الكهرباء هي نوع من الطاقة التي تنتقل عن طريق حركة الإلكترونات عبر مادة موصلة. على سبيل المثال، المعادن هي مواد عالية التوصيل للكهرباء وتسمح للإلكترونات بالتحرك بسهولة. داخل المادة الموصلة، يمكن للإلكترونات أن تتحرك في اتجاه واحد أو أكثر.

مفهوم التيار المباشر والمتناوب

يتم تحديد التيار المباشر من طبيعة حركة الشحنات الكهربائية. وبالمثل، يمكنك تحديد ما هو التيار المتردد.

1. عندما يُعطى تدفق الشحنات الكهربائية في اتجاه واحد، فإنه يعتبر تيارًا مباشرًا؛
2. عندما يتغير اتجاه تدفق الإلكترون وشدته مع مرور الوقت، فإنه يسمى التيار المتردد. علاوة على ذلك، فإن التغيرات تحدث بشكل دوري، وفقا للقانون الجيبي.

تستخدم معظم شبكات الطاقة الحديثة التيار الكهربائي المتناوب الذي يتم إنتاجه في محطات توليد الطاقة بواسطة المولدات المناسبة.

يتم توليد التيار المباشر (DC) بواسطة البطاريات وخلايا الوقود والوحدات الكهروضوئية. هناك أيضًا مولدات تيار مباشر. هناك طريقة أخرى للحصول عليه وهي تحويله من تيار متردد أحادي الطور وثلاثي الطور (AC) باستخدام أجهزة المعدل.

وفي الحالة المعاكسة، يمكن الحصول على التيار المتردد من التيار المستمر باستخدام العاكسات، على الرغم من أن التكنولوجيا هنا أكثر تعقيدًا إلى حد ما.

قصة

الكهرباء نادرة نسبياً في الطبيعة: فهي تتولد عن طريق عدد قليل من الحيوانات وتوجد في بعض الظواهر الطبيعية. في سعيهم لتوليد تدفق الإلكترونات بشكل مصطنع، أدرك العلماء أنه من الممكن إجبار الإلكترونات على التدفق عبر سلك معدني أو مادة موصلة أخرى، ولكن في اتجاه واحد فقط، حيث يتم صدها من قطب واحد وتنجذب إلى الآخر. وهكذا ولدت البطاريات ومولدات التيار المستمر. يُنسب الاختراع بشكل رئيسي إلى توماس إديسون.

في نهاية القرن التاسع عشر، كان عالم مشهور آخر، نيكولا تيسلا، يطور طرقًا لإنتاج التيار المتردد. وكانت الأسباب الرئيسية للعمل في هذا المجال هي اكتشاف عيوب التيار المباشر عند نقل الكهرباء لمسافات طويلة. اتضح أنه بالنسبة للتيار المتردد، من الأسهل بكثير زيادة جهد خطوط النقل، وبالتالي تقليل الخسائر والسماح بنقل كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية، ولكن زيادة الجهد بشكل فعال على خطوط التيار المباشر لم تكن ممكنة في تلك الأيام.

لإنتاج تيار متناوب، استخدم تسلا مجالًا مغناطيسيًا دوارًا. إذا تغير الاتجاه MF، فإن اتجاه تدفق الإلكترون يتغير أيضًا ويتم إنشاء تيار متردد.

يحدث التغير في اتجاه تدفق الإلكترونات بسرعة كبيرة، عدة مرات في الثانية. يتم إجراء قياسات التردد بالهرتز (أي ما يعادل دورات في الثانية). وبالتالي، يمكن اعتبار التيار المتردد عند تردد 50 هرتز بمثابة 50 دورة في الثانية. في كل دورة، تغير الإلكترونات اتجاهها وتعود إلى اتجاهها الأصلي، وبالتالي يتغير اتجاه تدفق الإلكترونات 100 مرة في الثانية.

الخصائص المقارنة للتيارات المباشرة والمتناوبة

ويكمن الفرق بين نوعي التيارات في طبيعتها والخصائص الناتجة عنها.

الفرق بين التيار المباشر والتيار المتناوب:

1. مع التيار المتردد، يتغير اتجاه وشدة تدفق الإلكترون، مع التيار المستمر يظل دون تغيير؛
2. لا يمكن أن يوجد تردد DC. ينطبق هذا المفهوم فقط على التيار المتردد؛
3. الأقطاب (الموجب والسالب) هي نفسها دائمًا في دائرة التيار المستمر. في دائرة التيار المتردد، تتغير الأقطاب الموجبة والسالبة على فترات دورية؛
4. عند نقل التيار المتردد، يتم تحويل الجهد بسهولة ونقله بمستوى مقبول من الخسائر.

قد يؤدي عكس قطبية اتصال التيار المباشر إلى حدوث ضرر دائم للأجهزة. لتجنب ذلك، عادة ما يتم وضع علامات القطب على المعدات. وبالمثل، تتميز نقاط الاتصال بالاستخدام التقليدي لزنبرك معدني للقطب السالب ولوحة للقطب الموجب. في الأجهزة التي تحتوي على بطاريات قابلة لإعادة الشحن، يكون لمحول المعدل خرج بحيث يتم الاتصال بطريقة واحدة فقط، مما يمنع انعكاس القطبية.

في المنشآت واسعة النطاق، مثل بدالات الهاتف ومعدات الاتصالات الأخرى، حيث يوجد توزيع مركزي للتيار المستمر، يتم استخدام اتصال خاص وعناصر حماية،

للتيار المباشر والمتردد مزايا وعيوب، مما يؤثر على مجالات تطبيقهما. يرجع الاستخدام الواسع النطاق للتيار المتردد إلى حد كبير إلى سهولة تحويله.

فروق الشحن

عندما يتدفق التيار، يتحول جزء من طاقة الإلكترون إلى حرارة بسبب المقاومة النشطة للأسلاك. تعتمد السخانات الكهربائية أيضًا على هذا التأثير. وفي نهاية السطر، يتم نقل طاقة أقل إلى المستهلك. وتسمى الطاقة المتبددة بالخسائر. لتقليل الخسائر، يتم استخدام زيادات الجهد أثناء النقل. تنطبق هذه العلاقات الفيزيائية على كل من التيار المباشر والتيار المتردد، ولكن تظهر الاختلافات عند تنفيذ دوائر النقل.

مزايا وعيوب التيار المتردد

عندما بدأ إنشاء شبكات نقل الطاقة، كان استخدام المحولات هو الوسيلة الوحيدة للحصول على الفولتية العالية ومن ثم تخفيضها إلى المستوى المطلوب عند توزيعها على المستهلكين. وكانت هذه التكنولوجيا تسمى تكنولوجيا المحولات، وحتى الآن لم يتغير هيكل نقل الكهرباء. التيار المتناوب، وهو نظام ثلاثي الطور، يستخدم عالميًا تقريبًا.

وفي وقت لاحق، بدأ بناء خطوط التيار المباشر، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في السنوات الأخيرة. يتم تفسير الاهتمام المتزايد باستخدامها من خلال العيوب الكبيرة لأنظمة التيار المتردد: في الطوابير الطويلة، تكون خسائر الكهرباء كبيرة. أسبابها هي وجود مفاعلات سعوية وحثية.

1. عندما يتغير اتجاه تدفق الإلكترون بسرعة، لوحظ تأثير مماثل لإعادة شحن المكثفات. تنشأ تيارات سعوية إضافية. ويؤثر هذا بشكل خاص على الكابلات الأرضية والبحرية، التي تتمتع الطبقة العازلة بها بتأثير مكثف عالي؛
2. تظهر المفاعلة الحثية للخطوط لأن التيارات الكهربائية تولد مجالات مغناطيسية تتغير مع تردد التيار. تظهر التيارات الحثية.

مهم!يزداد كلا النوعين من المفاعلة بزيادة طول الخط.

مزايا التيار المتردد:

• تحويل الجهد السهل.
• إمكانية الجمع بين أنظمة النقل المختلفة.
• إمكانية استخدام التردد على مستوى النظام.

عيوب المكيف:

• الحاجة إلى التعويض عن القوة التفاعلية عند النقل لمسافات طويلة؛
• خسائر عالية نسبيا.

مزايا وعيوب العاصمة

بادئ ذي بدء، ما يميز التيار المتردد عن التيار المباشر هو وجود مصادر لفقد الطاقة التفاعلية. ومع ذلك، التيار الكهربائي المباشر ينطوي على خسائر التدفئة. يعتمد تعريفها الدقيق على التكنولوجيا ومستوى الجهد. للجهود العالية - حوالي 3٪ لكل 1000 كيلومتر.

مصدر آخر للخسائر في أنظمة نقل الطاقة بالتيار المستمر هو المحطات الفرعية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، والعكس. إجمالي الخسائر أقل بكثير من التيار المتردد، ولكن تكاليف المواد اللازمة لبناء هذه المحطات الفرعية كبيرة.

مهم!ولزيادة ربحية خطوط كهرباء التيار المستمر، يتم استخدام خطوط كهرباء طويلة الطول.

لقد تطور نقل الطاقة بالتيار المستمر مؤخرًا من الناحية التكنولوجية، مع تطوير مكونات إلكترونية جديدة لإنشاء مستويات جهد عالية للتيار المستمر - الثايرستورات عالية الأداء أو الترانزستورات ثنائية القطب.

مثير للاهتمام.اليوم، أصبح من الممكن استخدام أنظمة نقل التيار المستمر بجهود تصل إلى 800 كيلو فولت وقدرات نقل تصل إلى 8000 ميجاوات على مسافات تزيد عن 2000 كيلومتر.

مزايا خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي DC:

• القدرة على نقل الطاقة عبر خطوط الكابلات البحرية والبرية وتحت الأرض لمسافات طويلة؛
• لا خسائر بسبب القوة التفاعلية.
• استخدام أفضل لعزل الكابلات.

عيوب خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي DC:

• التبديل السريع غير الكافي لقنوات التيار المستمر الموجودة؛
• القليل من الهندسة الكهربائية الموحدة؛
• لم يتم تطوير شبكات توزيع نقل الكهرباء، ويتم النقل من نقطة إلى أخرى.

تطبيقات أخرى للتيار المستمر والتيار المتردد

1. يعتبر التيار المستمر مثاليًا لشحن البطاريات وخلايا البطارية. إنهم بحاجة إلى هذه القوة لأن طاقة الشحن يجب أن تسير دائمًا في اتجاه واحد. وبناءً على ذلك، تحتاج الأجهزة التي تعمل بالبطارية أيضًا إلى التيار المستمر، مثل المصباح اليدوي أو الكمبيوتر المحمول؛
2. تستخدم أجهزة التلفزيون والراديو والكمبيوتر التيار المستمر؛
3. تعمل المحركات الكهربائية المستخدمة في الصناعة وفي الحياة اليومية على التيار المتردد والتيار المستمر. وينطبق الشيء نفسه على المواقد والمكاوي والغلايات والمصابيح المتوهجة.
4. هناك حاجة إلى التيار المستمر لمحطات التحليل الكهربائي حيث يكون وجود أقطاب ثابتة أمرًا مهمًا. فقط في بعض الأحيان ليس من الضروري مراقبة القطبية، خاصة أثناء التحليل الكهربائي للغازات. ومن ثم يمكن استخدام التيار الكهربائي المتناوب؛
5. حوالي نصف شبكات الاتصال بالسكك الحديدية في العالم تستخدم التيار المباشر. في بداية تطوير السكك الحديدية المكهربة، كانت هناك محاولات لاستخدام محركات ثلاثية الطور، ولكن إنشاء شبكة اتصال لها واجه مشاكل. تدير العاصمة وسائل النقل الكهربائية الحضرية: الترام، حافلات الترولي، المترو. هناك طريقة أخرى لبناء شبكات الاتصال بالسكك الحديدية وهي استخدام تيار متناوب أحادي الطور؛

على الرغم من حقيقة أن الكهرباء دخلت حياتنا بقوة، فإن الغالبية العظمى من مستخدمي هذه الميزة الحضارية ليس لديهم حتى فهم سطحي لما هو التيار، ناهيك عن مدى اختلاف التيار المباشر عن التيار المتردد، وما هو الفرق بينهما ، وما هو الحالي بشكل عام. أول من تعرض للصعق الكهربائي هو أليساندرو فولتا، وبعد ذلك كرس حياته كلها لهذا الموضوع. دعونا ننتبه أيضًا إلى هذا الموضوع من أجل الحصول على فهم عام لطبيعة الكهرباء.

حصل توماس إديسون على القليل من التحديث في نيويورك بأضواء الشوارع وتياره المباشر. يتغير التيار المتردد ذهابًا وإيابًا بشكل دوري. في الثانية الواحدة، تتحرك الكهرباء في شبكتنا الكهربائية 50 مرة! بعد اختراع التيار المباشر والتيار المتردد، ضمن كلا المخترعين بعضهما البعض. ليس بالسلاح، بل بالكلمات. حتى أن لديهم كلابًا متصلة بشبكة الكهرباء لإظهار مدى خطورة الكهرباء الأخرى.

نحن بحاجة إلى كلا النوعين من الكهرباء لأن لكل منهما مميزاته وعيوبه. إنه مثالي لشحن البطاريات والبطاريات القابلة لإعادة الشحن. إنهم بحاجة إلى تيار ثابت للشحن لأن التيار يجب أن يتناوب دائمًا في نفس الاتجاه. وهذا ينطبق أيضًا على بعض الأجهزة المنزلية. كل ما في الأمر أن كل شيء به بطاريات وبطاريات قابلة لإعادة الشحن يتطلب تيارًا ثابتًا للشحن. على سبيل المثال، مصباح يدوي أو كمبيوتر محمول يحتوي على بطاريات. وهذه الأجهزة تتطلب تيارًا مباشرًا، أي. التيار المباشر.

من أين يأتي التيار ولماذا يختلف؟

سنحاول تجنب الفيزياء المعقدة وسنستخدم طريقة القياس والتبسيط للنظر في هذه المسألة. ولكن قبل ذلك، دعونا نتذكر نكتة قديمة عن الامتحان، عندما قام طالب شريف بسحب التذكرة "ما هو التيار الكهربائي".

آسف يا أستاذ، كنت أستعد لكن نسيت، أجاب الطالب الصادق. - كيف استطعت! وبخه الأستاذ قائلاً: "أنت الشخص الوحيد على وجه الأرض الذي يعرف هذا!" (مع)

لكن التلفزيون أو الراديو يحتاج أيضًا إلى تيار مباشر. ولا يمكنها العمل بالجهد المتناوب، الذي يتطلب دائمًا تيارًا ثابتًا. مرة أخرى، هناك أجهزة لا يهم ما تستخدمه. المصابيح، على سبيل المثال، تتصفح هذا الموقع. المصباح الكهربائي هو مجرد سلك يسخن، ولا يهم اتجاه التيار. يستخدم التيار المتناوب مع المحركات الكهربائية، أي مع جميع الأجهزة الدوارة. على سبيل المثال، يدور الخلاط. أو يمكن أن يعمل الموقد أيضًا بطاقة التيار المتردد، والتي لا تعمل، ولكن يجب تسخينها، ومن ثم فهي مثل المصباح الكهربائي، يوجد بها سلك وحرارة.

هذه بالطبع مزحة، ولكن هناك قدر كبير من الحقيقة فيها. لذلك، لن نبحث عن أمجاد نوبل، ولكن ببساطة سنكتشف التيار المتردد والتيار المباشر، وما هو الفرق، وما الذي يعتبر مصادر تيار.

كأساس، سوف نقبل الافتراض بأن التيار ليس حركة الجسيمات (على الرغم من أن حركة الجسيمات المشحونة تنقل الشحنة أيضًا، وبالتالي تولد تيارات)، ولكن حركة (نقل) الشحنة الزائدة في الموصل من نقطة شحنة عالية (إمكانات) إلى نقطة شحن أقل. التشبيه هو خزان؛ يميل الماء دائمًا إلى احتلال نفس المستوى (لتعادل الإمكانات). إذا قمت بفتح حفرة في السد، سيبدأ الماء بالتدفق إلى أسفل المنحدر، مما يخلق تيارًا مباشرًا. كلما كانت الحفرة أكبر، كلما تدفقت مياه أكثر، وازداد التيار، وكذلك القوة وكمية الشغل التي يمكن لهذا التيار القيام بها. إذا لم يتم التحكم في العملية، فسوف تدمر المياه السد وتخلق على الفور منطقة فيضان يكون السطح فيها على نفس المستوى. هذه دائرة كهربائية قصيرة مع معادلة محتملة، مصحوبة بدمار كبير.

لكن التيار المتردد له الميزة الحاسمة وهي أنه يمكن إنتاجه بكميات كبيرة في محطات توليد الطاقة ويمكن نقله بشكل أفضل بكثير من التيار المباشر لأن الخسائر على مسافات طويلة أقل بكثير. لذلك، خارج محطة توليد الكهرباء، قم بتغيير التيار المتردد بكميات كبيرة إلى الخط الأرضي، ثم إلى صناديق التوزيع. ومن هناك يتم توزيع التيار المتردد على المنازل وما استخدمناه بعد ذلك يتم حله بواسطة هذا الجهاز. سوف يستخدم الخلاط طاقة التيار المتردد مباشرة.

يقوم الكمبيوتر أو التلفزيون أولاً بتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر. يعمل هذا مع ما يسمى بمحول الجهد بدون مشاكل. فقط بفضل محول الجهد يمكننا توصيل التلفزيون بمصادر الطاقة التقليدية. تم بالفعل تركيب محول جهد لجميع الأجهزة التي تتطلب تيارًا مستمرًا.

وهكذا، يظهر تيار مباشر في المصدر (عادة بسبب التفاعلات الكيميائية)، حيث ينشأ فرق الجهد عند نقطتين. إن حركة الشحنة من قيمة "+" أعلى إلى قيمة "-" أقل تعادل الجهد بينما يستمر التفاعل الكيميائي. ونحن نعلم نتيجة التعادل الكامل للإمكانات - "البطارية فارغة". وهذا يؤدي إلى فهم السبب يختلف جهد التيار المستمر والتيار المتردد بشكل كبير في خصائص الاستقرار. تستهلك البطارية شحنتها، وبالتالي ينخفض ​​جهد التيار المستمر بمرور الوقت. للحفاظ عليه على نفس المستوى، يتم استخدام محولات إضافية. في البداية، أمضت البشرية وقتا طويلا في تحديد الفرق بين التيار المباشر والتيار المتردد للاستخدام على نطاق واسع، ما يسمى. “حرب التيارات”. لقد انتهى الأمر بانتصار التيار المتردد، ليس فقط بسبب وجود خسائر أقل أثناء النقل عبر مسافة ما، ولكن أيضًا أصبح توليد التيار المباشر من التيار المتردد أسهل. من الواضح أن التيار المباشر الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة (بدون مصدر مستهلك) له خصائص أكثر استقرارًا. في الواقع، في هذه الحالة، يرتبط الجهد المتناوب والمباشر بشكل صارم، ومع مرور الوقت يعتمدان فقط على توليد الطاقة وكمية الاستهلاك.

المقاومة الكهربائية هي مقياس لمقدار الجهد المطلوب لتمرير تيار معين عبر موصل. وهذا يعني أيضًا انخفاض جهد معين عبر كل مقاومة في الدائرة. في الممارسة العملية، هناك ثلاثة أنواع من المقاومات.

مقاومات RTD في أنظمة التيار المتردد. . في هذه اللحظة نحن مهتمون فقط بالأول. عندما نستخدم المقاوم كمكون، نتحدث عادة عن المقاومة الأومية، أي. حول المقاومة التي لا تعتمد على درجة الحرارة أو التيار أو الجهد. وبالتالي لدينا مقاومة ثابتة وهذا يسمح بتطبيقات الأمثلة التالية.

وبالتالي، فإن التيار المباشر بطبيعته هو حدوث شحنة غير متساوية في الحجم (تفاعل كيميائي)، والتي يمكن إعادة توزيعها باستخدام الأسلاك عن طريق توصيل نقطة ذات شحنة عالية ومنخفضة (المحتملة).

دعونا نتناول هذا التعريف كما هو مقبول بشكل عام. جميع التيارات المباشرة الأخرى (وليس البطاريات) مشتقة من مصدر التيار المتردد. على سبيل المثال، في هذه الصورة، الخط الأزرق المتموج هو تيارنا المباشر، نتيجة تحويل التيار المتردد.

إذا قمنا بتوصيله مباشرة بمصدر جهد، فسوف ينكسر. لقد نظرنا للتو في تنظيم التوتر ووجدنا أيضًا حلاً. وهذا الحل وحده يعاني من نقطة ضعف خطيرة: الحل الحالي. إذا تغير، فإن الجهد الذي يسقط عبر المقاومة يتغير أيضًا. ولكن هناك حل لهذا: مقسم الجهد. هذا هو ما يبدو عليه الأمر.

لماذا تعمل كابلات الجهد العالي بجهد 300 كيلو فولت؟

هذا سؤال كنت أطرحه على نفسي في كل مرة أو كان علي أن أسأله. الجواب يأتي من قانون أوم وصيغة القوة. تحدد القوة مقدار الطاقة المطلوبة بمرور الوقت. هذا يعني أن مصدر الطاقة 220 فولت الخاص بنا يستخدم التيار. نقوم الآن بتوصيل أجهزتنا بكابل طاقة طويل جدًا باستخدام هذا الموصل. نقوم بتشغيله ويحدث هذا: لا شيء. تجدر الإشارة هنا إلى "الترميم الداخلي" المذكور أعلاه. يتمتع الخط الطويل المتصل بمصدر الطاقة بمقاومة عالية، لنفترض أنه بسبب انخفاض الجهد لا يوجد جهد عند الخرج للمستهلك.

انتبهوا للتعليقات على الصورة "عدد كبير من الدوائر ولوحات التجميع". إذا كان المحول مختلفا، فإن الصورة ستكون مختلفة. نفس الخط الأزرق، التيار ثابت تقريبًا، لكنه نابض، تذكر هذه الكلمة. بالمناسبة، التيار المباشر النقي هو الخط الأحمر.

نظرًا لأن الطاقة لا تتغير بسبب الجهد العالي على خط الاتصال، فهذا يعني أن التيار يتدفق هناك، وبالتالي فإن هذا هو انخفاض الجهد لدينا وبالتالي الحد. وهذا أيضًا هو السبب وراء حمل كابلات الجهد العالي أيضًا من 100 كيلو فولت إلى 300 كيلو فولت. نظرًا للجهد العالي والتيار المنخفض المرتبط به، يتم تقليل تأثيرات المقاومة الداخلية العالية جدًا للكابلات في بعض الأحيان. عام: التعريف هو كمية تشير إلى مقدار الشغل أو الطاقة اللازمة لتحريك حاملة شحنة بشحنة كهربائية معينة في مجال كهربائي.

العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء

الآن دعونا نرى كيف يختلف التيار المتردد عن التيار المباشر، والذي يعتمد على المادة. الأكثر أهمية - حدوث التيار المتردد لا يعتمد على التفاعلات في المادة. من خلال العمل بالكهرباء (التيار المباشر)، ثبت بسرعة أن الموصلات تنجذب لبعضها البعض مثل المغناطيس. وكانت النتيجة اكتشاف أن المجال المغناطيسي في ظل ظروف معينة يولد تيارًا كهربائيًا. أي أن المغناطيسية والكهرباء تبين أنهما ظاهرة مترابطة مع تحول عكسي. يمكن للمغناطيس أن يعطي تيارًا للموصل، والموصل الذي يمر به التيار يمكن أن يكون مغناطيسًا. وتظهر هذه الصورة محاكاة لتجارب فاراداي الذي اكتشف هذه الظاهرة في الواقع.

هذا التعريف أسهل أيضًا في التخيل. لكي يتدفق "التيار" في نظام مغلق، يلزم وجود جهد كهربائي كشرط أساسي. يشير هذا الجهد الكهربائي إلى القوة الدافعة التي تسمح أو تسبب حركة الشحنة. الملخص حتى الآن: إذا لم يتم تحميل أي مصدر تيار أو جهد بواسطة الحمل، فلن يتدفق تيار وبالتالي لا يوجد انخفاض في الجهد. يمكن قياس جهد الدائرة المفتوحة عند أطراف المصدر الحالي. عندما يتم توصيل الحمل بمصدر تيار أو جهد، يتدفق التيار ويتم تقسيم جهد الدائرة المفتوحة الأولي بين مقاومة الحمل والمقاومة الداخلية لمصدر الجهد.

الآن تشبيه التيار المتردد. سيكون المغناطيس هو قوة الجذب، وسيكون المولد الحالي عبارة عن ساعة رملية بها ماء. في نصف الساعة نكتب "أعلى" وعلى النصف الآخر "أسفل". نقلب ساعتنا ونرى كيف يتدفق الماء "لأسفل"، وعندما يتدفق كل الماء، نقلبه مرة أخرى ويتدفق الماء "لأعلى". على الرغم من وجود تيار، إلا أنه يغير اتجاهه مرتين في دورة كاملة. وفقًا للعلم، سيبدو الأمر كما يلي: يعتمد تردد التيار على سرعة دوران المولد في المجال المغناطيسي. في ظل ظروف معينة، سنحصل على موجة جيبية نقية، أو ببساطة تيار متردد بسعات مختلفة.

سيغطي هذا الفصل الآن مصطلحات مصدر الجهد والمصدر الحالي. مصدر الجهد: لا ينبغي الخلط بين مصطلحي المصدر الحالي ومصدر الجهد مع بعضهما البعض. من حيث المبدأ، مصادر التيار والجهد لها خصائص متعارضة. يعمل مصدر الجهد كمصدر للطاقة الكهربائية التي توفر التيار الكهربائي اعتمادًا على الحمل المتصل، ولكن لا يمكن الخلط بينه وبين مصدر التيار. من الخصائص المهمة لمصدر الجهد أن يكون الجهد منخفضًا فقط، أو في حالة نموذج مصدر الجهد المثالي، يكون مستقلاً عن التيار الكهربائي المستقبل.

مرة أخرى! هذا مهم جدًا لفهم الفرق بين التيار المباشر والتيار المتردد. وفي كلا القياسين، يتدفق الماء "إلى أسفل". ولكن في حالة التيار المباشر، سيكون الخزان فارغًا عاجلاً أم آجلاً، وبالنسبة للتيار المتردد، فإن الساعة سوف تفيض بالماء لفترة طويلة جدًا، فهي في حجم مغلق. ولكن في كلتا الحالتين يتدفق الماء إلى أسفل. صحيح، في حالة التيار المتردد، يتدفق نصف الوقت إلى أسفل، ولكن إلى أعلى. بمعنى آخر، اتجاه حركة التيار المتردد هو كمية جبرية، أي أن "+" و"-" يتغيران بشكل مستمر، بينما يبقى اتجاه حركة التيار دون تغيير. حاول التفكير في هذا الاختلاف وفهمه. من المألوف أن نقول عبر الإنترنت: "لقد فهمت، الآن أنت تعرف كل شيء".

نظرًا لأن الخاصية الأساسية لمصدر التيار هي أن التيار منخفض فقط، أو في نموذج مصدر التيار المثالي، فإن تيار الإطار يكون مستقلاً عن الجهد الكهربائي. ومن أمثلة مصادر الجهد البطاريات والخلايا الشمسية والمولدات، وعلى عكس المصادر الحالية، لا توفر تيارًا ثابتًا، بل جهدًا ثابتًا. عادة، يتم إنشاء مصادر التيار باستخدام مصدر جهد وتحويله إلى مصدر تيار باستخدام دائرة مناسبة.

ضمن مصطلح "مصدر الجهد" لا يزال من الممكن تقسيمها إلى مصدر جهد مثالي وحقيقي. مصدر الجهد المثالي هو الذي يولد جهدًا ثابتًا مستقلاً عن الأحمال الحالية والمتصلة. يمكن اعتبار مصادر الجهد الحقيقي مصدر جهد مثالي يوفر جهدًا بدون حمل ويعتمد على المقاومة الداخلية، بحيث يعتمد ملف الجهد عبر مصدر الجهد الحقيقي على التيار المسحوب.

ما الذي يسبب مجموعة واسعة من التيارات

إذا فهمت الفرق بين التيارات المباشرة والمتناوبة، فإن السؤال الطبيعي ينشأ - لماذا يوجد الكثير منهم، التيارات؟ سوف نختار تيارًا واحدًا كمعيار، وسيكون كل شيء هو نفسه.

ولكن، كما يقولون، "ليست كل التيارات مفيدة بنفس القدر"، بالمناسبة، دعونا نفكر في أي تيار أكثر خطورة: ثابت أم متناوب، إذا لم نتخيل طبيعة التيار تقريبًا، بل ميزاته. الإنسان عبارة عن كولوديوم يوصل الكهرباء بشكل جيد. مجموعة من العناصر المختلفة في الماء (نحن 70% ماء إذا كان أحد لا يعرف). إذا تم تطبيق الجهد على مثل هذا الكولوديوم - يتم تطبيق صدمة كهربائية، فستبدأ الجزيئات الموجودة بداخلنا في نقل الشحنة. كما ينبغي أن يكون، من نقطة الإمكانات العالية إلى نقطة الإمكانات المنخفضة. وأخطر ما في الأمر هو الوقوف على الأرض، وهي بشكل عام نقطة ذات احتمالية صفر لا نهائية. بمعنى آخر، سنقوم بنقل كل التيار، أي فرق الشحنات، إلى الأرض. لذلك، مع الاتجاه المستمر لحركة الشحن، تتم عملية معادلة الإمكانات في جسمنا بسلاسة. نحن كالرمل ندع الماء يمر من خلالنا. ويمكننا "امتصاص" الكثير من الماء بأمان. مع التيار المتردد، تكون الصورة مختلفة بعض الشيء - سيتم "سحب" جميع جزيئاتنا هنا وهناك. لن تتمكن الرمال من تمرير الماء بسهولة، وسوف يتم تحريكها بالكامل. لذلك فإن إجابة السؤال أي التيار أخطر أم ثابت أم متناوب فالجواب واضح - متناوب. كمرجع، عتبة التيار المستمر التي تهدد الحياة هي 300 مللي أمبير. بالنسبة للتيار المتردد، تعتمد هذه القيم على التردد وتبدأ عند 35 مللي أمبير. عند تيار 50 هرتز 100 مللي أمبير. موافق ، الفرق من 3 إلى 10 مرات في حد ذاته يجيب على السؤال: ما هو الأخطر؟ ولكن هذه ليست الحجة الرئيسية في اختيار المعيار الحالي. دعونا ننظم كل ما يؤخذ بعين الاعتبار عند اختيار نوع التيار:

تصور المصطلحين: أولا، معرفة التيار والجهد مرة أخرى. كلما كان الطرفان أقوى، كلما كانت القوة المؤثرة بينهما أقوى وزاد التوتر. يمكن شرح مصدري التيار ومصادر الجهد بمثال خفيف. يتم تخيل بحيرة جبلية تمثل التوتر بمعنى منقول. كلما ارتفعت البحيرة، كلما ارتفع الجهد. والآن يتم تجميع المياه من البحيرة الجبلية إلى الوادي عبر الأنابيب. يوجد خط أنابيب من البحيرة الجبلية إلى الوادي.

يمكن اعتبار الماء كإلكترونات. إذا كان هناك أنبوب مفتوح في أعلى بحيرة جبلية، فإن الماء يتدفق إلى أسفل الأنبوب، وهو تيار بالمعنى المنقول. وهذا يعني أنه كلما زاد عدد المياه في البحيرة، كلما "تدفق" المزيد من المياه إلى أسفل. بالطبع، هناك مقاومة عند مصدر الجهد أو مصدر التيار. ويمكن تصور هذا أيضًا. في المثال المقدم، سيكون قطر الأنبوب هو المقاومة. كلما كان الأنبوب أضيق، قل تدفق الماء. يضمن الأنبوب الضيق مقاومة تدفق المياه.

• توصيل التيار لمسافات طويلة. سيتم فقدان كل التيار المباشر تقريبًا؛
• التحويل في الدوائر الكهربائية غير المتجانسة مع مستوى استهلاك غير مؤكد. بالنسبة للتيار المباشر، فإن المشكلة غير قابلة للحل عمليا؛
• يعد الحفاظ على جهد ثابت للتيار المتردد أرخص بأمرين من التيار المباشر ؛
• يعد تحويل الطاقة الكهربائية إلى قوة ميكانيكية أرخص بكثير في محركات وآلات التيار المتردد. هذه المحركات لها عيوبها وفي بعض المناطق لا يمكن أن تحل محل محركات التيار المستمر؛
• لذلك، بالنسبة للاستخدام الشامل، فإن التيار المباشر له ميزة واحدة - فهو أكثر أمانًا للبشر.

ومن هنا جاءت التسوية المعقولة التي اختارتها البشرية. ليس تيارًا واحدًا فحسب، بل مجموعة كاملة من التحولات المتاحة بدءًا من التوليد والتوصيل إلى المستهلك والتوزيع والاستخدام. لن نقوم بإدراج كل شيء، لكننا نعتبر الإجابة الرئيسية على سؤال المقال، "كيف يختلف التيار المباشر عن التيار المتردد،" في كلمة واحدة - الخصائص. ربما تكون هذه هي الإجابة الصحيحة لأي أغراض منزلية. ولفهم المعايير نقترح النظر في الخصائص الرئيسية لهذه التيارات.

رياضيا، يمكن الجمع بين المصطلحين. البحيرة الجبلية: سمك الأنبوب = تدفق المياه. التيار المباشر، التيار المتردد، الجهد الثابت، الجهد المتردد - يتم شرح المتغيرات الكهربائية بإيجاز. مع الذبذبات. البطاريات كمصادر جهد مباشر.

نقل الطاقة الكهربائية عبر خطوط التيار المتناوب. مخطط الجهد العاصمة. مخطط جهد التيار المتردد. التيار الكهربائي لا يدوم طويلا، حيث يقوم التيار الكهربائي بتحريك ناقلات الشحنة، ويمكن أن يكون لها شحنة سالبة أو موجبة. في المعدن، يمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية. إنهم يتحركون لأنهم متحمسون لمجال كهربائي. مقياس شدة التيار هو التيار الكهربائي. ويقاس بوحدة "الأمبير"، والمختصرة بـ A.

الخصائص الرئيسية للتيارات المستخدمة اليوم

إذا ظلت خصائص التيار المباشر دون تغيير بشكل عام منذ اكتشافه، فمع التيارات المتناوبة يكون كل شيء أكثر تعقيدًا. انظر إلى هذه الصورة - نموذج للحركة الحالية في نظام ثلاثي المراحل من الجيل إلى الاستهلاك

وأوضح الجهد الكهربائي لفترة وجيزة. إذا كان لدينا في مرحلة ما الكثير من الشحنات الموجبة، فإن مجالها الكهربائي يجذب الإلكترونات، فهي تريد الانتقال إلى شحنات موجبة. كلما زادت الشحنات الموجبة، زادت القوة التي تتحكم في الإلكترونات. تم تحديد مقياس لكمية الشحنات الكهربائية، وهو "الجهد الكهربائي". إنه يشير ببساطة إلى اختلاف الشحنات الكهربائية بين نقطتين.

لكي يتدفق التيار، يجب أن يكون هناك جهد. ما هي القطبية؟ الجهد الكهربائي له قطبين - قطب موجب وقطب سالب. يوجد نقص إلكترون في القطب الموجب، وترغب الإلكترونات في الهجرة إلى هذا القطب الموجب. يوجد في القطب السالب فائض من الإلكترونات، ويتم طرد الإلكترونات من القطب السالب. يتم استخدام القطبية أحيانًا بدلاً من القطبية. ما هو مصدر الجهد؟ مصدر الجهد هو مكون ثنائي القطب، يوجد بين القطبين جهد كهربائي.

ومن وجهة نظرنا، فهو نموذج واضح للغاية، يوضح كيفية إزالة مرحلة أو مرحلتين أو ثلاث مراحل. وفي الوقت نفسه، يمكنك أن ترى كيف يصل الأمر إلى المستهلك.

ونتيجة لذلك، لدينا سلسلة توليد، الجهد المتردد والمباشر (التيارات) في مرحلة المستهلك. وبناء على ذلك، كلما ابتعدنا عن المستهلك، كلما ارتفعت التيارات والفولتية. في الواقع، أبسط وأضعف منفذ لدينا هو التيار المتردد أحادي الطور، 220 فولت بتردد ثابت قدره 50 هرتز. فقط زيادة التردد يمكن أن تجعل التيار عالي التردد عند هذا الجهد. أبسط مثال هو في مطبخك. تقوم الطباعة بالميكروويف بتحويل التيار البسيط إلى تيار عالي التردد، مما يساعد بالفعل في الطهي. بالمناسبة، دعونا نجيب على السؤال المتعلق بقدرة الميكروويف - وهذا هو بالضبط مقدار التيار "العادي" الذي يحوله إلى تيارات عالية التردد.

ومن الجدير بالذكر أن أي تحول في التيارات ليس "عبثًا". للحصول على تيار متردد، تحتاج إلى تدوير العمود بشيء ما. للحصول على تيار ثابت منه، سيتعين عليك تبديد جزء من الطاقة كحرارة. حتى تيارات نقل الطاقة يجب أن تتبدد على شكل حرارة عند توصيلها إلى الشقة باستخدام محول. أي أن أي تغيير في المعلمات الحالية يكون مصحوبًا بخسائر. وبالطبع الخسائر تصاحب توصيل التيار للمستهلك. تتيح لنا هذه المعرفة النظرية على ما يبدو أن نفهم من أين تأتي مدفوعاتنا الزائدة مقابل الطاقة، مما يلغي نصف الأسئلة حول سبب وجود 100 روبل على العداد، و115 على الإيصال.

دعونا نعود إلى التيارات. يبدو أننا ذكرنا كل شيء، بل إننا نعرف مدى اختلاف التيار المباشر عن التيار المتردد، لذلك دعونا نذكركم ما هي التيارات الموجودة بشكل عام.

• العاصمةالمصدر هو فيزياء التفاعلات الكيميائية مع تغير الشحنة، ويمكن الحصول عليها عن طريق تحويل التيار المتردد. الصنف هو تيار نابض يغير معالمه في نطاق واسع، لكنه لا يغير اتجاه الحركة.
• التيار المتناوب. يمكن أن تكون أحادية الطور أو مرحلتين أو ثلاث مراحل. التردد القياسي أو العالي. هذا التصنيف البسيط كافٍ تمامًا.

الاستنتاج أو كل تيار له جهازه الخاص

تُظهر الصورة المولد الحالي في محطة Sayano-Shushenskaya للطاقة الكهرومائية. وهذه الصورة توضح المكان الذي تم تركيبه فيه.

وهذا مصباح كهربائي عادي.

أليس صحيحا أن الفرق في الحجم مذهل، مع أن الأول خلق من بين أمور أخرى لعمل الثاني؟ إذا فكرت في هذه المقالة، يصبح من الواضح أنه كلما كان الجهاز أقرب إلى الشخص، كلما زاد استخدام التيار المباشر. وباستثناء محركات التيار المستمر والتطبيقات الصناعية، يعد هذا بالفعل معيارًا يعتمد تحديدًا على حقيقة أننا اكتشفنا التيار الأكثر خطورة، التيار المباشر أو التيار المتردد. وتستند خصائص التيارات المنزلية على نفس المبدأ، حيث أن التيار المتردد 220 فولت 50 هرتز هو حل وسط بين الخطر والخسائر. ثمن التسوية هو الأتمتة الوقائية: من المصهر إلى التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية. بالابتعاد عن البشر، نجد أنفسنا في منطقة الخصائص العابرة، حيث تكون التيارات والفولتية أعلى، وحيث لا يؤخذ الخطر على البشر في الاعتبار، ولكن يتم الاهتمام بالسلامة - منطقة الاستخدام الصناعي للتيار. وأبعد شيء عن الإنسان، حتى في الصناعة، هو نقل الطاقة وتوليدها. لا يوجد شيء يمكن أن يفعله مجرد بشر هنا - فهذه منطقة من المحترفين والمتخصصين الذين يعرفون كيفية إدارة هذه القوة. ولكن حتى مع الاستخدام اليومي للكهرباء، وبالطبع عند العمل مع كهربائيين، فإن فهم الطبيعة الأساسية للتيارات لن يكون غير ضروري أبدًا.

العاصمة (التيار المباشر) –هذه هي الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة في اتجاه واحد.بعبارة أخرى
الكميات التي تميز التيار الكهربائي، مثل الجهد أو التيار، تكون ثابتة في القيمة والاتجاه.

في مصدر تيار مباشر، على سبيل المثال في بطارية AA عادية، تنتقل الإلكترونات من ناقص إلى زائد. لكن تاريخياً، يعتبر الاتجاه الفني للتيار هو الاتجاه من الموجب إلى الناقص.

بالنسبة للتيار المباشر، تنطبق جميع القوانين الأساسية للهندسة الكهربائية، مثل قانون أوم وقوانين كيرشوف.

قصة

في البداية، كان التيار المباشر يسمى التيار الجلفاني، حيث تم الحصول عليه لأول مرة باستخدام تفاعل كلفاني. ثم، في نهاية القرن التاسع عشر، حاول توماس إديسون تنظيم نقل التيار المباشر عبر خطوط الكهرباء. وفي نفس الوقت ما يسمى ب "حرب التيارات"، حيث كان هناك خيار باعتباره التيار الرئيسي بين بالتناوب والمباشر. ولسوء الحظ، فإن التيار المباشر "خسر" هذه "الحرب" لأنه، على عكس التيار المتردد، يعاني التيار المباشر من خسائر كبيرة في الطاقة عندما ينتقل عبر المسافات. من السهل تحويل التيار المتردد وبفضل ذلك يمكن نقله عبر مسافات شاسعة.

إمدادات الطاقة العاصمة

يمكن أن تكون مصادر التيار المباشر بطاريات أو مصادر أخرى يظهر فيها التيار نتيجة تفاعل كيميائي (على سبيل المثال، بطارية AA).

أيضا، يمكن أن تكون مصادر التيار المباشر مولد تيار مباشر، حيث يتم إنشاء التيار بسبب
ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ومن ثم تصحيحها باستخدام المجمع.

يمكن الحصول على التيار المباشر عن طريق تصحيح التيار المتردد. هناك مقومات ومحولات مختلفة لهذا الغرض.

طلب

يستخدم التيار المباشر على نطاق واسع في الدوائر والأجهزة الكهربائية. على سبيل المثال، في المنزل، تعمل معظم الأجهزة، مثل المودم أو شاحن الهاتف الخليوي، على تيار مستمر. يقوم مولد السيارة بإنتاج وتحويل التيار المباشر لشحن البطارية. يتم تشغيل أي جهاز محمول بواسطة مصدر تيار مستمر.

في الصناعة، يتم استخدام التيار المباشر في الآلات ذات التيار المباشر مثل المحركات أو المولدات. في بعض البلدان، توجد خطوط كهرباء ذات جهد عالٍ تعمل بالتيار المستمر.

كما وجد التيار المباشر تطبيقه في الطب، على سبيل المثال في الرحلان الكهربائي، وهو إجراء علاجي باستخدام التيار الكهربائي.

في النقل بالسكك الحديدية، بالإضافة إلى التيار المتردد، يتم استخدام التيار المباشر أيضًا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن محركات الجر، التي لها خصائص ميكانيكية أكثر صلابة من المحركات غير المتزامنة، هي محركات تعمل بالتيار المستمر.

التأثير على جسم الإنسان

التيار المباشر، على عكس التيار المتردد، هو أكثر أمانا للبشر. على سبيل المثال، التيار القاتل للإنسان هو 300 مللي أمبير إذا كان تيارًا مباشرًا، وإذا كان تيارًا مترددًا بتردد 50 هرتز، فهو 50-100 مللي أمبير.

و . قبل دراسة هذه المصطلحات بالتفصيل، يجب أن نتذكر أن مفهوم التيار الكهربائي يتمثل في الحركة المنتظمة للجسيمات ذات الشحنات الكهربائية. إذا كانت الإلكترونات تتحرك باستمرار في اتجاه واحد، فإن التيار يسمى ثابتًا. لكن عندما تتحرك الإلكترونات في اتجاه واحد في لحظة ما، وفي لحظة أخرى تتحرك في اتجاه آخر، فهذه هي الحركة المنتظمة للجسيمات المشحونة التي تتحرك دون توقف. ويسمى هذا التيار بالتناوب. والفرق الكبير بينهما هو أن القيم الثابتة "+" و"-" تكون دائمًا في مكان واحد محدد.

ما هو الجهد المستمر

مثال على الجهد المستمر هو البطارية العادية. يوجد على جسم أي بطارية رموز "+" و"-". يشير هذا إلى أنه في ظل التيار المستمر، يكون لهذه القيم موقع ثابت. أما بالنسبة للمتغير، على العكس من ذلك، تتغير القيم "+" و"-" على فترات زمنية قصيرة معينة. ولذلك تستخدم تسمية التيار المباشر على شكل خط مستقيم واحد، وتستخدم تسمية التيار المتردد على شكل خط متموج واحد.

الفرق بين التيار المباشر والتيار المتناوب

لا تسمح معظم الأجهزة التي تستخدم التيار المباشر بخلط جهات الاتصال عند توصيل مصدر الطاقة، لأنه في هذه الحالة قد يفشل الجهاز ببساطة. مع المتغير هذا لن يحدث. إذا قمت بإدخال القابس في أي من الجانبين، فسيظل الجهاز يعمل. بالإضافة إلى ذلك، هناك شيء مثل تردد التيار المتردد. يُظهر عدد المرات التي يتم فيها تبديل "ناقص" و"زائد" خلال الثانية. على سبيل المثال، تردد 50 هرتز يعني أن قطبية الجهد تتغير 50 ​​مرة في الثانية.

توضح الرسوم البيانية المقدمة التغير في الجهد عند نقاط زمنية مختلفة. يوضح الرسم البياني الموجود على اليسار، على سبيل المثال، الجهد الكهربي عند نقاط اتصال مصباح يدوي. في الفترة الزمنية من "0" إلى النقطة "أ" لا يوجد جهد على الإطلاق، حيث يتم إيقاف تشغيل المصباح. عند النقطة الزمنية، يظهر الجهد "a" U1، والذي لا يتغير في الفاصل الزمني "a" - "b" عند تشغيل المصباح. عندما يتم إطفاء المصباح في الوقت "b" يصبح الجهد مرة أخرى صفراً.

على الرسم البياني للجهد المتناوب، يمكنك أن ترى بوضوح أن الجهد عند نقاط مختلفة إما يرتفع إلى الحد الأقصى، ثم يصبح مساوياً للصفر، أو ينخفض ​​​​إلى الحد الأدنى. وتحدث هذه الحركة بالتساوي، على فترات منتظمة، وتتكرر حتى إطفاء الأنوار.

حركة الإلكترونات في الموصل

لفهم ماهية التيار ومن أين يأتي، يجب أن يكون لديك القليل من المعرفة حول بنية الذرات وقوانين سلوكها. تتكون الذرات من نيوترونات (شحنة محايدة)، بروتونات (شحنة موجبة)، وإلكترونات (شحنة سالبة).

ينشأ التيار الكهربائي نتيجة للحركة الموجهة للبروتونات والإلكترونات وكذلك الأيونات. كيف يمكننا توجيه حركة هذه الجزيئات؟ خلال أي عملية كيميائية، يتم "تمزيق" الإلكترونات ونقلها من ذرة إلى أخرى.

تلك الذرات التي تم "إزالة" الإلكترون منها تصبح مشحونة بشكل إيجابي (الأنيونات)، وتلك التي ارتبط بها تصبح سالبة الشحنة وتسمى الكاتيونات. ونتيجة لهذه "العبور" للإلكترونات، ينشأ تيار كهربائي.

وبطبيعة الحال، لا يمكن لهذه العملية أن تستمر إلى الأبد؛ فالتيار الكهربائي سوف يختفي عندما تستقر جميع ذرات النظام وتكون لها شحنة محايدة (المثال اليومي الممتاز هو البطارية العادية التي "تنفد" نتيجة انتهاء التفاعل الكيميائي ).

تاريخ الدراسة

كان الإغريق القدماء أول من لاحظ ظاهرة مثيرة للاهتمام: إذا قمت بفرك حجر الكهرمان على قماش صوفي، فإنه يبدأ في جذب الأشياء الصغيرة. تم اتخاذ الخطوات التالية من قبل علماء ومخترعي عصر النهضة، الذين قاموا ببناء العديد من الأجهزة المثيرة للاهتمام التي أظهرت هذه الظاهرة.

كانت مرحلة جديدة في دراسة الكهرباء هي عمل الأمريكي بنيامين فرانكلين، ولا سيما تجاربه مع جرة ليدن - أول مكثف كهربائي في العالم.

كان فرانكلين هو من أدخل مفاهيم الشحنات الموجبة والسالبة، كما اخترع مانعة الصواعق. وأخيراً أصبحت دراسة التيار الكهربائي علماً دقيقاً بعد وصف قانون كولوم.

الأنماط والقوى الأساسية في التيار الكهربائي

قانون أوم - تصف صيغته العلاقة بين القوة والجهد والمقاومة. اكتشفه العالم الألماني جورج سيمون أوم في القرن التاسع عشر. سميت وحدة المقاومة الكهربائية باسمه. كانت اكتشافاته مفيدة جدًا للاستخدام العملي بشكل مباشر.

ينص قانون جول لينز على أن الشغل يتم في أي جزء من الدائرة الكهربائية. نتيجة لهذا العمل، يتم تسخين الموصل. غالبًا ما يستخدم هذا التأثير الحراري عمليًا في الهندسة والتكنولوجيا (مثال ممتاز هو المصباح المتوهج).

تؤدي حركة الرسوم إلى إنجاز العمل

حصل هذا النمط على اسمه لأن عالمين، في وقت واحد تقريبًا وبشكل مستقل، استنتجاه من خلال التجارب.
.

في بداية القرن التاسع عشر، أدرك العالم البريطاني فاراداي أنه من خلال تغيير عدد خطوط الحث التي تخترق سطحًا محاطًا بحلقة مغلقة، يمكن إنشاء تيار مستحث. تسمى القوى الخارجية المؤثرة على الجسيمات الحرة القوة الدافعة الكهربائية (EMF الحثية).

الأصناف والخصائص ووحدات القياس

يمكن أن يكون التيار الكهربائي إما المتغيرات، أو دائم.

التيار الكهربائي الثابت هو تيار لا يتغير اتجاهه وتوقيعه مع مرور الوقت، ولكنه يمكن أن يتغير حجمه. غالبًا ما يستخدم التيار الكهربائي المستمر الخلايا الجلفانية كمصدر.

المتغير هو الذي يغير الاتجاه والإشارة وفقا لقانون جيب التمام. وخاصيته هي التردد. وحدات SI هي هيرتز (هرتز).

وفي العقود الأخيرة أصبحت منتشرة على نطاق واسع. هذا هو نوع من التيار المتردد الذي يتضمن 3 دوائر. توجد في هذه الدوائر مجالات كهربية متناوبة بنفس التردد، ولكن خارج الطور مع بعضها البعض بمقدار ثلث الدورة. تسمى كل دائرة كهربائية فردية بالطور.

تنتج جميع المولدات الحديثة تقريبًا تيارًا كهربائيًا ثلاثي الطور.

• قوة وكمية التيار

تعتمد قوة التيار على كمية الشحنة المتدفقة في الدائرة الكهربائية لكل وحدة زمنية. القوة الحالية هي نسبة الشحنة الكهربائية التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل إلى وقت مرورها.

في نظام SI، وحدة قياس قوة الشحنة هي الكولوم (C)، ووحدة الزمن هي الثانية (الثانية). ونتيجة لذلك، نحصل على C/s، وتسمى هذه الوحدة أمبير (A). يتم قياس قوة التيار الكهربائي باستخدام جهاز - مقياس التيار الكهربائي.

• الجهد االكهربى

الجهد هو نسبة الشغل إلى الشحن. يتم قياس الشغل بالجول (J)، والشحنة بالكولوم. تسمى هذه الوحدة فولت (V).

• المقاومة الكهربائية

تعطي قراءات الأميتر على الموصلات المختلفة قيمًا مختلفة. ومن أجل قياس قوة الدائرة الكهربائية سيكون من الضروري استخدام 3 أجهزة. يتم تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أن كل موصل لديه موصلية مختلفة. وحدة القياس تسمى أوم ويشار إليها بالحرف اللاتيني R. وتعتمد المقاومة أيضًا على طول الموصل.

• القدرة الكهربائية

يمكن لموصلين معزولين عن بعضهما البعض أن تتراكم الشحنات الكهربائية. تتميز هذه الظاهرة بالجسدية كمية تسمى السعة الكهربائية. وحدة قياسها هي الفاراد (F).

• قوة وعمل التيار الكهربائي

إن عمل التيار الكهربائي على قسم معين من الدائرة يساوي مضاعفة جهد التيار بالقوة والزمن. يتم قياس الجهد بالفولت، والطاقة بالأمبير، والوقت بالثواني. وحدة قياس الشغل هي الجول (J).

طاقة التيار الكهربائي هي نسبة الشغل إلى وقت إنجازه. ويرمز للطاقة بالحرف P وتقاس بالواط (W). صيغة الطاقة بسيطة جدًا: التيار مضروبًا في الجهد.

هناك أيضًا وحدة تسمى واط ساعة. لا ينبغي الخلط بينه وبين الواط، فهذه كميتين فيزيائيتين مختلفتين. يقيس الواط الطاقة (معدل استهلاك أو نقل الطاقة)، ​​ويعبر الواط ساعة عن الطاقة المنتجة في وقت محدد. غالبًا ما يستخدم هذا القياس للأجهزة الكهربائية المنزلية.

على سبيل المثال، مصباح بقدرة 100 واط عمل لمدة ساعة واحدة، ثم استهلك 100 واط ساعة، ومصباح بقوة 40 واط سوف يستهلك نفس كمية الكهرباء في 2.5 ساعة.

يستخدم مقياس الواط لقياس قوة الدائرة الكهربائية.

أي نوع من التيار أكثر كفاءة وما الفرق بينهما؟

من السهل استخدام التيار المباشر في حالة التوصيل المتوازي للمولدات، أما التيار المتردد فيتطلب تزامن المولد ونظام الطاقة.

في التاريخ، حدث حدث يسمى "حرب التيارات". وقعت هذه "الحرب" بين اثنين من المخترعين اللامعين - توماس إديسون ونيكولا تيسلا. الأول يدعم ويعزز بنشاط التيار الكهربائي المستمر، والثاني بالتناوب. انتهت "الحرب" بانتصار تسلا عام 2007، عندما تحولت نيويورك أخيرًا إلى السرعة المتغيرة.

تبين أن الاختلاف في كفاءة نقل الطاقة عبر مسافة كبيرة لصالح التيار المتردد. لا يمكن استخدام التيار الكهربائي المستمر إذا كانت المحطة بعيدة عن المستهلك.

لكن الدائم لا يزال يجد مجالًا للتطبيق: فهو يستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية والجلفنة وبعض أنواع اللحام. كما أصبح التيار الكهربائي الثابت واسع الانتشار في مجال النقل الحضري (حافلات الترولي والترام والمترو).

وبطبيعة الحال لا توجد تيارات سيئة أو جيدة، فكل نوع له مميزاته وعيوبه، والأهم هو استخدامها بشكل صحيح.

عند الحديث عن التيار المباشر (انظر قسم "حول التيار")، اكتشفنا أنه يتدفق في اتجاه واحد - من زائد المصدر إلى ناقص (تم قبول هذا، على الرغم من أنه في الواقع هو العكس). ومع ذلك، في معظم الحالات عليك التعامل مع التيار المتردد. مع التيار المتردد، لا تتحرك الإلكترونات في اتجاه واحد، بل بالتناوب في اتجاه أو آخر، مما يغير اتجاهها. لذلك، عند تشغيل مصباح الإضاءة، تتحرك الإلكترونات الموجودة في فتيله الساخن (وفي الأسلاك أيضًا) في اتجاه أو آخر. تظهر هذه الحركة بشكل تقليدي في الشكل 1 والشكل 2. حاول الركض في اتجاه أو آخر. ليس من الصعب تخمين أنه مع مثل هذه الحركة، قبل تغيير اتجاه الحركة، يجب عليك أولا إبطاءها، ثم تجميد مكانها، ثم الاندفاع في الاتجاه الآخر. ما هي العلاقة مع التيار؟ قبل تغيير حركتها، يجب أن تتباطأ الإلكترونات (نعتبر كل هذا في حركة بطيئة). وهذا يعني أن التيار سوف ينخفض، ويجب أن يقلل المصباح من سطوعه. وعندما يتوقفون قبل تغير الحركة يجب أن تنطفئ تماما. لكننا لا نرى هذا. لماذا؟ لأن الفتيل الساخن خامل حرارياً ولا يمكن أن يبرد في جزء من الثانية. ولهذا السبب لا نرى وامض. ومع ذلك، فقد سمع كل واحد منا طنين محول العمل، والذي يرتبط بالاتجاه المتناوب للحركة الحالية.

الآن الأمر يستحق التفكير فيه. هل يعني هذا أنه في جزء من الثانية تنتقل الإلكترونات من محطة توليد الكهرباء إلى المنزل، ثم تعود في الجزء التالي من الثانية؟ في وقت سابق، في قسم "حول التيار"، اكتشفنا أن المجال الكهربائي في الموصلات ينتشر بسرعة 300000 كم/ثانية، وأن الإلكترونات نفسها تتحرك في الموصلات بسرعة 0.1 مم/ثانية تقريبًا. ولكن في 1/100 من الثانية (وهي المدة التي تستغرقها نصف الدورة، والتي تتحرك خلالها الإلكترونات في اتجاه واحد)، يكون لدى الإلكترونات وقت للتحرك في اتجاه واحد فقط قبل أن يبدأ المجال الكهربائي في التصرف في الاتجاه المعاكس. ولهذا السبب تنحرف الإلكترونات أولاً في اتجاه أو آخر ولا تترك، إذا جاز التعبير، حدود منازلنا. أي أن لديك إلكترونات "منزلية" خاصة بك في منزلك (شقتك). إذا تمكنا من إبطاء الوقت وتوصيل الفولتميتر بالتوازي مع الحمل، أي. مصباح (الشكل 3) أو مقياس التيار الكهربائي متسلسل عبر الحمل (الشكل 4)، فسنرى كيف يغير سهم الجهاز قراءته بسلاسة من الصفر إلى القيمة القصوى عند قياس الجهد (الشكل 3) أو التيار (الشكل 4). وهذا ما يوضحه الشكل المجاور له. في الواقع، بالطبع، لن نرى هذا. والسبب هو القصور الذاتي للإبرة التي لا يمكنها إنتاج مائة في الثانية. بالمناسبة، بالنسبة للشكل 3 والشكل 4، يوجد شكل توضيحي. 5، حيث يمكنك بالتأكيد أن ترى دون بذل الكثير من الجهد كيفية توصيل الفولتميتر ومقياس التيار عند قياس الجهد والتيار في الدائرة الكهربائية. أين يوجد الفولتميتر وأين مقياس التيار الكهربائي، أعتقد أنه يمكنك تخمينه بسهولة. في المخططات تم تحديدها بـ V و A، على التوالي.

لذا، أول شيء عليك معرفته هو أن التغيرات في التيار والجهد في الدائرة الكهربائية تحدث وفقًا لما يسمى بالقانون الجيبي. ثانياً: يتميز أي تذبذب جيبي (تيار أو جهد) بالكميات الهامة التالية:

الفترة ت- الزمن المستغرق لإكمال ذبذبة واحدة كاملة . نصف هذا الوقت يسمى نصف دورة. من الواضح أنه في أحد نصفي الدورة يتدفق التيار (أو، كما ذكرنا، تتحرك الإلكترونات) في اتجاه واحد، وهو ما يمكن أن نعتبره تقليديًا موجبًا، وفي نصف الدورة الآخر يتدفق في اتجاه مختلف، وهو ما يمكننا اعتباره إيجابيًا. يمكن أن تأخذ على أنها سلبية. على الرسوم البيانية، سيتم تمثيل نصف دورة موجبة بواسطة نصف الموجة العلوي فوق المحور السيني، ونصف دورة سلبي بواسطة النصف السفلي. عند الحديث عن شبكتنا، يمكننا الإشارة إلى أن فترة التيار المتردد T = 1/50 ثانية - 0.02 ثانية.

التردد وهو عدد الاهتزازات في الثانية. الآن دعونا نفعل الرياضيات. إذا حدث تذبذب واحد خلال الفترة T، والتي تساوي 0.02 ثانية، ففي الثانية الواحدة سيكون لدينا 50 ذبذبة (1/0.02 = 50). ويمثل أحد التذبذبات حركة الإلكترونات، أولاً في اتجاه واحد، ثم في الاتجاه الآخر (نصفي دورتين). أولئك. في ثانية واحدة ستتحرك الإلكترونات بالتناوب في اتجاه واحد أو آخر 50 مرة. هذا هو التردد الحالي في الشبكة، وهو 50 هرتز (هيرتز).

السعة- أكبر قيمة للتيار (Imax) أو الجهد (Umax = 310V) خلال الفترة T. ومن الواضح أنه في فترة واحدة يصل التيار والجهد الجيبي إلى ضعف قيمتهما القصوى.

قيمة لحظية - نحن نعلم بالفعل أن التيار المتردد يغير اتجاهه وحجمه بشكل مستمر. يسمى حجم الجهد في لحظة معينة قيمة لحظيةالجهد االكهربى.الأمر نفسه ينطبق على القيمة الحالية.

وللتوضيح، يوضح الشكل 6 عدة قيم لحظية (200 فولت، 300 فولت، 310 فولت، - 150 فولت، - 310 فولت، - 100 فولت) للجهد في الدائرة الكهربائية خلال فترة واحدة. يمكن ملاحظة أنه في اللحظة الأولى يكون الجهد صفرًا، وبعد ذلك يرتفع تدريجيًا إلى 100 فولت، 200 فولت، وما إلى ذلك. بعد الوصول إلى القيمة القصوى البالغة 310 فولت، يبدأ الجهد في الانخفاض تدريجيًا إلى الصفر، وبعد ذلك يغير اتجاهه ويزيد مرة أخرى، ليصل إلى قيمة ناقص 310 فولت (- 310 فولت)، وما إلى ذلك. إذا كان لدى شخص ما صعوبة في تخيل معنى تغيير الاتجاه، فيمكنه أن يتخيل أن الموجب والسالب في المقبس قد تم تبديلهما - أي. إذا اعتبرنا الصفر (الأرضي) تقليديًا ناقصًا، والطور زائدًا. وهذا يحدث 50 مرة في الثانية. حسنًا ، شيء من هذا القبيل ...

قيمة فعالة

لذلك، دعونا نسأل أنفسنا السؤال - ما هو الجهد الثابت الذي يساوي في تأثيره جهدنا المتردد في الشبكة، كما هو موضح في الشكل 6؟ تظهر النظرية والتطبيق أنه يساوي جهدًا ثابتًا قدره 220 فولت - الشكل 7. إن أخذ هذا الأمر على محمل الجد ليس بالأمر الصعب، لأنه من السهل أن نرى أن الجهد المحسوب خلال فترة واحدة له قيمة 310 فولت فقط في لحظتين، وبقية الوقت يكون أقل. وبما أن جهدنا الجيبي يتغير باستمرار، فمن المستحسن تقديم مفهوم مثل -الجهد الفعال . ففي نهاية المطاف، يمكننا "تقدير" قوته من خلال أي قيمة محددة للجهد (أو التيار)، وليس من خلال قيمته المتغيرة. لذا،بالقيمة الفعالة للتيار المتردد (أو الجهد)، نعني تيارًا مباشرًا يقوم، في نفس الوقت، بنفس العمل (أو يطلق نفس كمية الحرارة) مثل تيار متردد معين.

لذلك، فإن مصباحنا الكهربائي العادي (أو، على سبيل المثال، جهاز التدفئة) سيعمل بشكل متساوٍ عند جهد متناوب يتراوح من صفر إلى 310 فولت، وبجهد ثابت يبلغ 220 فولت. سوف يلمع المصباح الكهربائي بقوة 12 فولت بالتساوي من مصدر جهد متناوب 12 فولت (يتغير من صفر إلى 16.8 فولت) ومن أي بطارية أو مركم (وهي، كما تعلم، مصادر جهد ثابت).

لذلك تذكر!!!

يسمى التيار الكهربائي (الجهد)، الذي يغير اتجاهه وحجمه بشكل دوري، بالتيار المتردد. يتميز أي تيار متردد بشكل أساسي بتردده وسعةه وقيمته الفعالة؛

تظهر الأدوات المصممة لقياس التيار المتردد قيمته الفعالة؛

يتم قياس الجهد باستخدام الفولتميتر (أو أداة مدمجة - أفوميتر) ، والتيار - باستخدام مقياس التيار الكهربائي (أو أداة مدمجة - أفوميتر). يمكن أيضًا قياس التيار باستخدام ما يسمى بالمشابك الحالية. إنها تعمل على قياس التيار بدون تلامس - يشكل الجزء العامل من الجهاز حلقة حول السلك الذي يتم قياسه، واستنادًا إلى حجم المجال الكهرومغناطيسي الذي يعمل على الجزء العامل من الجهاز، يتم عرض المعلومات على شاشته الصغيرة حول كمية التدفق الحالي. الأفومتر عبارة عن جهاز مدمج (يُطلق عليه أيضًا اسم "اختبار" في عامة الناس) ، والذي يُطلق عليه بالكامل مقياس أمبير فولت أوم في ورقة البيانات الفنية الخاصة به ويستخدم لقياس التيار والجهد والمقاومة. ويمكن للنماذج الرقمية قياس تردد الجهد (التيار)، وسعة المكثفات وأشياء أخرى - هكذا ينوي المطور؛

من خلال معرفة القيمة (الفعالة) للجهد المتردد، يمكنك دائمًا معرفة قيمته القصوى (لا تنس - فهو يتغير وفقًا لقانون الجيبية). والاتصال هنا هو مثل هذا -يوماكس = 1.4U، حيث U هي القيمة الفعالة، وUmax هي القيمة القصوى (السعة).