض ملف ما ذو عدد لفات N لمجال مغناطيسي أو خطوط قوي مغناطيسيه متغيرة مع الزمن تتولد قوة دافعه كهربيه E (جهد كهربي) بين طرفي هذا الملف. تتناسب مع معدل تغير المجال المغناطيسي مع الزمن وتساوي عدد اللفات N مضروبا في معدل تغير خطوط القوي المغناطيسيه بالنسبه للزمن وذلك باشارة سالبه:

E= -N dΦ/dt

نظرية عمل المولد الكهربي:-

اذا تخيلنا قلب حديد غيرمغلق تماما وأنه توجد ثغرة هوائيه في مسار خطوط القوي المغناطيسيه. فان خطوط القوي المغناطيسيه تمر الآن في القلب الحديدي وتكمل مسارها في الهواء ويكون المجال المغناطيسي مركزا في هذه الثغرة الهوائيه وهو ما يعرف بالمغناطيس. حيث له قطب شمالي تخرج منه الخطوط المغناطيسيه وقطب جنوبي تدخل اليه الخطوط كما هو مبين:-

في هذه الثغرة يمكن استغلال هذا المجال المغناطيسي بطريقه اخري وهي:

اذا تحرك اي موصل في هذه الثغرة الهوائيه قاطعا خطوط القوي المغناطيسيه تتولد بين اطرافه ق.د.ك تبعا لقانون فاراداي:

E= -N dΦ/dt

اذا فرضنا ان كثافة خطوط القوي المغناطيسيه قيمه ثابته B:

Φ/A=B

اذن

Φ=BA

dΦ=BdA

فاذا تحرك موصل طولهℓ في المجال المغناطيسي قاطعا خطوط القوي المغناطيسي Φ تتولد بين اطرافه ق.د.ك E يمكن حسابها كالاتي: اذا تحرك موصل حركه صغيرة لمسافه صغيرة dX فان خطوط القوي المغناطيسيه التي يقطعها الموصل في حركته=dΦ حيث:

dΦ=BdA

dA=ℓdX

وتبعا لقانون فاراداي وبما ان N=1 اذن:

BℓdX/dt=Bℓv=׀E׀

حيث ان :

B: كثافة خطوط القوي المغناطيسيه

ℓ: طول الموصل

v: السرعه الخطيه لحركة الموصل العموديه علي اتجاه المجال المغناطيسي

وحيث ان القوة الدافعه الكهربيه E لها اتجاه فان هذا الاتجاه له علاقه باتجاه كل من: v,Φ وتحدد العلاقه بين هذه الاتجاهات الثلاثه عن طريق قاعدة فلمنج لليد اليسري حيث تقول:

اذا وضع الثلاثه اصابع لليد اليسري الابهام والسبابه والوسطي في ثلاث اتجاهات متعامده علي بعضها فان اتجاه المجال يكون في اتجاه الاصبع الوسطي واتجاه الحركه في اتجاه اصبع الابهام واتجاه التيار في اتجاه السبابه.

by abo essa