الجمعة، 16 ديسمبر، 2016

الحث الكهرومغناطيسي



الحث الكهرومغناطيسي 
•لاحظ اورستد انه عند مرور تيار كهربى فى موصل فان السلك  يولد حوله مجالا مغناطيسيا .
• اثبت فارادى عكس ذلك
حيث عندما يتحرك سلك نحاسى يتصل طرفاه بسلك متصل بجلفانومتر حساس بين قطبى مغناطيس قوى فان مؤشر الجلفانومتر ينحرف لتولد قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار مستحث .


هو ظاهرة تولد قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار مستحث عندما يتغير الفيض المغناطيسى الذى يقطع ملف او موصل مع الزمن
او هى ظاهرة تولد قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار كهربي مستحث في ملف عند تغير الفيض المغناطيس بداخلة
* تجارب فاراداى للحصول على التيارات الكهربية المستحثة


خطوات التجربة
 1- وصل ملف من سلك نحاسى معزول بجلفانومتر حساس صفر تدريجه فى المنتصف وأغلق دائرته.
2- عند إدخال المغناطيس إلي داخل الملف ينحرف مؤشر الجلفانومتر في اتجاه معين .
3- عند تحريك المغناطيس بعيداً عن الملف يتحرك مؤشر الجلفانومتر في الاتجاه المضاد .
الملاحظة :
1- يتولد تيار تأثيرى في الملف عند تحريك مغناطيس بالقرب من الملف .
2- يتغير إتجاه التيار بتغير اتجاه حركة المغناطيس أو الملف .
الاستنتاج :-
1- تتولد قوة دافعة مستحثة وتيار تأثيرى داخل الملف نتيجة للتغير في الفيض المغناطيس بداخله .
2- اتجاه التيار التأثيرى يتوقف على اتجاه حركة المجال .

                      1- يظل المؤشر منحرفا عن وضع الصفر طالما ان هناك تغير فى الفيض .
                      2- يرجع المؤشر الى وضع الصفر عند توقف المؤشر عن الحركة رغم ان       الفيض يخترق الملف وذلك لعدم وجود تغير فى الفيض المقطوع بواسطة الملف .
قانون فارادي


من خلال تجارب عديدة امكن فاراداى اسنتتاج ما يلى :-
1       - الحركة النسبية بين الموصل والمجال المغناطيسى تولد ق . د . ك مستحثة.
2       - مقدار القوة الدافعة المستحثة يتناسب طردياً مع معدل التغير في الفيض المغناطيسى.


3       - مقدار القوة الدافعة الكهربية المستحثة يتناسب طردياً مع عدد لفات الملف .



  ويصبح



1- العلاقة السابقة تسمى قانون فاراداى للحث الكهرومغناطيسى .
2-الاشارة السالبة تدل على ان اتجاه القوة الدافعة الكهربية المستحثة وكذلك التيار المستحث يعاكس التغير المسبب له .
3- الوبر :- هو الفيض المغناطيسى الذى اذا قطع عموديا لفة من لفات ملف ثم تلاشى تدريجيا بانتظام خلال ثانية واحدة فانه يتولد بين طرفى هذه اللفة قوة دافعة كهربية مستحثة مقدارها واحد فولت
قاعدة لنز


" يكون إتجاه التيار الكهربي المستحث بحيث يعاكس التغير المسبب له "
ويلاحظ ان :-
             التغير المسبب للتيار هو التغير فى الفيض.

تطبيقات على قاعدة لنز
فى الحالة الاولى :-
عند تقريب القطب الشمالي من الملف الحلزونى فان :-          
1- يتزايد الفيض المغناطيسى داخل الملف .             
2- تتولد ق.د.ك مستحثة .                                    
3- يمر تيار تأثيرى في الملف يكون اتجاهه بحيث يكون قطباً شمالياً فيعمل على مقاومة الزيادة في الفيض .
4- بتطبيق قاعدة أمبير لليد اليمنى يمكن تحديد اتجاه التيار.

فى الحالة الثانية :-
 عند إبعاد القطب الشمالي من الملف الحلزونى فان :-
1- يتناقص الفيض المغناطيس داخل الملف.
2-تتولد ق.د.ك مستحثة.
3- يمر تيار تأثيرى في الملف يكون اتجاهه بحيث يكون قطباً جنوبياً  عند طرف إبعاد
         القطب الشمالي . فيعمل على مقاومة التناقص في الفيض .
4- بتطبيق قاعدة أمبير لليد اليمنى يمكن تحديد اتجاه التيار.
         =========================================================


فى الحالة الثالثة :-
عند تقريب القطب الشمالي من الملف الدائرى  فان :-
1- يتزايد الفيض المغناطيسى داخل الملف .             
2- تتولد ق.د.ك مستحثة .                                    
3- يمر تيار تأثيرى في الملف يكون اتجاهه بحيث يكون قطباً شمالياً فيعمل على مقاومة الزيادة في الفيض .
4- بتطبيق قاعدة عقارب الساعه يمكن تحديد اتجاه التيار.

فى الحالة الرابعة :-
 عند إبعاد القطب الشمالي من الملف الدائرى  فان :-
1- يتناقص الفيض المغناطيس داخل الملف.
2-تتولد ق.د.ك مستحثة.
3- يمر تيار تأثيرى في الملف يكون اتجاهه بحيث يكون قطباً جنوبياً  عند طرف إبعاد
         القطب الشمالي . فيعمل على مقاومة التناقص في الفيض .
4- بتطبيق قاعدة عقارب الساعه يمكن تحديد اتجاه التيار.
س :-فى الشكل التالى


 أ- حدد اتجاه التيار المستحث فى المقاومتين ab    , cd عند حركة المغناطيس ناحية اليمين .
ب- ماذا يحدث عند :-
    1-زيادة حركة المغناطيس ناحية اليمين  2- تحرك المغناطيس ناحية اليسار
الحل :-
       أ-   من a   الى b          ومن d   الى c
ب- يزداد انحراف المؤشر عن الحالة الاولى لزيادة القوة الدافعة الكهربية المستحثة لزيادة التغير فى الفيض .
ج-ينعكس اتجاه المؤشر لانعكاس لانعكاس اتجاه القوة الدافعة الكهربية المستحثة لانعكاس التغير فى الفيض .


قاعدة تحديد اتجاه التيار المستحث فى سلك مستقيم
باستخدام قاعدة فلمنج لليد اليمنى

قاعدة اليد اليمنى لفلمنج:
اجعل أصابع يدك اليمنى الإبهام و السبابة متعامدين علي بعضهما وعلي باقي الأصابع بحيث يشير السبابة لاتجاه المجال والابهام الى اتجاه الحركة فتكون  باقي الأصابع تشير لاتجاه التيار المستحث .

مثال  :-
حدد اتجاه التيار المستحث فى السلك ab 
 اذا كان السلك يتحرك الى يمين الصفحة 

الحل
بتطبيق قاعدة فلمنج لليد اليمنى مع ملاحظة ان العلامة ×
تشير الى فيض مغناطيسى عمودى على الصفحة والى داخل الصفحة
نجد ان التيار يسرى من b  الى a

استنتاج قيمة القوة الدافعة الكهربية المستحثة المتولدة فى سلك مستقيم e m f

نفرض اننا وضعنا سلك طوله L عموديا على مجال مغناطيسى منتظم كثافة فيضه B اتجاهه عمودى على الورقه الى الداخل وتم تحريك السلك فى اتجاه عمودى على المجال بسرعه v بحيث يزاح السلك مسافة ∆X فى زمن قدره ∆t
ويكون التغير فى الفيض         =   B ∆ A  =  B L∆x    ∆m
وتتعين القوة الدافعة الكهربية عندئذ من العلاقة :-


وبالتعويض عن ∆m


ولكن

         ويصبح emf  = - B L v                    
واذا كانت الزاوية بين اتجاه السرعة التى يتحرك بها السلك واتجاه كثافة الفيض هى θ   فان
emf  = - B L v  sin                       


1- عندما يقطع الموصل الفيض المغناطيسى فان المجال المغناطيسى يؤثر على الالكترونات الحرة فى الموصل وتتحرك من احد طرفى السلك الى الطرف الاخر ويتولد بينهما فرق جهد او قوة دافعة كهربية مستحثة تسبب مرور التيار وذلك عندما تكون الدائرة مغلقة.

2-تكون القوة الدافعة الكهربية المستحثة فى سلك اكبر ما يمكن عندما يكون السلك متحركا بحيث يكون  عموديا على الفيض (علل) حيث  تصبح    = 90    وتكون  sin  90  = 1

3- تنعدم القوة الدافعة الكهربية المستحثة  المتولدة فى موصل عندما يتحرك السلك موازيا للفيض المغناطيسى    حيث   تصبح   صفر  =            ويصبح     صفر   sin     =      
4- قد يقطع موصل فيض مغناطيسى ولا يتولد فى الموصل تيار كهربى مستحث (علل) لان دائرة الموصل مفتوحة .

5- ينعكس اتجاه التيار المستحث اذا انعكس اتجاه الحركة (علل) لتغير اتجاه حركة الالكترونات فى السلك الى الاتجاه المضاد لانعكاس تغير الفيض.



1- عندما يدور الملف ربع دورة او 90 درجة او نزع الملف فجأة من الفيض او تلاشى
الفيض فجأة فان :-             = = B A   

2- عندما يدور الملف نصف دورة او 180  درجة او قلب الملف او انعكس اتجاه التيار فان :-
 =2  = 2BA                                       
3- عندما يدور الملف 270  درجة او ثلاثة ارباع دورة فان :-         =     

4- عندما يدور الملف 360  درجة او دورة كاملة فان:-            صفر =     
5
- عند دوران عقرب الثوانى دورة كاملة فان :-
        طول العقرب = r نصف قطر المسار
                     t  =  60 sec.                N    =   1                                

6- عند دوران ريشة مروحة او سلك او قرص
وكان عدد الدورات مثلا :- 5000    دورة دقيقة
فان :-         لفة   N = 5000           t  =  60 sec.

6- لحساب شدة التيار المستحث نعوض فى العلاقة :-           emf  = I R

7- لحساب كمية الشحنة فان :-

ويصبح
8- نضع الاشارة السالبة فقط عند حساب emf     المستحثنة فقط

9- لحساب emf  يجب حساب :-
                                                                1  2=  
وبالمثل          B1  B2= B                              A1  A2= A 


الحث المتبادل بين

هو التأثير الكهرومغناطيسى الحادث بين ملفين متجاورين (او متداخلين ) احدهما يمر به تيار كهربى متغير الشدة (الملف الابتدائى ) فيتأثر به الملف الثانى ( الثانوى)  ويقاوم التغير الحادث فى الملف الاول (الابتدائى ).

طرق تولد قوة دافعة كهربية مستحثة فى الملف الثانوى بالحث المتبادل

قوة دافعة كهربية مستحثة عكسية        قوة دافعة كهربية مستحثة طردية
1- لحظة غلق دائرة الملف الابتدائى .   1- لحظة فتح دائرة الملف الابتدائى .
2-لحظة زيادة شدة التيار فى الملف الابتدائى . 2-لحظة نقص شدة التيار فى الملف الابتدائى .
3-اثناء تقريب او ادخال الملف الابتدائى فى الملف الثانوى .    3-اثناء ابعاد او اخراج الملف الابتدائى من  الملف الثانوى .
ويلاحظ الاتى :-
1- عند لحظة غلق مفتاح دائرة الملف الابتدائى .
ينحرف مؤشرالجلفانومتر لتولد قوة دافعة كهربية مستحثة عكسية بالحث المتبادل فى الملف الثانوى.
التفسير
لحظة غلق المفتاح يتزايد تيار الملف الابتدائى من الصفر الى قيمته العظمى وفى هذه الفتره يتزايد معه الفيض المغناطيس والذى يخترق لفات الملف الثانوى فيتولد فى الملف الثانوى ق.د.ك مستحثة عكسية وتيار مستحث عكسى يعمل على توليد مجال مغناطيسى مستحث فى الملف الثانوى فى اتجاه مضاد يقاوم زيادة المجال المغناطيسى المؤثر من الملف الابتدائى.
2- عند لحظة فتح مفتاح دائرة الملف الابتدائى .
ينحرف مؤشرالجلفانومتر لتولد قوة دافعة كهربية مستحثة طردية  بالحث المتبادل فى الملف الثانوى.
التفسير
لحظة فتح المفتاح يتناقص تيار الملف الابتدائى من قيمته الى الصفر وفى هذه الفتره يتناقص معه الفيض المغناطيس والذى يخترق لفات الملف الثانوى فيتولد فى الملف الثانوى ق.د.ك مستحثة طردية وتيار مستحث طردى  يعمل على توليد مجال مغناطيسى مستحث فى الملف الثانوى فى اتجاه مضاد يقاوم تناقص المجال المغناطيسى المؤثر من الملف الابتدائى.
3- تيار مستحث عكسى اى تيار اتجاهه عكس اتجاه تيار الملف الابتدائى الحادث فيه التغيير.
4- تيار مستحث طردى اى اتجاهه فى نفس اتجاه تيار الملف الابتدائى الحادث فيه التغير .
5- القوة الدافعة الكهربية المستحثة العكسية فى الملف الثانوى تنتج من تغير الفيض الذى يخترق الملف الثانوى نتيجة تزايد الفيض اى التغير الموجب للفيض .
6- القوة الدافعة الكهربية المستحثة الطردية فى الملف الثانوى تنتج من تغير الفيض الذى يخترق الملف الثانوى نتيجة تناقص الفيض اى التغير السالب للفيض.
يمكن حسابها بطريقتين :-

1- باستخدام قانون فاراداى



2- بمعلومية معامل الحث المتبادل بين الملفين



معامل الحث المتبادل M
هو القوة الدافعة الكهربية المستحثة المتولدة فى الملف الثانوى
عندما يتغير شدة التيار فى الملف الابتدائى بمعدل واحد امبير فى الثانية

وحدات قياس معامل الحث المتبادل
  فولت.ثانية امبير    V.S / A       او      اوم .ثانية    .S         او    هنرى   H

الهنرى
هو معامل الحث المتبادل بين ملفين عندما يتولد فى الملف الثانوى قوة دافعة كهربية مقدارها واحد فولت عندما يتغير شدة التيار فى الملف الابتدائى بمعدل واحد امبير فى الثانية

العوامل التى يتوقف عليها معامل الحث المتبادل
1- وجود قلب حديدى داخل الملفين  2- حجم وعدد لفات الملفين 3-المسافة الفاصلة بين الملفين

اهم التطبيقات على الحث المتبادل
                                    المحول الكهربى

الحث الذاتي للملف


هوالتاثير الكهرومغناطيسى الحادث فى نفس الملف اثناء تغير شدة التيار فيه زيادة او نقصا لمقاومة هذا التغير.
ويلاحظ انه :-

أ- عند لحظة غلق المفتاح لا ينحرف المؤشر
الى قيمته العظمى مباشرة لتولد قوة دافعة كهربية
 عكسية بالحث الذاتى .
التفسير
عند مرور تيار الصادرمن البطارية فى اللفة الاولى فانه يتولد فيها مجال مغناطيسى يقطع اللفات المجاورة فيتولد فيها تيار مستحث عكسى يقاوم التغير الحادث .
ب- عند لحظة فتح المفتاح لا يصل المؤشر الى الصفر مباشرة لتولد قوة
دافعة كهربية طردية بالحث الذاتى وقد تحدث شرارة كهربية عند موضع فتح الدائرة(المفتاح) .
التفسير
عند انقطاع التيارالكهربى فى دائرة الملف يؤدى الى تلاشى المجال المغناطيسى للفات فيتغير المعدل الزمنى الذى تقطع به كل لفه خطوط الفيض فتتولد فيها قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار مستحث  طردي يكون اتجاهه فى نفس اتجاه التيارالاصلى

س فى الشكل المقابل ماذا يحدث عند:-
1- عند لحظة غلق المفتاح .
2- عند لحظة فتح المفتاح .
الحل :-
1- لايضىء المصباح لتولد قوة دافعة كهربية عكسية
 بالحث الذاتى لاتستطيع ان تؤين غاز النيون داخل المصباح
2- يضىء المصباح لحظيا لتولد قوة دافعة كهربية طردية بالحث الذاتى
تستطيع ان تؤين غاز النيون داخل المصباح وقد تتولد شرارة كهربية عند
موضع القطع وذلك لان القوة الدافعة الكهربية الطردية تستطيع ان تؤين
الهواء عند موضع القطع عند  المفتاح 
ملحوظة
يحتاج مصباح النيون الى جهد مقداره  180  فولت لكى يتوهج
 لذلك فان
1-   emf الطردية اكبر من او تساوى 180   فولت لذلك عملت على اضاءة المصباح .
2- emf العكسية  اقل من 180   فولت لذلك لم تستطيع اضاءة المصباح .

يمكن حسابها بطريقتين :-
1- باستخدام قانون فاراداى

2- بمعلومية معامل الحث الذاتى للملف
معامل الحث الذاتى
هو القوة الدافعة الكهربية المستحثة المتولدة فى الملف 
عندما يتغير شدة التيار المار فيه  بمعدل واحد امبير فى الثانية

وحدات قياس معامل الحث الذاتى
  فولت.ثانية امبير    V.S / A       او      اوم .ثانية    .S         او    هنرى   H
الهنرى
هو معامل الحث الذاتى لملف عندما يتولد فى الملف  قوة دافعة كهربية مقدارها واحد فولت عندما يتغير شدة التيار المار فيه بمعدل واحد امبير فى الثانية

العوامل التى يتوقف عليها معامل الحث الذاتى لملف
1- وجود قلب حديدى داخل الملفين  2- حجم وعدد لفات الملفين 3-المسافة الفاصلة بين الملفين

اهم التطبيقات على الحث الذاتى
                                    مصباح الفلورسنت
كيف يعمل مصباح الفلورسنت
يتم تفريغ الطاقة المغناطيسية المختزنة فى الملف قى انبوبة مفرغة من الهواء والتى بها غاز خامل
تتصادم ذرات الغاز الخامل مع بعضها مما يؤدى الى تأينها
تتصادم الايونات مع سطح الانبوبة الداخلى والمطلى بالمادة الفلورسية مما يؤدى الى انبعاث الضوء المرئى

ملحوظة
من تطبيقات الحث الكهرومغناطيسى
1- ملف رومكورف والذى يستخدم كملف اشعال فى الات الاحتراق الداخلى كالسيارات.
2- الدينامو والذى يستخدم فى تحويل الطاقة الحركية الى طاقة كهربية .
3- ينعدم الحث الذاتى لملف عندما يلف لفا مزدوجا (علل)
حيث يلغى الحث الناتج عن مرور التيار الكهربى فى اى لفة الحث الناتج عن مروره فى اللفة المجاورة
مولد التيار الكهربائي


الفكرة العلمية
                    الحث الكهرومغناطيسى
التركيب
 1- مغناطيس ثابت قوى على شكل حدوة الفرس
2- ملف من سلك نحاسى معزول تتصل نهايتيه بحلقتين معدنيتين تدوران مع دوران الملف فى المجال المغناطيسى .
3- فرشتان من الجرافيت تلامس كل منهما حلقة واحدة من الحلقتين المنزلقتين .
كيف يعمل الدينامو
عندما يدور الملف فان ضلعاه الطوليان يقطعان الفيض المغناطيس فيتولد فى الملف emf  مستحثه  وتيار مستحث فتعمل احدى الحلقتين على نقل التيار المستحث الى الدائرة الخارجية عن طريق فرشاة الجرافيت ثم ينتقل التيار المستحث من الدائرة الخارجية الى الحلقة الاخرى عبر فرشاة الجرافيت الاخرى ثم ينتقل التيار الى الملف وهكذا .



عندما يدور الملف تتولد فى السلك       ab والسلك cd 
قوة دافعة كهربية مستحثة
تتعين من العلاقة :-

emf  = - B L v  sin                       
وتكون القوة الدافعة الكهربية الكلية تتعين من العلاقة :-
emf  = -2 B L v  sin 
ولكن تتعين السرعة الخطية للملف من العلاقة :-
v = r                               
حيث السرعة الزاوية
فيصبح :-
emf  = -2 B L r  sin 
ولكن مساحة الملف تتعين من العلاقة :-
                                              A = 2Lr
ويصبح
                                 emf  = - A B  sin 
واذا كانت عدد لفات الملف N فان

1- السرعة الزاوية
هى الزاوية التى يمسحها نصف القطر فى الثانية      = 2f
وحدة قياس السرعة الزاوية  راديان ثانية
2-زاوية الدوران                      = 2 f t           = t
زاوية دوران الملف من الوضع العمودى (وضع الصفر )
 او الزاوية المحصورة بين العمودى على مستوى الملف والمجال
او الزاوية بين العمودى على المجال ومستوى الملف
 او الزاوية بين اتجاه سرعة الملف واتجاه كثافة الفيض
ويلاحظ ان  = 180o
3- التيار المتردد
             هو التيار الذى تتغير شدتة واتجاهه بصفة دورية مع الزمن .

4- اذا كانت زاوية الدوران من وضع الصفر = 90  درجة اى ان الملف مواز للفيض فان
 القوة الدافعة الكهربية فى هذه اللحظة تكون اكبر مايمكن وتسمى النهاية العظمى للقوة الدافعة الكهربية المستحثة  حيث :-
NAB sin                                                                    = emf 
NAB sin 90                                                          = emf  max   
                                                                  NAB   =   emf  max
ويمكن استنتاج ان
emf max sin                                                                  = emf 
وبالمثل يمكن ايجاد شدة التيار المستحث اللحظى  من العلاقة :-
                                                                   I  max X  sin  = I

5- اذا كانت زاوية الدوران من وضع الصفر = 45  درجة فان:-
 قيمة القوة الدافعة الكهربية المستحثة الناتجة حينئذ تسمى بالقيمة الفعالة للقوة الدافعة الكهربية المستحثة  emf eff  حيث
NAB sin 45                                                                   = emf 
                                                           emf max sin 45   = emf eff 




وبالمثل يمكن ايجاد شدة التيار المستحث الفعالة  من العلاقة:- 

I  max X  0.707                                                                    = I eff 


هو شدة التيار المستمر الذى يولد نفس كمية الحرارة التى يولدها التيار المتردد عند مروره فى نفس الموصل وفى نفس الزمن .
او هو شدة التيار المستمر الذى يولد نفس القدرة التى يولدها التيار المتردد عند مروره فى نفس الزمن.
الفكرة العلمية لقياس شدة التيار المتردد
قياس الاثر الحرارى الناتج مرور التيار المتردد فى الموصل
تحسب من قانون فارادى كالتالى :-
اولا:-   متوسط emf  فى الدينامو  خلال ربع دورة

    =   = BA                     

وبالتعويض فى العلاقة

نجد ان
ثانيا :-  متوسط emf  فى الدينامو  خلال نصف دورة

  =   =2 BA                             

وبالتعويض فى العلاقة

نجد ان

ثالثا :- متوسط emf  فى الدينامو  دورة كاملة
تساوى صفر لان متوسط emf   المستحثة خلال النصف الاول من الدورة يساوى ويعاكس لمتوسط emf  خلال النصف الثانى من الدورة فيكون المحصلة تساوى صفر

ويلاحظ الاتى :-
أ- متوسط شدة التيار خلال دورة كاملة = صفر
تساوى صفر لان متوسط شدة التيار المستحث خلال النصف الاول من الدورة يساوى ويعاكس لمتوسط شدة التيار  خلال النصف الثانى من الدورة فيكون المحصلة تساوى صفر
ب- متوسط القدرة خلال دورة كاملة لا تساوى الصفر
لانه من العلاقة      Pw  =( I eff )2R  
فان القدرة لا تعتمد على اتجاه التيار حيث تتناسب القدرة طرديا مع مربع شدة التيار .
ج- يمكن ايجاد علاقة بين القوة الدافعة الكهربية المتوسطة والقوة الدافعة الكهربية العظمى كالتالى


ونستنتج من العلاقة السابقة ما يلى :-

1-  عدد مرات وصول التيار الى النهاية العظمى   2f    حيث f  التردد
2- عدد مرات وصول التيار الى الصفر 2f  +1 
3- زمن الوصول من الصفر الى القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربية المستحثة
تساوى ثلاثة امثال زمن الوصول من الصفر الى نصف  القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربية المستحثة



1- عند حساب القوة الدافعة الكهربية اللحظية اى بعد زمن معين او بعد زاوية معينة :-
emf max sin                                                = emf 
ويمكن حساب شدة التيار المستحثة بعد زمن معين او بعد زاوية معينة:-
                                                        I  max X  sin  = I
                                                      I  max X  sin t = I
                                                   I  max X  sin 2ft = I

2- لحساب القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربية والتيار المستحث
                                                                  NAB   =   emf  max



حيث R   هى مقاومة ملف الدينامو

3- لحساب القيمة الفعالة للقوة الدافعة الكهربية والقيمة الفعالة للتيار
emf max X  0.707                                         = emf eff 
I  max X  0.707                                                 = I eff 



4- العلاقة بين السرعة الخطية والسرعة الزاوية
  V =  r                                          
       حيث r    نصف قطر المسار الذى
   يدور فيه ملف الدينامو ويمكن تعينه من العلاقه


5- ملف دينامو يدور 1200  دورة فى الدقيقة اى ان تردد التيار الناتج  يعين من العلاقة :-



6- دار الملف 30  درجة من الوضع الراسى (العمودى ) :-                            
                                                                        = 30

7- دار الملف 30  درجة من الوضع الافقى (الموازى للفيض ):-
                                                         = 30 + 90 = 120 

8- لحساب القوة الدافعة الكهربية المستحثة اللحظية بعد زمن قدره  3 ms  من الوضع الراسى        (العمودى )                         =  X 3 X 10-3                        = t

9- لحساب القوة الدافعة الكهربية المستحثة اللحظية بعد زمن قدره  3 ms  من الوضع الراسى        (العمودى )
                               =   ( X 3 X 10-3)  +  90           = t  + 90

10- عند حساب القوة الدافعة الكهربية المتوسطة خلال ربع دورة او نصف دورة او ثلاثة ارباع دورة  فان:-
                              4NABf  -  = متوسطة emf     

11- عدد مرات وصل التيار الى النهاية العظمى 
                                              2f                           حيث f  التردد

12- عدد مرات وصول التيار الى الصفر
                                                   2f  +1 

13- لحساب القدرة  :-

                      Pw  =( I eff )2R  

14- لحساب الطاقة الكهربية المستنفذة خلال دورة كاملة :-

       W = Pw X T                                  او         
                  W  = ( I eff )2 R T
         

او

اولا :- تقويم التيار المتردد تقويم نصف موجى

يتم استبدال الحلقتين المعدنيتين باسطوانة
نحاسية جوفاء مشقوقة الى نصفين بحيث يكون
مستوى الشقين عمودى على مستوى الملف حيث
 عندما يبدأ التيار فى تغيير اتجاهه كل نصف دورة
 فان نصفى الحلقة يتبادلا التلامس مع الفرشتين
وبالتالى يظل التيار فى نفس الاتجاه .



مقوم التيار
اسطوانه نحاسية جوفاء مشقوقة الى نصفين بحيث يكون مستوى الشقين عمودى على مستوى الملف .

وظيفة مقوم التيار
  تحويل التيار المتردد الى تيار موحد الاتجاه متغير الشده .

شكل التيار الناتج





ثانيا :-  تقويم التيار المتردد تقويم موجى كامل

 نستخدم عدة ملفات بين مستوياتها زوايا صغيرة متساوية ومتصلةاسطوانة معدنية مجوفة مشقوقة الى عدة شقوق بحيث يكون عدد الشقوق ضعف عدد الملفات


شكل التيار الناتج









هى تيارات كهربية مستحثة تتولد فى قطعة معدنية نتيجة قطعها لفيض متغير

فوائدها :-  صهر المعادن باستخدام  فرن الحث

اضرارها :-
1- فقد جزء من الطاقة الكهربية على شكل طاقة حرارية .
2- ارتفاع درجة الحراره يؤدى الى انصهار المادة العازلة للاسلاك
 وحدوث ماس كهربية
س:- ماذا يحدث
1- عند مرور تيار متردد فى ملف ملفوف حول قطعة معدنية
ترتفع درجة حرارة القطعة المعدنية لتولد تيارات دوامية بها
2- زيادة تردد التيار الذى يمر فى ملف ملفوف حول قطعة معدنية
ترتفع درجة حرارة الموصل لزيادة شدة التيارات الدوامية لزيادة معدل التغير فى الفيض المغناطيسى


الفكرة العلمية :-
                        الحث المتبادل بين ملفين
الوظيفة :-
                       رفع او خفض الجهد الكهربى
ويلاحظ ان :-
المحول لايستخدم فى رفع الطاقة او القدرة الكهربية
التركيب :-
1-  ملف ابتدائى ملفوف حول قلب حديدى ومتصل بالمنبع والمراد تغير جهد التيار الناتج منه
2-  ملف ثانوى ملفوف حول نفس القلب الحديدى ومتصل بالجهاز المراد تشغيله .
3- قلب من الحديد المطاوع السيليكونى على شكل شرائح معزولة عن بعضها يعمل على تركيز خطوط الفيض .
  كيف يعمل المحول
عند مرور تيار متردد فى الملف الابتدائى وغلق دائرة الملف الثانوى  فيتولد مجال مغناطيسى متغير فى الملف الابتدائى يقطع لفات الملف الثانوى فيتولد فى الملف الثانوى قوة دافعة كهربية مستحثة بالحث المتبادل  .

عند توصيل الملف الابتدائى بالمصدر وغلق دائرة الملف الثانوى وبفرض ان الفيض الناتج من الملف الابتدائى يمر بأكمله فى الملف الثانوى اى انه لا يحدث فقد فى الفيض المغناطيسى
فتتعين القوة الدافعة الكهربية المستحثة فى الملف الثانوى من العلاقة :-



فتتعين القوة الدافعة الكهربية المستحثة فى الملف الابتدائى من العلاقة :-



بقسمة العلاقة الثانية على العلاقة الاولى نستنتج ان :-

وحيث انه فى المحول المثالى :-
 يكون الطاقة المستنفذه فى الملف الابتدائى  =   الطاقة المستنفذه فى الملف الثانوى
Ip Vp t   =   Is Vs t                                              

ومنها نجد ان




وعامة من (1) و( 2)    نجد ان

        


                           النسبة بين الطاقة الكهربية التى نحصل عليها من الملف الثانوى الى 
                          الطاقة الكهربية المعطاه للملف الابتدائى
        
                او        النسبة بين قدرة الملف الثانوى الى قدرة الملف الابتدائى



نستخدم قوانين الكفاءة فى ايجاد المطلوب

                      1- لا يعمل المحول بالتيار المستمر(علل)
 لان التيار المستمر يولد فيض ثابت فلا يحدث تغير فى الفيض الذى يخترق الملف الثانوى ولا يحدث حث متبادل
2- لا يستهلك المحول طاقة عند فتح دائرة الملف الثانوى رغم توصيل ملفه الابتدائى بالمصدر (علل)
لتولد emf  مستحثة عكسية بالحث الذلتى تساوى وتعاكس emf   الاصلية
3- يعمل المحول عند غلق دائرة الملف الثانوى (علل)
لانه لحظة غلق دائرة الملف الثانوى ومرور تيار فيه فان الفيض الناتج عن تيار الملف الثانوى يقطع لفات الملف الابتدائى ويقضى على التيار العكسى الذاتى فيه فيمر تيار المصدر فى الملف الابتدائى .
4- المحول الرافع للجهد يخفض شدة التيار (علل)
لان قدرة الدخل = قدرة الخرج اى ان IpVp  = IsVs     
فيتناسب شدة التيار عكسيا مع فرق الجهد
5- استخدام محول خافض للجهد فى عمليات اللحام الكهربى للمعادن
لان المحول الخافض للجهد يرفع شدة التيار فتزداد كمية الحرارة الناتجة حيث  W = I2Rt

6- العامل الذى يتحكم فى قيمة الجهد الخارج هو لفات الملف الثانوى



اسباب فقد الطاقة         كيفية التغلب عليه
جزء من الطاقة الكهربية يستنفذ على شكل طاقة حرارية بسبب مقاومة الاسلاك          تستخدم اسلاك معدنية لها مقاومة نوعية صغيرة جدا مثل النحاس .
جزء من الطاقة الكهربية يستنفذ على شكل طاقة حرارية بسبب تولد تيارات دوامية فى القلب الحديدى   يصنع القلب الحديدى من شرائح معزولة من الحديد المطاوع السيليكونى لكبر مقاومته النوعية
جزء من الطاقة الكهربية يتحول الى طاقة ميكانيكية تستنفذ فى ترتيب جزيئات القلب الحديدى.  يصنع القلب من الحديد المطاوع السيليكونى لسهولة ترتيب جزيئاته المغناطيسية .
جزء من الفيض المغناطيسى الناتج من الملف الابتدائى يتبدد ولا يصل الى الملف الثانوى .      نقرب الملفين من بعضهما او نلف الملف الثانوى حول الملف الابتدائى


عند نقل الطاقة الكهربية من مناطق التوزيع فانه :0-

1- تستخدم محولات رافعة للجهد عند محطات توليد الطاقة الكهربية (يتم رفع الجهد الكهربى قبل نقل الطاقة الكهربية )
حتى تقل شدة التيار الماره فى الاسلاك وتقل القدرة المفقودة وتزداد القدرة الواصلة وتزداد كفاءة النقل           مفقودةP   ــــ   محطةP   =  واصلة P
2- تقليل مقاومة الاسلاك
حيث نستخدم اسلاك نحاسية او اسلاك من مادة فائقة التوصيل .
3-تستخدم محولات خافضه للجهد عند مناطق التوزيع
        لامداد الاجهزة الكهربية بجهد التشغيل المناسب لها




1-  اذا لم يذكر فى المسألة المحول مثالى او غير مثالى فاننا  نعتبر المحول مثالى

2- فى المحول المثالى الذى كفاءته 100 %
نستخدم:-

 3- فى المحول الغير مثالى نستخدم :-

4- محول خافض للجهد النسبه بين ملفيه     1: 50  فان     Np = 50          Ns = 1

5- محول قدرته   30  وات  ولم يذكر نوع المحول مثالى او غير مثالى   فان 
  Pp  =   Ps   = 30                وذلك باعتبار ان المحول مثالى

6- اذا كان هناك محول له ملف ابتدائى وملفان ثانويان فانه :-

 عند غلق دائرة الملف الثانوى الاول :-



عند غلق دائرة الملف الثانوى الثانى :-



عند غلق دائرة الملفان الثانويان معا |:-
Pp    =       Ps1     +        Ps2
IpVp  =  Is1Vs1   +      Is2Vs2

7- اذا كانت الكفاءة اقل من 100% ويوجد للمحول ملفان ثانويان فان:-



8- فى مسائل نقل الطاقة الكهربية
 * يحسب التيار المار فى خط النقل (الاسلاك) من العلاقة
                                                                            محطةI V = محطةP
* تحسب الجهد المفقود فى الاسلاك من العلاقة :-
                                                                            خط Rمحطة I = مفقودةV
* تحسب القدرة المفقود فى الاسلاك من العلاقة :-
                                                                            خط Rمحطة I2 = مفقودةP
*تحسب القدرة الواصلة من العلاقة :-
                                                                              مفقودةP   ــــ   محطةP   =  واصلة P
* تحسب كفاءة النقل من العلاقة :-




الوظيفة
تحويل الطاقة الكهربية الى طاقة حركية باستخدام مصدر كهربى مستمر
الفكرة العلمية
عزم الازدواج المؤثر على ملف يمر به تيار مستمر
 وموضوع بين قطبى مغناطيس

التركيب
1- قطبى مغناطيس قوى على شكل حدوة الفرس .
 2- ملف مستطيل يتكون من عدد كبير من لفات سلك نحاسى معزول
 ملفوفة حول قلب من الحديد المطاوع السيليكونى على شكل اقراص
 رقيقة معزولة عن بعضها لتقليل التيارات الدوامية .
3- يتصل طرفا الملف باسطوانه معدنية مشقوقة الى نصفين معزولين بحيث يكون مستوى الشقين عمودى على مستوى الملف وتلامس نهايتا الملف فرشتين من الجرافيت تتصل بسلك بمصدر تيار كهربى مستمر .

كيف يعمل الموتور
1- بفرض ان الملف موضوع موازيا للفيض المغناطيسى وعند غلق الدائرة الخارجية فانه يمر تيار كهربى ينتقل الى ملف الموتور عن طريق احدى الفرشتين (( F1 والتى تلامس احدى نصفى الحلقة
(x  ) وتلامس الفرشاه ايضا القطب الموجب للبطارية فينتقل التيار فى الملف فى الاتجاه
(d c b a)

 2-بتطبيق قاعدة فلمنج لليد اليسرى على الضلع ab نجد ان اتجاه القوة لاعلى واتجاه القوة المؤثرة على الضلع cd لاسفل فينشأ ازدواج يعمل على دوران الملف فى اتجاه عكس دوران عقارب الساعة .

3- مع دوران الملف يقل عزم الازدواج تدريجيا حتى ينعدم عندما يصبح مستوى الملف عموديا على مستوى الملف.  صفرq=  

4- ونظرا لان الملف يكون مدفوعا بقصوره الذاتى فيستمر فى الدوران.

5- وفى النصف الثانى من الدورة  يتبادل نصفى الحلقة التلامس مع الفرشتين فينعكس اتجاه التيار وتنعكس اتجاه القوة  ويعمل الازدواج الناشىء على استمرار دوران الملف

6- يزداد عزم الازدواج تدريجيا حتى يصل الى  اقصى قيمة له فى اللحظة التى يكون فيها وضع الملف  موازيا للفيض  90 = q    وهكذا 


1- يعمل الموتور على تنظيم سرعته ذاتيا (علل)
لتولد تيار مستحث عكسى ذاتى فى ملف الموتور
-فعندما تميل سرعة الموتور الى الزيادة تزداد شدة التيار العكسى فتقل شدة التيار المحرك وبالتالى تقل سرعة الموتور
-وعندما تميل سرعة الموتور الى النقص تقل شدة التيار العكسى فتزداد شدة التيار المحرك وبالتالى تزداد سرعة الموتور.
وعند سرعة معينة يثبت الفرق بين التيارين وتثبت سرعة الدوران حيث :-
مستحث عكسى I     ـــ     مصدرI    =   محركI
2- عدم توقف ملف الموتور الكهربى عند ملامسة فرشتى الجرافيت للمادة العازلة للمادة العازلة نصفى الاسطوانة (علل)
بسبب القصور الذاتى
3- كيف يمكن زيادة قدرة الملف على الدوران ؟
يستخدم عدة ملفات بين مستوياتها زوايا صغيرة متساوية ومتصلة باسطوانه معدنية مجوفة ومشقوقة الى عدد شقوق بحيث يكون عدد الشقوق = ضعف عدد الملفات
حيث يتواجد دائما ملف موازيا للفيض المغناطيسى فيثأثر بعزم ازدواج ثابت عند النهاية العظمى .
4- تعمل نصفى الاسطوانه على تغير اتجاه التيار فى الملف كل نصف دورة فتغير القوة من اتجاهها فينشأ عزم ازدواج يعمل على دوران الملف فى نفس الاتجاه .



1- العلاقة بين القوة الدافعة الكهربية
مستحثة عكسية emf     ـــ     مصدرemf    =   محركةemf

محرك Rمستحث عكسى I     ـــ    محرك R مصدرI    =   محركةI

                                                     مستحث عكسى I     ـــ     مصدرI    =   محركةI

2- شدة التيار المار فى الملف هو شدة التيار المحركة محركةI
3- شدة التيار عند بدء التشغيل هو تيار المصدر (البطارية )   مصدر I
4- لحساب المقاومة اللازم توصيلها مع ملف المحرك حتى تصبح شدة التيار I تعين من العلاقة

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق