المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء
الدرس الثاني
في الدرس الأول تعلمنا ما معنى الكهرباء وكيف تتولد
وتركيب الذرة من الداخل وأجهزة قياس الكميات الكهربية ووحدات القياس وأنواع توصيل
المقاومات داخل الدوائر الكهربية.
وفى هذا الدرس سوف نقوم بشرح أنواع توصيل المقاومات في
الدوائر الكهربية بشكل مفصل وكيفية حساب المقاومة الكلية المكافئة للدائرة
الكهربية وكيفية حساب شدة التيار الكهربائي وفرق الجهد على المقاومات في حالات
التوصيل التوالي والتوازي.
التوصيل على التوالي:
يتم توصيل المقاومات في الدائرة
الكهربية بشكل متتابع حيث ان لكل مقاومة طرفين على سبيل المثال توصيل ثلاث
مقاومات) يتم توصيل طرف المقاومة الأولى بطرف المقاومة الثانية والطرف الاخر
للمقاومة الثانية يتم توصيله بطرف المقاومة الثالثة فيتبقى لدينا طرف من المقاومة الأولى
وطرف من المقاومة الثالثة يتم توصيلهم بطرفي المصدر الكهربي.
وهذه الطريقة في التوصيل تجعل
التيار الكهربي متساوي في جميع المقاومات حيث ان تيار المقاومة الأولى مساوى لتيار
المقاومة الثانية مساوى لتيار المقاومة الثالثة
ولكن يتم تقسيم فرق الجهد بقيم
غير متساوية على المقاومات حيث يكون المقاومة الأكبر صاحبة النصيب الأكبر من فرق
الجهد
لحساب المقاومة الكلية في التوصيل التوالي:
(Rt=R1+R2+……. +Rn )
يتم استخدام هذه العلاقة لتعيين
المقاومة الكلية حيث ان:
Rt: تمثل
المقاومة الكلية ...... R1: تمثل المقاومة الأولى ..... R2: تمثل
المقاومة الثانية وهكذا.
مثالـ:
ما قيمة المقاومة الكلية
للدائرة الكهربية الموضحة بالشكل؟
الإجابة:
Rt=R1+R2+……. +Rn
Rt = 12+9+5 = 26 Ω
لحساب شدة التيار الكلى في الدائرة الكهربية:
يتم حساب شدة التيار
الكلى المار في الدائرة ن طريق العلاقة الأتية
I = V / Rt
حيث I عبارة عن شدة التيار الكهربي
V تمثل فرق الجهد الكهربي
اذا من المثال السابق يمكن حساب شدة التيار الكهربي من
خلال العلاقة السابقة
I= V / Rt
I= 50 / 26 = 1.92 A
لحساب فرق الجهد الكهربي على كل مقاومة في حالة التوصيل على التوالي:
فرق الجهد الكهربي على المقاومة = التيار المار في
المقاومة X قيمة المقاومة
لحساب فرق الجهد على المقاومة الأولى (V1) = 1.92 X 12 = 23.04 V
وبالمثل لتعيين V2 = 1.92 X 5 = 9.6 V
وبالمثل لتعيين V3 = 1.92 X 9 = 17.28 V
لاحظ ان مجموع V1+ V2 + V3 = V
حيث ان V تمثل جهد المصدر
V1 + V2 +V3 = 23.04+9.6+17.28 = 50 V
لاحظ ان التيار المار في كل مقاومة في حالة التوصيل
التوالي متساوي
التوصيل على التوازي:
يتم توصيل المقاومات الكهربية
على هيئة فروع متصلة مباشرة بطرفي المصدر
على سبيل المثال توصيل ثلاث
مقاومات يتم توصيل طرفي المقاومة الأولى بطرفي المصدر الكهربي وهذا بالنسبة
للمقاومة الثانية والثالثة
وهذه الطريقة في التوصيل تضمن
لنا تساوى قيمة فرق الجهد على الثلاث مقاومات حيث يتساوى فرق الجهد المسلط على
المقاومة الأولى مع فرق الجهد المسلط على المقاومة الثانية وهكذا الثالثة
ولكن
يتم تقسيم التيار الكهربي بين الثلاث مقاومات حيث يكون المقاومة الأكبر صاحبة
النصيب الأصغر من التيار الكهربي
لحساب المقاومة الكلية في التوصيل على التوازي:
يتم
استخدام هذه العلاقة لتعيين المقاومة الكلية
مثالـ:
ما
قيمة المقاومة الكلية للدائرة الكهربية الموضحة بالشكل؟
الحل:
1/ Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
1/Rt = 1/5 + 1/10 + 1/8
= 17/40 سيمون
Rt= 40/17 Ω = 2.35 Ω
لحساب شدة التيار الكهربي المار في كل مقاومة = فرق الجهد على المقاومة / قيمة المقاومة
I1 = V / R1 = 50/5 = 10
A
I2 = V / R2 = 50/10 = 5
A
I3 = V / R3 = 50/8 =
6.25 A
لحساب شدة التيار الكلى المسحوب من المصدر:
It = I1 + I2 + I3
It = 10 + 5 +6.25 =21.25 A
او
يمكن حسابه مباشرة من العلاقة الاتية It = V / Rt
It = 50 / 2.35 = 21.25 A
لاحظ ان في التوصيل على التوازي يتساوى فرق الجهد على المقاومات
حيث ان كل مقاومة يكون فرق الجهد عليها مساو لفرق جهد المصدر الكهربي.
بينما يتم تقسيم التيار الكهربي على المقاومات حيث يكون
للمقاومة الأكبر النصيب الأصغر من التيار الكهربي
أنواع التيار الكهربي:
·
النوع الأول يسمى
بالتيار المستمر DC ويكون تردده صفر
·
النوع الثاني يسمى
بالتيار المتردد AC ويكون تردده له قيمة
وقبل
شرح الفرق بين التيارين السابقين لابد من التعرف على مفهوم التردد
ما هو التردد:
التردد
هو عدد الموجات الكهربية الكاملة التي تمر في الثانية الواحدة ويقاس بوحدة الهيرتز HZ.
التيار
المستمر DC:
ويدل الأختصار DC على Direct Current بمعنى التيار المستمر وأحيانا أخرى
يطلق عليه التيار المباشر وهو عبارة عن: تدفق ثابت للإلكترونات من منطقة الجهد العالي (القطب السالب)
إلى منطقة الجهد المنخفض (القطب الموجب). وبالتالي فهو تيار يمر في اتجاه واحد فقط
وثابت الشدة بعكس التيار المتردد الذي يمر في الاتجاهين. ويظهر التيار المستمر في
العديد من التطبيقات المنخفضة الجهد، خصوصا تلك التي تعمل بالبطاريات، التي تولد
تيارًا مستمرا فقط، أو أنظمة الطاقة الشمسية، حيث أن الخلايا الشمسية بإمكانها
توليد تيارات Dc فقط.
التيار
المتردد AC :
ويدل الاختصار AC على Alternating Current بمعنى التيار المتردد واحيانا أخرى يطلق
عليه التيار المتردد الجيبي وهو عبارة عن : تدفق غير ثابت من الالكترونات ويمر في
الاتجاهين بعكس التيار المستمر وتتغير شدته بين لحظة والأخرى ويكون له قيمة تردد
كـ 50HZ او 60 HZ كما هو متداول في المنازل او له قيم أخرى حسب
التطبيقات المطلوبة .
يوجد من التيار المتردد AC أنواع كثيرة كالتيار المتردد الجيبى او المثلثى
او المربعى وغيرهم ولكن اشهرهم هو التيار المتردد الجيبى الذى يأخذ شكل الموجة
الجيبية ( جا ) sinusoidal
لا يمكن تخزين هذا النوع من التيار داخل البطاريات بعكس
التيار المستمر الذى يمكن تخزينه داخل البطاريات .ولكن يمكن تخزين تيار المستر
وتحويله بد ذلك الى تيار متردد عن طريق انفرتر inverter
او تحويل من التيار المتردد الى التيار المستمر عن طريق
ال rectifier
وسوف نتحدث عن تلك التطبيقات بالتفصيل في الدروس القادمة
باذن الله تعالى
