التيار الكهربائي

تيار كهربايي

Electric current - Courant électrique

التيار الكهربائي

التيار الكهربائي electric current هو انتقال الشحنات الكهربائية [ر] في ناقل (مُوصلٍ) ما[ر].

التيار الوقتي

الشكل (1)

عندما تُشحن المكثفة[ر] يصير لَبُوساها في كمونين (جهدين) مختلفين. فاللبوس ذو الكمون الأعلى يحوي فائضاً من الشحنات الكهربائية الموجبة، ويحوي الآخر فائضاً من الشحنات السالبة. فإذا وصل هذان اللبوسان بسلك ناقل، كَوَّنا معه ناقلاً وحيداً ليس لنقاطه جميعاً كمون واحد؛ فلا يمكن أن يكون في حالة توازن كهربائي، فتجري شحنات كهربائية في السلك حتى يصير الكمون واحداً في كل نقاط الناقل.

 ويتحقق ذلك إما بانتقال شحنات موجبة من اللبوس الموجب إلى اللبوس السالب، وإما بانتقال شحنات سالبة في الاتجاه المعاكس، وإما بانتقالين متزامنين لشحنات موجبة في اتجاه أول وشحنات سالبة في الاتجاه الآخر، ويطلق على انتقال الشحنات الكهربائية هذه اسم «التيار الوقتي». ويحدث مثل هذا في حاثة التكهرب[ر]. ويمكن دوماً التفكير، وفقا للتقليد المتَّبَع، كما لو أنه لا يَحْدث سوى انتقال الشحنات الموجبة. ويعني هذا تشبيه الكهرباء الموجبة بمائع يجري في السلك، من الناقل ذي الكمون الأعلى إلى الناقل ذي الكمون الأدنى، مثلما يجري الماء في أنبوب يصل بين خزَّانين من الخزان الأعلى إلى الخزان الأسفل (الشكل-1). يقال عندئذ إن السلك مجتاز بتيار كهربائي جهته، اصطلاحاً، هي جهة جريان الكهرباء الموجبة. والواقع أنه في حالة الناقل المعدني ينجم التيار الكهربائي عن انتقال الإلكترونات الحاملة لشحنات سالبة؛ فاتجاه انتقالها يعاكس إذن الجهة الاصطلاحية للتيار.

التيار المتواصل (المستمر)

التيار المتواصل وقتي، فهو يتوقف عندما يصير الكمون واحداً في جميع نقاط الناقل. ولكن هناك أجهزة تسمى مُولِّدات تتيح الإبقاء الدائم على اختلال التوازن الكهربائي في دارة ناقلة. ويُحدِث تيار هذه المولداتِ الآثارَ نفسها التي يحدثها التيار الوقتي المذكور، إلا أن لهذه الآثار شدة ثابتة، ويقال عن هذا التيار إنه «مُتواصل».

وللمولد مربطان دائماً، أو قطبان، وهو يُبقي على فرق الكمون، أو التوتر، بينهما ثابتاً. والمربط ذو الكمون الأعلى هو القطب الموجب، والآخر هو القطب السالب.

وتخرج الشحنات الكهربائية باستمرار من أحد قطبي المولد فتجتاز الدارة وتعود إلى القطب الآخر، ثم تُنقل عبر المولد لتعود إلى قطب الانطلاق. ويوافق (الشكل-2) تياراً ناجماً عن انتقال شحنات موجبة في الاتجاه الاصطلاحي للتيار؛ ويقابل (الشكل-3) انتقال الإلكترونات السالبة في نواقل معدنية.

وهذه المولدات الكهربائية يمكن أن تكون على سبيل المثال:

- الأبيال، الأعمدة والمُدَّخِرات[ر] الكيميائية التي تُبقي على فرق صغير في الكمون بين قطبيها، ولكنها تتيح الحصول على تدفق كبير للشحنات.

الشكل (3)

- الآلات الكهربائية الراكدة التي يكون فرق الكمون بين قطبيها عالياً جداً، بيد أنها لا تسمح للشحنات سوى بتدفق صغير جداً.

- الديناموهات (مولدات التيار المتواصل) القائمة على ظواهر التحريض (الحث)، ويتوقف فرق الكمون بين قطبيها، وكذلك تدفق الشحنات، على بنيتها.

1ـ آثار التيار الكهربائي

يمكن في دارة يجتازها تيار بيان ثلاثة أنواع من الآثار:

أ- الآثار الحرارية: فالناقل المتجانس المجتاز بتيار يشحن بمفعول جول.

ب- الآثار الكهرمغنطيسية: فالتيار الكهربائي يُولِّد في الفضاء المحيط به حقلاً (مجالاً) مغنطيسياً.

ج- آثار الاتصال: كالتحلل بالكهرباء[ر] عند تماس مسرى (إلكترود) مع حوض الإلكتروليت (المتحلل بالكهرباء)، وكأثر (مفعول) بلتييه الحراري effect peltier عند اتصال ناقلين معدنيين مختلفين.

ولا يتوقف النوع الأول من الآثار على جهة التيار؛ أما النوعان الآخران فينعكسان بانعكاس جهة التيار. هذا وإن دراسة التيار الكهربائي هي دراسة الشحنات المتحركة، في حين أن دراسة الكهرباء الراكدة هي دراسة الشحنات المتوازنة.

وتُسوِّغ تجاربُ أخرى تمثيلَ التيار الكهربائي بانتقالٍ للشحنات الكهربائية. فمثلاً يكون سلوك حزمة دقيقة من الإلكترونات تتحرك في أنبوب مفرغ من الهواء، أو سلوكُ ناقل مشحون يتحرك، مطابقاً لسلوك تيار كهربائي حقيقي من حيث توليد الحقل المغنطيسي.

2ـ شدة التيار الكهربائي

تتوقف قوة آثار التيار الكهربائي على تدفق الشحنات، وتسمى كمية الكهرباء التي تَعْبر في وحدة الزمن أحد مقاطع الدارة شدة التيار.

ففي حالة تيار متواصل ينقل خلال الزمن ز كمية الكهرباء كـ عبر المقطع ع تكون الشدة عند هذا المقطع مساوية .

وفي حالة تيار متغير، يجتاز المقطع ع من الدارة بين اللحظتين المتقاربتين جداً (ز) و(ز + تفاز) كمية الكهرباء تفا كـ. تسمى النسبة 

 شدة التيار في اللحظة ز. فإذا كان التيار متغيراً ببطء أمكن أيضاً القول إن للشدة، في لحظة معينة، قيمة واحدة على طول الدارة. فالتيار المتغير ببطء يبدو، تقريباً، كأنه سلسلة أنظمة (نُظُم) مستقرة. إلا أن هذا لا يبقى صحيحاً في حالة تيار سريع التغير، كالتيار المتناوب العالي التردد مثلاً: فليس للشدة قيمة واحدة في نقاط الدارة كلها. وهذا ما يحدثُ بوجه خاص في الهوائيات antennas.

ولتعريف وحدة الشدة اختيرت ظاهرة التفاعل الميكانيكي بين سلكين، وهي نتيجة للأثر الكهرمغنطيسي؛ ذلك لأنها تسمح بربط الشدة ربطاً بسيطاً بمقادير ميكانيكية بَحْتة. والأمبير هو الوحدة الدولية لشدة التيار، ورمزه الدولي A.

تقاس شدات التيار بمقاييس الأمبير، وهي أجهزة تقوم على خواص التيار الكهرمغنطيسية، وتسمح مقاييس الميلي أمبير بقياس تيارات شدتها من رتبة بضعة ميلي أمبيرات. أما المقاييس الغلفانية فهي أشد حساسية، وهي مخصصة لقياس تيارات ضعيفة جداً، من رتبة جزء من مليون من الأمبير، أو لاستيقان أنه لا يمر في الدارة أي تيار.

وتتيح العلاقة  تعريف وحدة الشحنة الكهربائية أو كمية الكهرباء. والوحدة الدولية هي الكولون (ورمزه C) وهو كمية الكهرباء التي ينقلها في ثانية واحدة تيار شدته ثابتة وتساوي أمبيراً واحداً.

والكولون وحدة صغيرة جداً في نطاق علم الكهرباء المتحركة. ولهذا يستعمل غالباً مضاعَف يسمى «أمبير ساعة» (ورمزه Ah)؛ وهو كمية الكهرباء التي ينقلها تيار ثابت شدته أمبير واحد خلال ساعة واحدة. فهو إذن يساوي 3600 كولون.

3ـ الطاقة التي يصرفها التيار الكهربائي

تعاني الشحنات الكهربائية التي تنتقل على طول دارة تغيرات في الكمون. ومعنى هذا أن القوى المطبقة على هذه الشحنات تنجز عملاً. وعندما تمر الشحنة كـ من نقطةٍ حيث الكمون ف₁ إلى نقطة الكمون فيها ف₂ فإن هذا العمل يساوي عم= (ف₁-ف₂)كـ. وفي حالة تيار كهربائي شدته ش يجتاز خلال الزمن ز جزءاً من دارة فرق الكمون بين طرفيه هو ف، تُعطى الطاقة الكهربائية التي يتخلى عنها التيار لذلك الجزء بالعلاقة:

 طا = ف ش ز.

وتعطى الاستطاعة (القدرة) الكهربائية بالصيغة:

 وللحصول في هاتين العلاقتين على طا بالجول (ورمزه J) وعلى عه بالواط (ورمزه W) يجب التعبير عن ف بالفُولط (ورمزه V) وعن ش بالأمبير وعن ز بالثانية. ومن جهة أخرى يعرَّف الفلط بالعلاقة الثانية: فهو فرق الكمون بين طرفي سلك ناقل يجتازه تيار ثابت مقداره أمبير واحد عندما تكون الاستطاعة المصروفة تساوي واطاً واحداً. وغالباً ما تستعمل في التطبيقات التقنية مضاعفات الواط: الكيلو واط (ألف واط) والميغاواط (مليون واط) ويُستعمل للطاقة (بدلاً من الجول) الكيلو واط ساعة (kwh) وهو الطاقة التي تعطيها استطاعة ثابتة قدرها كيلو واط واحد خلال ساعة واحدة، فهو إذن يساوي 3600000 جول.

4ـ مقاومة الناقل

يسمى الناقل الذي تتحول الطاقة الكهربائية فيه كلياً إلى حرارة ناقلاً خاملاً (غير فعال passif) أو مقاومة محضة. فإذا طُبق بين طرفيها فرق في الكمون ف اجتازها تيار شدته ش وتبقى قيمة النسبة  ثابتة. إن هذه النسبة هي بالتعريف مقاومة الناقل م، أي:  ويُكتب عادة: ف = م ش، لِيبيْن بذلك الهبوط الأوميّ م ش للتوتر. وتعبر هذه العلاقة عما يسمى قانون أوم لمقاومة صرفة.

وعندما يُقدر ف بالفط وش بالأمبير يكون م بالأوم (ورمزه الدولي W). أما مُناقَلة (مواصلة) الناقل فهي مقلوب مقاومته:

  ويعبر عنها بالسمنْس (ورمزه S).

5 ـ أثر جول effect Joule

إن أي ناقل مجتاز بتيار كهربائي يسخن، سواء كان النقل إلكترونياً أو إيونياً. ويسمى انطلاق الحرارة هذا أثر جول.

وفي المقاومة الصرفة تتحول الطاقة الكهربائية كلها إلى حرارة. ويمكن كتابة قانون أوم ف = م ش بالشكل ف ش ز = م ش² ز وعلى هذا تكون الطاقة والاستطاعة الحراريتان في المقاومة متناسبتين مع مربع شدة التيار. وغالباً ما يكون التوتر المستعمل ف ثابتاً مهما تكن الشدة المسحوبة. فتغدو الاستطاعة المصروفة في مقاومة م موصولة إلى هذا التوتر مساوية  أي تكبر كلما صغرت المقاومة م. تبين هذه العلاقة محذور الدارة القصيرة، لأنه إذا كانت المقاومة صغيرة جداً كانت الاستطاعة الحرارية ضخمة، وهذا ما يمكن أن يسبب أضراراً وحرائق أحياناً.

يمثِّل أثرُ جول تبديداً للطاقة وهو ضار بوجه عام. ذلك أن الضياع في خطوط شبكات توزيع الطاقة يكوِّن نسبة كبيرة من الإنتاج. أما في المحرّك أو الدينامو فلا تضيع الطاقة بلا فائدة وحسب، وإنما يجب إعداد وسيلة تبريد للحيلولة دون ارتفاع درجة الحرارة ارتفاعاً كبيراً. وفي الحقيقة كل ناقل مجتاز بتيار يسخن، ويبلغ في النهاية درجة حرارة التوازن التي يزداد ارتفاعها كلما اشتد التيار وساءت ظروف التبريد.

وتعرِّض درجة الحرارة المفرطة الارتفاع، الناقل أو الأجسام المحيطة به لخطر التلف. لذا فإنه في حالة كل ناقل وكل جهاز هناك شدة عظمى مسموح بها. ففي سلك نحاسي قطره من رتبة المليمتر يمكن قبول كثافة تيار قدرها 8 أمبير/مم² إذا كان السلك عارياً، وتهبط إلى 4 أمبير/مم² فقط إذا كان معزولاً ضمن غلاف moulure. ولحماية التمديدات الكهربائية من الشدة المفرطة، الناجمة مثلاً عن دارة قصيرة، يوضع في الدارة على التسلسل فاصمة منصهرة، وهي سلك من الرصاص أو الألمنيوم يبلغ درجة حرارة الانصهار عندما تتجاوز الشدة القيمة التي هي الحد الأعظم المسموح به. والأَوْلَى في حالة التجهيزات المهمة استعمال قاطع disjoncteur كهرمغنطيسي.

ويستفاد من انتشار الحرارة بأثر جول على سبيل المثال:

- في أجهزة التسخين (المُشِعّات، السخانات، المكاوي، الأفران الكهربائية، وغير ذلك).

- في المصابيح المتوهجة ذات الفتيل المصنوع من التنغستين.

- في مقاييس الأمبير الحرارية، التي تتيح تعيين شدة التيار الذي يجتاز ناقلاً ما.

6- الآخذات recepteurs

الآخذة جهاز يمتص الطاقة في وجه يخالف أثر جول. فجهاز التحليل الكهربائي مثلاً يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، ويحول المحركُ الكهرباء إلى عمل أو طاقة ميكانيكية.

وتتكون الآخذة من سلسلة نواقل لها مقاومة معينة م، ويُمتص جزء من الطاقة التي تتلقاها الآخذة بأثر جول. فإذا كان فرق الكمون بين مربطيها هو ف، كانت الاستطاعة الكهربائية الكلية المتلقاة عه = ف ش. وهي تساوي مجموع الاستطاعة عهَ = م ش² الممتصة بأثر جول والاستطاعة عهً الممتصة بوجهٍ آخر: عه = عهَ + عهً، أو

  أي نسبة الاستطاعة الممتصة بوجه يخالف أثر جول، إلى شدة التيار الذي يجتاز الآخذة هي ما يسمى «القوة المحركة الكهربائية العكسية قمع» للآخذة، وهي تقدَّر، مثل فروق الكمون، بالفُلط، وتكون في حالة بعض الآخذات، كأجهزة التحليل الكهربائي، ثابتة. وتتوقف في حالة آخذات أُخَر على ظروف الاستعمال: فتتوقف مثلا قمع لمحرِّك على سرعة دورانه. وهي، على الخصوص، معدومة عندما يُمنع المحرك من الدوران إذ لا يُنتج حينئذ أي استطاعة ميكانيكية.

ويمكن كتابة المعادلة السابقة كما يلي: ف = م ش + قمَ.

وهي تعبر عن قانون أوم لآخذة.

7- قانون أوم لدارة كاملة

غالباً ما يسمى قانون أوم لدارة كاملة خالية من التفريعات «قانون بوييه» Pouillet. تحوي هذه الدارة في شكلها الأعم، مولدات وآخذات ومقاومات. ليكن قم مجموع القوى المحركة الكهربائية للمولدات؛ وقمَ مجموع القوى المحركة الكهربائية العكسية للآخذات، وم مجموع مقاومات مختلف قطع الدارة بما فيها من مقاومات داخلية للمولدات والآخذات. إن الاستطاعة الكلية التي تزوِّد المولدات الدارة بها هي: عه = ش م. وتظهر هذه الاستطاعة في الدارة بشكلين:

- في الآخذات، بأشكال أخرى غير الحرارة، وقيمتها عهَ = ش قمَ.

- وفي مجموعة المقاومات، بشكل حرارة قيمتها: عهً = ش²م.

ويقتضي حفظ الطاقة أن يكون عه = عهَ + عهً. ويؤدي اختصار ش إلى: قم – قمَ= ش م

التيار المتناوب

التيار المتناوب هو، خلافاً للتيار المتواصل، تيار متغير، إذ تتغير شدته مع الزمن؛

الشكل (4)

 وهو دَوريّ بمعنى أن شدته تعاود أخذ قيمة بعينها في لحظات متعاقبة يفصلها مجال زمني ثابت يسمى الدور. وهو يعكس جهته خلال الدور الواحد، أي إنه خلال جزء من الدور، يسمى نَوْبة، يمر في جهة أولى، ثم يمر خلال الجزء الآخر، أو النوبة الأخرى، في الجهة المعاكسة (الشكل-4).

وأبرز التيارات المتناوبة هي التيارات المتناظرة أي تلك التي تأخذ بعد انقضاء نصف الدور (النوبة الأولى) القيمة نفسها التي كانت للتيار بعد قلب إشارتها. والقيمة المتوسطة معدومة في حالة التيار المتناظر؛ ومعنى هذا أن كميتي الكهرباء، المنقولتين بالتيار في كل من الاتجاهين خلال نوبتين متعاقبتين، متساويتان.

وأهم التيارات المتناظرة وأبسطها هو التيار الجيبي (الشكل-5). وتعطى شدته بدلالة الزمن بالمعادلة: ش_ل= ش_ع جب(ي ز+ط).

حيث ش_ع هي شدة التيار العظمى، ي نبض التيار (أو تواتره/تردده الزاوي)، ط طوره في مبدأ الزمن و ي ز + ط طوره في اللحظة ز.

الشكل (5)

ويرتبط النبض بالدور د وبمقلوبه، وهو التردد (التواتر) تر، بالعلاقتين

والوحدة الزمنية المستعملة عادة هي الثانية. فيعبر عن النبض بالراديان/ثانية (rad/s) وعن التردد بالهرتز (ورمزه Hz).

تولَّد التيارات الصناعية، التي تعطي استطاعات كبيرة، بالمُنَوِّبات. وهي تيارات جيبية عملياً؛ وترددها في سورية وبلاد كثيرة 50 هرتز، فيكون دورها  0.02 من الثانية ونبضها 100p راد/ثا².

وتجتاز الخطوطَ الهاتفية العادية تيارات تقع تردداتها بين 100 هرتز و2000 هرتز تقريباً. أما في الكهرباء الراديوية فتولّد، بفضل اهتزازات إلكترونية، تيارات يمكن لتردداتها أن تبلغ بسهولة ⁹10 هرتز؛ ويستعمل بعض التقنيات، كالرادار أو الحزم الهرتزية، ترددات أعلى من ذلك.

1- الخواص العامة للتيارات المتناوبة

يقال عن التيارات المتناوبة إنها «منخفضة التردد» إذا لم يكن ترددها عالياً جداً، أي أصغر من نحو مئة كيلوهرتز، وتُستنتج خواصها من خواص التيار المتواصل بتطبيق قوانين هذا التيار على القيم اللحظية للتيار المتناوب. وبوجه خاص يجد المرء مجدداً الآثار الرئيسية بأنواعها الثلاثة: الكيميائية والكهرمغنطيسية والحرارية. إلا أن هذه الآثار تُرصد عموماً خلال مدة تساوي عدداً كبيراً من الأدوار، ومن ثَم يمكن أن تكون القوانين التي تحكمها مختلفة جداً عن القوانين الخاصة بالتيار المتواصل. وحين يكون تردد التيار عالياً جداً يظهر، فضلاً عن ذلك، أثر جديد هو إشعاع الطاقة في هيئة أمواج كهرمغنطيسية.

تُقابل الآثارُ الكيميائية للتيار المتواصل، أي التحليل الكهربائي، بصورة رئيسية أكسدةً عند المصعد (الأنود) وإرجاعاً عند المهبط (الكاتود) في جهاز التحليل. وفي التيار المتناوب، يكون كل مسرى على التعاقب مصعداً ومهبطاً، فينضاف التفاعلان (الأكسدة والإرجاع) أحدهما إلى الآخر على التوالي. وعندما يبلغ تردد التيار بضع مئات الهرتزات، فإن نواتج التحليل الكهربائي تعاود الاتحاد (لدى تماسها مع المسريين) فلا يبقى أثر قابل للملاحظة، ولا يستقطب جهاز التحليل، ويكون سلوكه كسلوك مقاومة صرفة، ويمكن من ثَم قياس مقاوِمِيّه الإلكتروليت.

وعندما يوضع ناقل مجتاز بتيار متناوب في حقل مغنطيسي فإنه يخضع لقوة متغيرة ودورية وتُغير جهتها في أثناء الدور. وإذا كان هذا الناقل يستطيع التحرك أو التشوه فإنه يقوم باهتزازات قسرية لها تردد التيار. فإن كانت اهتزازاته شديدة التخامد توقف اتساعها (سعتها) قليلاً على التردد، في نطاق من الترددات عريض عرضاً كافياً. فمثلاً يهتز ملف المِجْهار (المصوات) haut-parleur المجتاز بتيار منخفض التردد، اهتزازات لها تردد التيار فيجرّ الغشاء الذي يحوّل هذه الاهتزازات إلى ذبذبات صوتية. وبالمقابل إذا كانت اهتزازات الناقل ضعيفة التخامد فإن اتساعها يتوقف كثيراً على تردد التيار، ويمكن أن يكون كبيراً جداً إذا كان هذا التردد مساوياً تردد التَّجَاوُب (الرنين) الميكانيكي. فمثلاً عندما يجتاز تيار ذو 50 هرتز الجملة المتحركة في مقياس الأمبير الذي دور تجاوُبه يساوي عدة ثوان، فإنها تقوم باهتزازات اتساعها صغير جداً، وغير مرئية عملياً.

ويولِّد المغنطيس الكهربائي المجتاز بتيار متناوب حقلاً مغنطيسياً متناوباً له التردد نفسه وذلك في الفضاء المحيط بالمغنطيس. إلا أن صفيحة من الحديد تنجذب إليه كلما مر التيار ومهما كانت جهته، أي تنجذب مرتين في كل دور، وتقوم من ثم باهتزازات قسرية ترددها ضعف تردد التيار. تُستخدم هذه الخاصة في الجهاز المسمى مقياسَ التردد ذا الصفائح.

إن الأثر الحراري الرئيسي للتيار الكهربائي هو أثر جول الذي يتجلى بانبعاث الحرارة في الناقل، ومن ثَم في سخونته مهما تكن جهة التيار. وعندما يجتاز الناقلَ تيارٌ متناوب تنشأ الحرارة في كل نوبة: ويضيء المصباح المتوهج بالتيار المتناوب كإضاءته بالتيار المتواصل. ولكن نشوء الحرارة يحدث دورياً بتردد يساوي ضعف تردد التيار، وتعاني درجة حرارة الفتيل ترجحات (تغيرات) حول قيمة متوسطة، فينجم عنها تغيرات في النور الصادر. وفي حالة التيار الصناعي ذي التردد 50 هرتز لا تحسّ العين هذه التغيرات التي ترددها 100 هرتز.

2- الشدة المنتجة (الفعالة) للتيار المتناوب

يسمح انبعاث الحرارة في الناقل بتعيين مقدار مهم مميّز للتيار المتناوب وهو الشدة المنتجة. وهي تساوي بالتعريف، شدة التيار المتواصل الذي إذا مرّ في الناقل نفسِه، أحدث انبعاث الحرارة ذاته. يمكن إذن قياس هذه الشدة المنتجة بمقياس الأمبير الحراري المُدرَّج بالتيار المتواصل، ذلك لأن ما يشير إليه لا يتوقف إلا على كمية الحرارة المنطلقة في سلك مقاوم.

وتعطى العلاقة طا والاستطاعة عه المنبعثان في هيئة حرارة من تيار متناوب شدته المنتجة ش_م يجتاز المقاومة م خلال الزمن ز، بالعلاقتين:

.

وفي حالة تيار جيبي، وهي حالة مهمة جداً، يبين الحساب العلاقة الآتية بين الشدة المنتجة ش_م0 والشدة العظمى

ولما كان مقياس الفلط هو مقياس أمبير حسّاساً وذا مقاومة كبيرة، فإنه يمكن صنع مقاييس الفلط الحرارية التي تُبين، بعد تدريجها بالتيار المتواصل، التوتر المنتج لتيار متناوب. وفي حالة التيار الجيبي تقوم العلاقة السابقة نفسها بين التوتر المنتج والتوتر الأعظم:

ولمولد التيار المتناوب قوة محركة متناوبة قيمتها العظمى قم_ع، والمنتجة قم_م0.

وحين تعطى مميزات التيار المتناوب فإن القيم المنتجة هي التي تعطى. لذا فإنه بين مربطي مأخذ يعطي توتراً جيبياً قيمته 220 فلط يكون التوتر الأعظم مساوياً 311 فلط.

ولإجراء قياسات دقيقة في التيارات المتناوبة تستعمل غالباً أجهزة مغنطيسية كهربائية، أو ذات ملف متحرك مزوَّد بمقوِّم للتيار ومدرَّجة تدريجاً خاصاً.

الاستطاعة في التيار المتناوب:

تعرّف الاستطاعة اللحظية الممتصة في اللحظة ز بـ عه_ل =ف_ل ش_ل أي بجداء القيمتين اللحظيتين للتوتر والتيار. وليس لهذه الاستطاعة قيمة ثابتة، ويمكن أن تصير سالبة لأن ف_ل، ش_ل، يمكن أن يكونا أحياناً من إشارتين مختلفتين. فإذا تأمل المرء مجالاً زمنياً ذ طويلاً طولاً كافياً فإن قطعة الدارة تمتص خلاله الطاقة طا، وتسمى النسبة  الاستطاعة المتوسطة الممتصة أو الاستطاعة الحقيقية. وتساوي هذه الاستطاعة جداء القيمتين المنتجتين ف_م0 وش_م0 للتوتر والتيار مضروباً في معامل معين، تقع قيمته بين الصفر والواحد ويسمى مُعاملَ الاستطاعة، وهو يساوي، في حالة التيارات الجيبية، جيب تمام زاوية الانزياح الطوري بين التوتر والتيار. فتغدو عبارة الاستطاعة: عه = ف_م0 ش_م0 تجب ط.

يسمى ف_م0 ش_م0، جُداء القيمتين المنتجتين، الاستطاعة الظاهرة، وهي لا تقدر بالواط وإنما بالفلط أمبير (ورمزه VA) وذلك للتذكير بأنها تختلف عموماً عن الاستطاعة الحقيقية.

ولمعامل الاستطاعة المعرف في الفقرة السابقة أهمية كبرى. ففي منشأة يغذيها توتر ثابت، كمأخذ تيار المدينة، تتطلب الدارة التي تمتص استطاعة معينة، تياراً تزداد شدته كلما صغر معامل استطاعة الدارة، فيؤدي ذلك إلى ازدياد ضياع الطاقة بأثر جول ـ سواء في خط نقل التيار أو في المنوبة التي تغذيه ـ وإلى صِغَر مردود المجموعة المكونة من: المنوبة، خط النقل، الآخذة. ولهذا السبب يتطلب منتجو الطاقة الكهربائية أن يقع معامل استطاعة التجهيزات بين 0.8 و 0.9.

وتكون التحريضية راجحة عموماً في التجهيزات الصناعية بسبب ملفات المحركات، فيتأخر التيار في الطور عن التوتر. وبالإمكان تحسين معامل استطاعة التجهيزات بطرائق مختلفة وعلى الخصوص باستعمال مكثفات أو محركات متزامنة synchrone تدور من غير حِمْل.

مكي الحسيني

أمبير ـ  أنصاف النواقل ـ الاهتزازات الكهربائية ـ أوم  ـ التحليل الكهربائي ـ جول ـ الحقل الكهربائي والمكثفة الكهربائية ـ الناقل ـ الناقلية الفائقة ـ مدخرة كهربائية ـ منوبة ـ المولد الكهربائي.

ـ ريتشاردز وسيرز ووير وزيمانسكي، الفيزياء الحديثة (دمشق، مديرية الكتب الجامعية 1980). مترجم.

ـ فلوري وماتيو، الفيزياء العامة والتجريبية (دمشق، المجلس الأعلى للعلوم 1963) مترجم.

ـ مكي الحسني، الكهرباء والمغنطيسية (دمشق، مديرية الكتب الجامعية 1987).

- G.Bruhat, Cours de physique générale (Paris, Masson et Cie 1947).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد السابع

رقم الصفحة ضمن المجلد : 213

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية