تغير المجالات المغناطيسية يولد قوة دافعة كهربائية حثية
4-2 تغير المجالات المغناطيسية يولد قوة دافعة كهربائية حثية
Changing Magnetic Fields Induce EMF
يتولد تيار في مولد عندما يدور الملف داخل مجال مغناطيسي. ونتيجة لتوليد التيار في الملف تؤثر قوة في أسلاكه. فما اتجاه القوة المؤثرة في الأسلاك المكونة للملف؟
الأهداف
- تطبق قانون لنز.
- توضح القوة الدافعة الكهربائية العكسية، وكيف تؤثر في عمل المولدات والمحركات.
- توضح الحث الذاتي وتأثيره في الدوائر الكهربائية.
- تحل مسائل متعلقة بالمحولات، تتضمن الجهد والتيار ونسب عدد اللفات.
المفردات
| المفردة |
| ---------------- |
| قانون لنز |
| التيار الدوامي |
| الحث الذاتي |
| المحول الكهربائي |
| الملف الابتدائي |
| الملف الثانوي |
| الحث المتبادل |
| المحول الرافع |
| المحول الخافض |
قانون لنز
Lenz’s Law
تخيل جزءًا من سلك إحدى الحلقات يتحرك عموديًا على مجال مغناطيسي، كما هو موضح في الشكل 4-10a. سيتولد في السلك تيار كهربائي حثي.
وإذا كان المجال المغناطيسي خارجًا من الصفحة، واتجاه السرعة نحو اليمين، فسيكون اتجاه التيار الكهربائي الحثي المتولد إلى أسفل؛ وذلك وفقًا للقاعدة الرابعة لليد اليمنى، كما هو موضح في الشكل 4-10b.
تعلمت أن السلك الذي يسري فيه تيار والموضوع داخل مجال مغناطيسي سيتأثر بقوة، وهذه القوة تكون ناتجة عن التفاعل بين المجال المغناطيسي الموجود والمجال المغناطيسي المتولد حول التيارات الكهربائية جميعها.
ولتحديد اتجاه هذه القوة نستخدم القاعدة الثالثة لليد اليمنى.
فإذا كان التيار I متجهًا إلى أسفل، والمجال المغناطيسي B متجهًا إلى الخارج، فعندئذ تكون القوة الناتجة في اتجاه اليسار، كما هو موضح في الشكل 4-10c.
وهذا يعني أن اتجاه القوة المؤثرة في السلك سيكون معاكسًا لاتجاه حركة السلك الأصلية v، ولذلك تعمل هذه القوة على إبطاء دوران ملف المولد.
ولقد ظهرت أول طريقة لتحديد اتجاه هذه القوة في عام 1834م عن طريق العالم لنز، ولذا سميت قانون لنز.
ينص قانون لنز على أن المجال المغناطيسي الناشئ عن التيار الحثي يعاكس التغير في المجال المغناطيسي الذي سببه.
لاحظ أن التأثيرات المغناطيسية الحثية تعاكس التغيرات في المجال، وليس المجال نفسه.
الشكل 4-10
عند تحريك سلك طوله L في مجال مغناطيسي B تتولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية، وإذا كان السلك جزءًا من دائرة فسيتولد فيه تيار حثي مقداره I.
وهذا التيار يتفاعل مع المجال المغناطيسي وينتج قوة مقدارها F.
لاحظ أن القوة الناتجة تمانع حركة السلك v.
العلاقات الموضحة في الشكل:
EMF = BLv
F = BIL
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-10_قانون_لنز_وقوة_دافعة_حثية_في_سلك.png
ممانعة التغير
يبين الشكل 4-11 مثالًا على كيفية تطبيق قانون لنز. حيث قرب القطب الشمالي لمغناطيس من الطرف الأيسر لملف.
لكي تتولد قوة تمانع اقتراب القطب الشمالي للمغناطيس يجب أن يصبح الطرف الأيسر للملف قطبًا شماليًا أيضًا؛ أي أن تخرج خطوط المجال المغناطيسي من الطرف الأيسر للملف.
باستخدام القاعدة الثانية لليد اليمنى ستجد أنه إذا كان قانون لنز صحيحًا فإن اتجاه التيار الحثي يجب أن يكون في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة عند النظر إلى الملف من جهة الطرف الذي قرب إليه المغناطيس.
وقد دلت التجارب على صحة ذلك.
وإذا عكس المغناطيس بحيث يقترب القطب الجنوبي له إلى الملف فسيمر التيار الحثي في اتجاه حركة عقارب الساعة.
إذا كان التيار الناتج عن المولد الكهربائي صغيرًا فستكون القوة المعاكسة المؤثرة في ملف المولد صغيرة، لذا يدور الملف بسهولة.
أما إذا كان التيار الناتج عن المولد كبيرًا فستكون القوة المؤثرة في التيار كبيرة، لذا يكون تدوير الملف أصعب.
والمولد الذي يولد تيارًا كبيرًا ينتج مقدارًا كبيرًا من الطاقة الكهربائية، وللتغلب على قوة الممانعة المؤثرة في الملف يجب تزويده بطاقة ميكانيكية لإنتاج طاقة كهربائية، وهذا يتفق مع قانون حفظ الطاقة.
الشكل 4-11
يؤدي اقتراب القطب الشمالي للمغناطيس من الملف إلى مرور تيار حثي في الملف.
ويمكن توقع اتجاه هذا التيار المتولد بواسطة قانون لنز.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-11_اقتراب_القطب_الشمالي_من_ملف_وتيار_حثي.png
المحركات وقانون لنز
ينطبق قانون لنز أيضًا على المحركات؛ فعندما يتحرك سلك يسري فيه تيار كهربائي داخل مجال مغناطيسي تتولد فيه قوة دافعة كهربائية تسمى القوة الدافعة الكهربائية الحثية العكسية، ويكون اتجاهها معاكسًا لاتجاه التيار.
وعند لحظة تشغيل المحرك يسري فيه تيار كبير بسبب صغر مقاومته.
ومع دوران المحرك، تعمل حركة أسلاك الملف خلال المجال المغناطيسي على توليد قوة دافعة كهربائية حثية عكسية تعاكس التيار، لذا يقل التيار الكلي في المحرك.
وإذا أثر في المحرك حمل ميكانيكي، كأن يبذل شغلًا لرفع ثقل، فإن سرعة دوران المحرك تقل. مما يؤدي إلى تقليل القوة الدافعة الكهربائية العكسية، فيسمح ذلك بمرور تيار أكبر خلال ملف المحرك.
لاحظ أن هذا يتفق مع قانون حفظ الطاقة؛ فإذا ازداد التيار ازدادت القدرة الواصلة للمحرك، وهذه القدرة يزود بها الحمل على شكل قدرة ميكانيكية.
إذا أوقف الحمل الميكانيكي المحرك فقد يصبح التيار كبيرًا إلى درجة تسخن معها أسلاك المحرك كثيرًا.
تطبيق الفيزياء
الطباخ الحثي
عندما يمر تيار كهربائي متردد AC في ملف لولبي أسفل موقد فلزي، فإن المجال المغناطيسي في الملف اللولبي يتغير، فينشأ تيار كهربائي حثي يستخدم في تسخين قدور الطبخ ومحتوياتها.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
تطبيق_الفيزياء_الطباخ_الحثي.png
ونتيجة لتغير التيار المسحوب بتغير سرعة المحرك الكهربائي فإن الهبوط في الجهد في مقاومة أسلاك المحرك يتغير أيضًا.
وهذا هو سبب ملاحظتك ضعف إضاءة مصابيح المنزل الموصولة على التوازي مع جهاز كهربائي له محرك كبير، مثل أجهزة التكييف والمنشار الكهربائي، لحظة تشغيلها.
عند قطع التيار الكهربائي عن المحرك بمفتاح الدائرة الكهربائية، أو بنزع قابس المحرك من المقبس في الحائط، يعمل التغير المفاجئ في المجال المغناطيسي على توليد قوة دافعة كهربائية عكسية، وهذه الفولتية العكسية قد تكون كبيرة بدرجة كافية لإحداث شرارة خلال المفتاح الكهربائي أو بين القابس والمقبس.
تطبيق على قانون لنز
يستخدم الميزان الحساس، كالذي يستخدم في المختبر، قانون لنز لإيقاف تذبذبه عند وضع جسم في كفته.
وكما هو موضح في الشكل 4-12 توجد قطعة فلزية متصلة بذراع الميزان موضوعة بين قطبي مغناطيس على شكل حذاء فرس.
فعندما يتأرجح ذراع الميزان تتحرك قطعة الفلز داخل المجال المغناطيسي، فتتولد تيارات تسمى تيارات دوامية خلال الفلز، فتنتج تلك التيارات مجالًا مغناطيسيًا يؤثر في عكس الحركة المسببة لها، مما يسبب تباطؤ حركة القطعة الفلزية.
وعلى الرغم من أن القوة تعاكس حركة قطعة الفلز في الاتجاهين إلا أنها لا تؤثر إذا كانت القطعة ساكنة، لذلك فإنها لا تعمل على تغيير قراءة الميزان.
ويسمى هذا التأثير التيار الدوامي المخامد.
وعادة يركب قلب المحرك أو المحول من صفائح حديدية رقيقة معزول بعضها عن بعض للتقليل من دوران التيارات الدوامية.
الشكل 4-12
تستخدم الموازين الحساسة التيارات الدوامية المخامدة للتحكم في تذبذب مؤشر الميزان (a).
فعندما تتحرك قطعة الفلز المثبتة في نهاية المؤشر داخل المجال المغناطيسي يتولد فيها تيار كهربائي، يولد بدوره مجالًا مغناطيسيًا يعاكس الحركة المسببة له، لذا تصبح حركة المؤشر متخامدة (b).
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-12_التيارات_الدوامية_المخامدة_في_الميزان_الحساس.png
تتولد التيارات الدوامية عندما تتحرك قطعة فلزية داخل مجال مغناطيسي، والعكس صحيح أيضًا، حيث تتولد تيارات دوامية إذا وضعت حلقة فلزية داخل مجال مغناطيسي متغير.
ووفقًا لقانون لنز فإن التيار المتولد يعاكس التغير في المجال المغناطيسي.
فمثلًا في الشكل 4-13، يتولد تيار في حلقة الألومنيوم غير المقطوعة يولد بدوره مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا يجعل الحلقة ترتفع، حيث يمر تيار متناوب في الملف، فيتولد مجال مغناطيسي متغير باستمرار يؤدي بدوره إلى توليد قوة دافعة كهربائية حثية في الحلقتين.
فإذا كانت هاتان الحلقتان مكونتين من مواد غير موصلة مثل النايلون فلن تتولد قوة دافعة كهربائية حثية فيهما.
أما في الحلقة غير المقطوعة فإن القوة الدافعة الكهربائية الحثية تولد تيارًا ينتج مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا للتغير في المجال المغناطيسي الذي ولده.
وهذا التفاعل بين هذين المجالين يؤدي إلى دفع الحلقة بعيدًا عن الملف؛ تمامًا كما يبتعد القطبان الشماليان لمغناطيسين أحدهما عن الآخر.
وأما الحلقة السفلى التي قطعت خطوط المجال المغناطيسي فيتولد فيها قوة دافعة كهربائية، لكن دون أن يتولد تيار؛ لأن مسار التيار غير مكتمل، ولذلك لا تولد هذه الحلقة مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا.
الشكل 4-13
يتولد تيار دوامي في الحلقة الفلزية الكاملة بينما لا يتولد في الحلقة المقطوعة.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-13_التيار_الدوامي_في_حلقة_فلزية.png
الحث الذاتي
Self-Inductance
يمكن توضيح القوة الدافعة الكهربائية العكسية بطريقة أخرى.
فقد بين فاراداي أن قوة دافعة كهربائية تتولد عندما يقطع سلك خطوط مجال مغناطيسي.
يوضح الشكل 4-14 أن التيار المار في السلك يتزايد ابتداء من الشكل 4-14a حتى الشكل 4-14c، حيث يولد التيار مجالًا مغناطيسيًا تظهره خطوط المجال المغناطيسي.
وبزيادة كل من التيار والمجال المغناطيسي تنشأ خطوط مجال جديدة.
وبزيادة عدد الخطوط تقطع أسلاك الملف خطوطًا أكثر، وتولد قوة دافعة كهربائية عكسية مولدة تيارًا حثيًا ينشأ عنه مجال مغناطيسي يقاوم تغيرات التيار.
وتسمى هذه القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة في سلك يسري فيه تيار متغير الحث الذاتي.
يتناسب مقدار القوة الدافعة الكهربائية الحثية مع المعدل الزمني للتغير في عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تقطعها الأسلاك.
وكلما كان التغير في التيار أسرع كانت القوة الدافعة الكهربائية العكسية أكبر.
وعندما يكون التيار ثابتًا يصبح المجال المغناطيسي ثابتًا، ويكون مقدار القوة الدافعة الكهربائية العكسية صفرًا.
وإذا قل التيار تتولد قوة دافعة كهربائية تعمل على منع ومقاومة النقصان في المجال المغناطيسي والتيار.
لذا فإنه بسبب الحث الذاتي يجب أن يبذل شغل لزيادة مقدار التيار المار في الملف، فتختزن طاقة في المجال المغناطيسي.
وهذا يشبه عملية تخزين الطاقة في المجال الكهربائي بين لوحي مكثف كهربائي مشحون.
الشكل 4-14
بزيادة التيار في الملف من (a) إلى (c) يزداد المجال المغناطيسي المتولد بواسطة التيار أيضًا.
هذه الزيادة في المجال المغناطيسي تولد قوة دافعة كهربائية حثية تعاكس اتجاه التيار.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-14_الحث_الذاتي_وزيادة_المجال_المغناطيسي.png
تجربة
المحرك والمولد
تختلف المحركات والمولدات بصورة رئيسة في طريقة تحويل الطاقة الكهربائية إلى ميكانيكية مقارنة بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
تجربة_المحرك_والمولد.png
الخطوات
1
ركب دائرة توال تحتوي على محرك DC ومصباح كهربائي صغير وأميتر.
2
دور المقبض اليدوي للمحرك أو عمود دورانه؛ لإضاءة المصباح الكهربائي.
التحليل والاستنتاج
3
ماذا يحدث عندما تغير سرعة دوران المقبض اليدوي للمحرك؟
4
توقع ماذا يحدث إذا وصلت المحرك بمحرك آخر؟
المحولات الكهربائية
Electric Transformers
تستخدم المحولات لرفع أو خفض الجهد الكهربائي المتناوب AC.
واستخدام المحولات شائع جدًا؛ لأنها تغير الجهد مع فقد قليل من الطاقة.
وتحتوي معظم الأجهزة الكهربائية في المنزل، ومنها أنظمة الألعاب والطابعات والمسجلات، على محولات تكون داخل صندوق الجهاز أو خارجه.
كيف تعمل المحولات؟
يولد الحث الذاتي للملف قوة دافعة كهربائية حثية عندما يتغير التيار المار في ملف.
وللمحول الكهربائي ملفان معزولان كهربائيًا أحدهما عن الآخر، وملفوفان حول القلب الحديدي نفسه.
ويسمى أحد الملفين الملف الابتدائي، والآخر الملف الثانوي.
وعند وصل الملف الابتدائي بمصدر جهد متناوب، يولد تغير التيار مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا، وينقل هذا التغير عبر القلب الحديدي إلى الملف الثانوي، حيث تتولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية متغيرة بسبب هذا التغير في المجال.
ويسمى هذا التأثير الحث المتبادل.
تتناسب القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة في الملف الثانوي، وتسمى الجهد الثانوي، مع الجهد الابتدائي.
ويعتمد الجهد الثانوي أيضًا على النسبة بين عدد لفات الملف الثانوي وعدد لفات الملف الابتدائي، كما هو موضح في العلاقة الآتية:
____ الجهد الأبتدائي ____ = عدد لفات الملف الثانوي
عدد لفات الملف الابتدائى الجهد الثانوى
Vs / Vp = Ns / Np
حيث:
| الرمز | المعنى |
| ----- | ------------------------ |
| Vp | الجهد الابتدائي |
| Vs | الجهد الثانوي |
| Np | عدد لفات الملف الابتدائي |
| Ns | عدد لفات الملف الثانوي |
إذا كان الجهد الثانوي أكبر من الجهد الابتدائي فإن المحول يسمى عندئذ محولًا رافعًا، كما هو موضح في الشكل 4-15a.
أما إذا كان الجهد الناتج عن المحول أقل من الجهد الداخل إليه سمي محولًا خافضًا، كما هو موضح في الشكل 4-15b.
الشكل 4-15
في المحول، تعتمد النسبة بين الجهد الداخل والجهد الناتج على النسبة بين عدد لفات الملف الابتدائي وعدد لفات الملف الثانوي.
ويمكن أن يكون الجهد الناتج أكبر من الجهد الداخل (a)، أو أقل من الجهد الداخل (b).
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-15_المحول_الرافع_والمحول_الخافض.png
في المحول المثالي تكون القدرة الواصلة إلى الملف الابتدائي مساوية للقدرة الخارجة من الملف الثانوي. فالمحول المثالي لا يضيع أو يبدد أي جزء من القدرة، ويمكن تمثيله بالمعادلة:
Pp = Ps
Vp Ip = Vs Is
وبترتيب المعادلة للحصول على النسبة Vp / Vs، ستجد أن التيار في الدائرة الابتدائية يعتمد على مقدار التيار المطلوب في الدائرة الثانوية.
وعند ربط هذه العلاقة بالمعادلة السابقة التي تربط الجهد بعدد اللفات نحصل على:
معادلة المحول
Is / Ip = Vp / Vs = Np / Ns
النسبة بين تيار الملف الثانوي وتيار الملف الابتدائي تساوي النسبة بين جهد الملف الابتدائي وجهد الملف الثانوي، وتساوي أيضًا النسبة بين عدد لفات الملف الابتدائي وعدد لفات الملف الثانوي.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
معادلة_المحول.png
تعرفت من قبل أن المحول الرافع يزيد الجهد.
ولأن المحول لا يمكنه زيادة القدرة الناتجة، لذا يجب أن يكون هناك نقص في التيار المار خلال الملف الثانوي.
ويحدث الشيء نفسه في المحول الخافض؛ إذ يكون التيار المار في الملف الثانوي أكبر من التيار المار في الملف الابتدائي؛ فانخفاض الجهد يقابله زيادة التيار.
يمكن فهم ذلك بطريقة أخرى، وذلك بأن نعتبر أن كفاءة المحول 100%، كما يتم افتراضه عادة في الصناعة.
وبذلك يمكن في معظم الحالات افتراض أن القدرة الناتجة تساوي القدرة الداخلة.
ويوضح الشكل 4-15 مبدأ عمل كل من المحولات الرافعة والمخفضة.
ويمكن للمحول نفسه أن يكون رافعًا أو خافضًا، وهذا يعتمد على طريقة توصيله، كما هو موضح في الشكل 4-16.
الشكل 4-16
إذا وصل الجهد الداخل إلى الملف الذي عن اليسار حيث عدد اللفات أكبر، عمل المحول بوصفه محولًا خافضًا للجهد.
وإذا وصل الجهد الداخل إلى الملف الذي عن اليمين فسيعمل المحول بوصفه محولًا رافعًا للجهد.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-16_محول_رافع_وخافض_حسب_التوصيل.png
تطبيق الفيزياء
الوحدات الشائعة
تقدر قيم المحولات المثالية عادة بوحدات:
فولت. أمبير
VA, kilo VA, Mega VA
وتقنيًا، يمكن التعبير عن الأحمال ذات المقاومة النقية فقط أو قياسها بوحدة الواط، والأحمال التفاعلية بوحدة فولت. أمبير.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
تطبيق_الفيزياء_الوحدات_الشائعة_لتقدير_المحولات.png
الرياضيات في الفيزياء
عدم المساواة
ادرس التعابير الآتية لتساعدك على فهم العلاقات بين الجهد والتيار وعدد اللفات في المحول الرافع والمحول الخافض.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الرياضيات_في_الفيزياء_المحول_الرافع_والخافض.png
| المحول الرافع | المحول الخافض |
| ------------- | ------------- |
| Vs > Vp | Vs < Vp |
| Is < Ip | Is > Ip |
| Ns > Np | Ns < Np |
مثال 2
المحولات الرافعة
محول رافع عدد لفات ملفه الابتدائي 200 لفة، وعدد لفات ملفه الثانوي 3000 لفة. إذا وصل ملفه الابتدائي بجهد متناوب فعال مقداره 90.0 V فأجب عما يلي:
a. ما مقدار الجهد في دائرة الملف الثانوي؟
b. إذا كان التيار في دائرة الملف الثانوي 2.0 A فما مقدار التيار في دائرة الملف الابتدائي؟
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مثال_2_المحولات_الرافعة_صفحة_1.png
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مثال_2_المحولات_الرافعة_صفحة_2.png
1. تحليل المسألة ورسمها
- حدد المتغيرات N و V و I.
- ارسم قلبًا حديديًا مع لفات من السلك.
المعلوم
Np = 200
Ns = 3000
Vp = 90.0 V
Is = 2.0 A
المجهول
Vs = ?
Ip = ?
2. إيجاد الكمية المجهولة
a. حل بالنسبة إلى Vs
Vs / Vp = Ns / Np
إذن:
Vs = Ns Vp / Np
بالتعويض:
Np = 200
Ns = 3000
Vp = 90.0 V
Vs = (3000 × 90.0 V) / 200
Vs = 1350 V
b. تكون القدرة الداخلة إلى الملف الابتدائي مساوية للقدرة الخارجة من الملف الثانوي على افتراض أن كفاءة المحول 100%
Pp = Ps
Vp Ip = Vs Is
إذن:
Ip = Vs Is / Vp
بالتعويض:
Vs = 1350 V
Is = 2.0 A
Vp = 90.0 V
Ip = (1350 V)(2.0 A) / (90.0 V)
Ip = 3.0 × 10¹ A
3. تقويم الجواب
هل الوحدات صحيحة؟
يجب أن يكون الجهد مقيسًا بوحدة الفولت والتيار بوحدة الأمبير.
هل الجواب منطقي؟
النسبة الكبيرة لعدد اللفات في المحول الرافع ينتج عنها جهد ثانوي كبير؛ ولذلك سيكون التيار في الملف الثانوي قليلًا. وتتفق الإجابات مع هذا.
مسألة تحفيز
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مسألة_تحفيز_المحولات_المتتابعة.png
يتصل الملف الابتدائي لمحول توزيع T1 بمصدر جهد متناوب مقداره 3.0 kV، ويتصل الملف الثانوي له بالملف الابتدائي لمحول آخر T2 باستخدام وصلات نحاسية، ويتصل الملف الثانوي للمحول T2 بدائرة حمل، مقاومة، تستخدم قدرة مقدارها 10.0 kW.
فإذا كانت نسبة عدد لفات المحول T1 هي 5:1، وكان فرق جهد الحمل للمحول T2 يساوي 120 V، وكفاءة المحولين 100% و 97.0% على الترتيب، فأجب عما يلي:
1
احسب تيار الحمل.
2
ما مقدار القدرة المستهلكة في المحول T2؟
3
ما مقدار تيار الملف الثانوي للمحول T1؟
4
ما مقدار التيار الذي يزوده المصدر المتناوب AC للمحول T1؟
مسائل تدريبية
في المسائل الآتية التيارات والجهود المشار إليها هي التيارات والجهود الفعالة.
16
محول مثالي خافض عدد لفات ملفه الابتدائي 7500 لفة، وعدد لفات ملفه الثانوي 125 لفة، فإذا كان الجهد في دائرة الملف الابتدائي 7.2 kV فما مقدار الجهد في دائرة الملف الثانوي؟ وإذا كان التيار في دائرة الملف الثانوي 36 A فما مقدار التيار في دائرة الملف الابتدائي؟
17
يتكون الملف الابتدائي في محول مثالي رافع من 300 لفة، ويتكون الملف الثانوي من 90000 لفة، فإذا كانت القوة الدافعة الكهربائية للمولد المتصل بالملف الابتدائي 60.0 V فما مقدار القوة الدافعة الكهربائية الحثية الناتجة عن الملف الثانوي؟ وإذا كان التيار في دائرة الملف الثانوي 0.50 A فما مقدار التيار في دائرة الملف الابتدائي؟
الاستعمالات اليومية للمحولات
تكون عملية نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة اقتصادية إذا استخدمت تيارات صغيرة وفروق جهد كبيرة جدًا.
ولذلك تستخدم المحولات الرافعة عند مصادر القدرة للحصول على جهود كهربائية تصل إلى:
480000 V
وتقلل هذه الجهود الكبيرة التيارات المستخدمة في نقل الطاقة عبر الأسلاك، مما يقلل من الطاقة الضائعة في مقاوماتها الكهربائية.
وعندما تصل الطاقة إلى المستهلك تستخدم محولات خافضة، كتلك الموضحة في الشكل 4-17؛ لتزوده بجهود منخفضة تناسب الأجهزة الكهربائية المنزلية.
تضبط المحولات الموجودة في الأجهزة المنزلية الجهود الكهربائية إلى مستويات قابلة للاستعمال، فإذا أردت شحن لعبة أو تشغيل أداة كهربائية فعليك توصيلها في مخرج الكهرباء المثبت بالجدار، حيث يعمل المحول الموجود داخل هذه الأداة على تحويل التيار الكهربائي من تيار متردد إلى تيار مستمر، ويقلل الجهد من 220 V إلى جهد يتراوح بين:
3.0 V و 26.0 V
ولا تستخدم المحولات لخفض الجهد ورفعه فقط؛ إذ يمكن استخدام المحولات لعزل دائرة عن أخرى، وهذا ممكن لأن سلك الملف الابتدائي لا يتصل بسلك الملف الثانوي.
ويوجد هذا النوع من المحولات غالبًا في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.
الشكل 4-17
تستخدم المحولات الخافضة للتقليل من الجهود الكهربائية الكبيرة في خطوط نقل القدرة إلى مستويات تناسب المستهلكين في أماكن الاستخدام.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_4-17_المحولات_الخافضة_في_نقل_القدرة.png
4-2 مراجعة
18. السلك الملفوف والمغانط
ملف سلكي معلق من نهايتيه بحيث يتأرجح بسهولة. إذا قربت مغناطيسًا إلى الملف فجأة فسيتأرجح الملف. بأي طريقة يتأرجح الملف بالنسبة إلى المغناطيس؟ ولماذا؟
19. المحركات
إذا نزعت قابس مكنسة كهربائية في أثناء تشغيلها من المقبس فستلاحظ حدوث شرارة كهربائية، في حين لا تشاهدها عند نزع قابس مصباح كهربائي. لماذا؟
20. المحولات والتيار
وضح لماذا يعمل المحول الكهربائي على تيار متناوب فقط؟
21. المحولات
كثيرًا ما يكون السلك المستخدم في ملفات المحول المكون من عدد قليل من اللفات سميكًا، مقاومته قليلة، بينما يكون سلك الملف المكون من عدد كبير من اللفات رفيعًا. لماذا؟
22. المحولات الرافعة
بالرجوع إلى المحول الرافع الموضح في الشكل 4-15a، وضح ما يحدث لتيار الملف الابتدائي إذا أصبحت دائرة الملف الثانوي دائرة قصر.
23. التفكير الناقد
هل تصلح المغانط الدائمة لصنع قلب محول جيد؟ وضح إجابتك.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.