إن صياغة مسألة تحويل الأمبيرات إلى كيلووات، والكيلووات إلى أمبيرات، غير صحيحة إلى حد ما. والحقيقة هي أن الأمبيرات والكيلووات هي كميات فيزيائية مختلفة قليلاً. الأمبير هو وحدة قياس التيار الكهربائي، والكيلووات هي وحدة قياس الطاقة الكهربائية. من الأصح الحديث عن تطابق القوة الحالية مع القوة المشار إليها، أو القوة المقابلة لقيمة القوة الحالية. لذلك، يجب أن يُفهم تحويل الأمبيرات إلى كيلووات والعكس ليس حرفيًا، بل نسبيًا. وهذا ما يجب أن ننطلق منه في حسابات أخرى.

في كثير من الأحيان، معرفة كمية واحدة، من الضروري تحديد أخرى. قد يكون ذلك ضروريًا لتحديد معدات الحماية والتبديل. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى تحديد قاطع دائرة أو منصهر عندما تكون الطاقة الإجمالية لجميع المستهلكين معروفة.

قد يشمل المستهلكون المصابيح المتوهجة ومصابيح الفلورسنت والمكاوي والغسالة والغلاية والكمبيوتر الشخصي والأجهزة المنزلية الأخرى.

في حالة أخرى، إذا كان هناك جهاز حماية بتيار مقنن معروف، فمن الممكن تحديد الطاقة الإجمالية لجميع المستهلكين الذين يُسمح لهم بـ "تحميل" الجهاز أو الصمامات.

يجب أن تعلم أن مستهلكي الكهرباء عادةً ما يشيرون إلى استهلاك الطاقة المقدر، ويشير جهاز الحماية (قاطع الدائرة أو المصهر) إلى التيار المقنن.

لتحويل الأمبيرات إلى كيلووات والعكس، لا بد من معرفة قيمة الكمية الثالثة، والتي بدونها يستحيل إجراء الحسابات. هذه هي قيمة العرض أو الجهد المقنن. إذا كان الجهد القياسي في الشبكة الكهربائية (المنزلية) هو 220 فولت، فعادةً ما تتم الإشارة إلى الجهد المقنن على المستهلكين أنفسهم وعلى أجهزة الحماية.

وهذا هو، على سبيل المثال، على المصباح المتوهج للشبكة الكهربائية المنزلية، بالإضافة إلى الطاقة، يشار أيضا إلى الجهد المقدر الذي تم تصميمه من أجله. وينطبق الشيء نفسه على قواطع الدائرة (الصمامات). كما أنها تشير أيضًا إلى الجهد المقنن الذي يجب تشغيلها به.

تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه بالإضافة إلى الشبكة المعتادة أحادية الطور 220 فولت، غالبًا ما يتم استخدام شبكة كهربائية ثلاثية الطور 380 فولت (عادةً في الإنتاج). يجب أيضًا أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند حساب الطاقة والتيار.

تحويل الأمبيرات إلى كيلووات (شبكة 220 فولت أحادية الطور)

لنفترض أن لدينا قاطع دائرة أحادي القطب بتيار مقنن يبلغ 25 أمبير. أولئك. في وضع التشغيل العادي، يجب أن يتدفق تيار لا يزيد عن 25 أمبير عبر الجهاز. من أجل تحديد أقصى قدر ممكن من الطاقة التي يمكن أن يتحملها الجهاز، يجب عليك استخدام الصيغة:

ف = يو*أنا

حيث: P - الطاقة، W (واط)؛

U - الجهد، V (فولت)؛

أنا - القوة الحالية، (أمبير).

نستبدل القيم المعروفة في الصيغة ونحصل على ما يلي:

ف = 220 فولت * 25 أمبير = 5500 وات

تم الحصول على الطاقة بالواط. من أجل تحويل القيمة الناتجة إلى كيلووات، قم بتقسيم 5500 واط على 1000 واحصل على 5.5 كيلووات (كيلووات). أولئك. يجب ألا تتجاوز الطاقة الإجمالية لجميع المستهلكين الذين سيتم تشغيلهم من جهاز بتصنيف 25 أمبير 5.5 كيلو واط.

تحويل كيلووات إلى أمبيرات في شبكة أحادية الطور

إذا كانت الطاقة الإجمالية لجميع المستهلكين معًا أو كل مستهلك على حدة معروفة، فمن السهل تحديد التيار المقدر لجهاز الحماية المطلوب لتزويد المستهلكين بالطاقة المعروفة.

لنفترض أن هناك العديد من المستهلكين الذين تبلغ قوتهم الإجمالية 2.9 كيلو واط:

• المصابيح المتوهجة 4 قطع. قوة 100 واط لكل منهما؛
• غلاية بسعة 2 كيلو واط.
• كمبيوتر شخصي بقوة 0.5 كيلو واط.

لتحديد الطاقة الإجمالية، تحتاج أولاً إلى جمع قيم جميع المستهلكين في مؤشر واحد. أولئك. تحويل كيلووات إلى واط. لأن 1 كيلو واط = 1000 واط، فإن قوة الغلاية ستكون 2 كيلو واط * 1000 = 2000 واط. ستكون طاقة الكمبيوتر مساوية لـ 0.5 كيلو واط * 1000 = 500 واط.

نحدد الطاقة الإجمالية لجميع المستهلكين. من الضروري إضافة قوة المصابيح المتوهجة والغلاية وأجهزة الكمبيوتر.

PΣ = 400 واط + 2000 واط + 500 واط = 2900 واط

لتحديد القوة الحالية المقابلة لقوة 2900 واط عند جهد شبكة 220 فولت، نستخدم نفس صيغة الطاقة P = U*I. دعنا نحول الصيغة ونحصل على:

أنا = P / U = 2900 واط / 220 فولت ≈ 13.2 أمبير

نتيجة لعملية حسابية بسيطة، اتضح أن تيار الحمل بقوة 2900 واط يساوي تقريبًا 13.2 أمبير. اتضح أن التيار المقنن للجهاز المحدد يجب أن يكون على الأقل هذه القيمة.

لأن أقرب قيمة تصنيفية قياسية لقاطع الدائرة التقليدية أحادي الطور هي 16A، ثم بالنسبة للحمل بقدرة 2.9 كيلووات، يكون قاطع الدائرة بتيار مقدر 16A مناسبًا.

تحويل الأمبير إلى كيلووات والعكس (شبكة ثلاثية الطور 380 فولت)

تشبه طريقة حساب تحويل الأمبيرات إلى كيلووات والعكس في شبكة ثلاثية الطور طريقة الحساب الخاصة بشبكة كهربائية أحادية الطور. والفرق الوحيد هو في صيغة الحساب.

لتحديد استهلاك الطاقة في شبكة ثلاثية الطور، يتم استخدام الصيغة التالية:

ف = √3*U*I

حيث: P - الطاقة، W (واط)؛

U - الجهد، V (فولت)؛

I - القوة الحالية، A (أمبير)؛

لنتخيل أنه من الضروري تحديد الطاقة التي يمكن أن يتحملها قاطع الدائرة ثلاثي الطور بتيار مقنن يبلغ 50 أمبير. نستبدل القيم المعروفة في الصيغة ونحصل على:

P = √3*380 فولت*50 أمبير ≈ 32908 واط

نقوم بتحويل الواط إلى كيلووات عن طريق قسمة 32908 واط على 1000 ونجد أن الطاقة تبلغ حوالي 32.9 كيلو واط. أولئك. يمكن لقاطع الدائرة 50A ثلاثي الطور أن يتحمل حملًا قدره 32.9 كيلووات.

إذا كانت قوة المستهلك ثلاثي الطور معروفة، فسيتم حساب تيار التشغيل لقاطع الدائرة عن طريق تحويل الصيغة أعلاه.

يتم تحديد تيار الجهاز بالتعبير التالي:

أنا = ف/(√3*U)

لنفترض أن قوة المستهلك ثلاثي الطور تبلغ 10 كيلووات. القدرة بالواط ستكون 10 كيلو واط * 1000 = 10000 واط. تحديد القوة الحالية:

أنا = 10000 واط/(√3*380) ≈ 15.2 أمبير.

لذلك، بالنسبة للمستهلك بقدرة 10 كيلوواط، فإن الآلة ذات التصنيف 16A مناسبة.

للإجابة على هذا السؤال البسيط بشكل عام، نحتاج مرة أخرى إلى النظر بإيجاز في الكميات الفيزيائية مثل التيار (A)، والجهد (V)، والطاقة (W). إنهم مرتبطون ارتباطًا وثيقًا جدًا ولا يمكن أن يوجدوا بدون بعضهم البعض.

الاعتماد على المجال الكهربائي

نحن ندرك جيدًا أن إنشاء وصيانة التيار الكهربائي يعتمد كليًا على المجال الكهربائي. يعتمد بشكل مباشر على حجم المجال الكهربائي. لفهم هذه العلاقة بشكل أفضل، دعونا نحاول توصيف هذه المفاهيم من الناحية الكمية.

القوة الحالية ليست اسمًا جيدًا لهذه العملية. لقد ظهر في وقت لم يكن من الواضح فيه تمامًا ما هو عليه. بعد كل شيء، هذه ليست قوة على الإطلاق، في حد ذاتها، ولكن عدد الإلكترونات (الكهرباء) التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل في ثانية واحدة. ويمكن التعبير عن هذه الكمية بعدد الإلكترونات التي تمر عبر موصل في الثانية. ومع ذلك، فإن شحنة الإلكترون هي قيمة صغيرة جدا. انها ليست مناسبة للاستخدام العملي.

على سبيل المثال:يمر 2 × 1018 إلكترونًا عبر فتيل مصباح يدوي عادي في ثانية واحدة. لذلك، بدأت وحدة قياس حجم الشحنة الكهربائية تعتبر الشحنة التي تحتوي على 6.25×1018 إلكترونًا. وتسمى هذه الشحنة بالكولوم. لذلك، تعتبر الوحدة النهائية هي التيار الذي تمر عنده شحنة قدرها 1 كولوم عبر المقطع العرضي للموصل في ثانية واحدة. تم استدعاء هذه الوحدة أمبيرولا يزال يستخدم في الهندسة الكهربائية لقياس التيار.

من أجل تحديد مدى اعتماد التيار الكهربائي على المجال الكهربائي، من الضروري أن تكون قادرا على قياس حجم المجال. بعد كل شيء، المجال هو القوة التي تؤثر على أي شحنة أو إلكترون أو كولوم. إن وجود مثل هذه القوة هو الذي يميز المجال الكهربائي.

قياس قوة المجال

من الصعب جدًا قياس شدة المجال، لأنها ليست هي نفسها في أماكن مختلفة من الموصل. سيكون من الضروري إجراء عدد كبير من القياسات المعقدة في نقاط مختلفة. في هذا الصدد، لا يتميز حجم المجال بالقوة المؤثرة على الشحنات، ولكن بالعمل الذي تقوم به عند تحريك قلادة واحدة من أحد طرفي الموصل إلى الطرف الآخر. العمل الذي يبذله المجال الكهربائي يسمى الجهد. ويسمى أيضًا فرق الجهد (+ و-) عند طرفي الموصل. تسمى وحدة الجهد فولت.

وهكذا يمكن أن نستنتج أن مفهوم التيار الكهربائي يتميز بكميتين رئيسيتين: قوة التيار هي التيار الكهربائي نفسه، والجهد هو مقدار المجال الذي ينشأ عنده التيار نفسه. اتضح أن القوة تعتمد بشكل مباشر على الجهد.

ما هي القوة

وأخيرًا، دعونا نلقي نظرة سريعة على ماهية القوة. نحن نعلم بالفعل أن U (الجهد) هو الشغل المبذول عند تحريك 1 كولوم. I هي القوة الحالية، أو عدد الكولومات التي تمر في ثانية واحدة. وبالتالي، فإن I x U هو مؤشر لإجمالي العمل المنجز في ثانية واحدة. في الواقع، هذه هي قوة التيار الكهربائي. وحدة القوة هي واط.

كيفية تحويل واط إلى أمبير

واط = أمبير × فولت أو P = أنا × U

الأمبير = واط / فولت أو I = P / U

كمثال توضيحي، فكر في هذا الخيار

4.6 أمبير = 1000 وات/220 فولت

2.7 أمبير = 600 وات/220 فولت

1.8 أمبير = 400 وات/220 فولت

1.1 أمبير = 250 وات/220 فولت

نحن مدينون بالراحة الحديثة في حياتنا للتيار الكهربائي. فهو ينير منازلنا، ويولد الإشعاع في النطاق المرئي لموجات الضوء، ويطبخ ويسخن الطعام في مجموعة متنوعة من الأجهزة مثل المواقد الكهربائية، وأفران الميكروويف، والمحامص، مما يوفر علينا الحاجة إلى العثور على وقود للنار. وبفضلها، نتحرك بسرعة في المستوى الأفقي في القطارات الكهربائية ومترو الأنفاق والقطارات، ونتحرك في المستوى الرأسي على السلالم المتحركة وفي كبائن المصاعد. نحن مدينون بالدفء والراحة في منازلنا للتيار الكهربائي الذي يتدفق في مكيفات الهواء والمراوح والسخانات الكهربائية. مجموعة متنوعة من الآلات الكهربائية التي تعمل بالتيار الكهربائي تجعل عملنا أسهل، سواء في المنزل أو في العمل. حقًا، نحن نعيش في عصر الكهرباء، لأنه بفضل التيار الكهربائي تعمل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية والإنترنت والتلفزيون والأجهزة الإلكترونية الذكية الأخرى. ليس من قبيل الصدفة أن تبذل البشرية الكثير من الجهد لتوليد الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية والنووية والكهرومائية - فالكهرباء نفسها هي الشكل الأكثر ملاءمة للطاقة.

بغض النظر عن مدى التناقض الذي قد يبدو عليه الأمر، كانت أفكار الاستخدام العملي للتيار الكهربائي من بين الأفكار الأولى التي تبناها الجزء الأكثر تحفظًا في المجتمع - ضباط البحرية. ومن الواضح أن الوصول إلى القمة في هذه الطبقة المغلقة كان أمرًا صعبًا، وكان من الصعب أن نثبت للأميرالات، الذين بدأوا كعمال مقصورة في الأسطول الشراعي، ضرورة التحول إلى السفن المعدنية بالكامل ذات المحركات البخارية، لذلك اعتمد صغار الضباط دائمًا على الابتكارات. لقد كان نجاح استخدام السفن النارية خلال الحرب الروسية التركية عام 1770، هو الذي حسم نتيجة المعركة في خليج تشيسمي، وهو ما أثار مسألة حماية الموانئ ليس فقط بالبطاريات الساحلية، ولكن أيضًا بوسائل أكثر حداثة. الدفاع في ذلك الوقت - حقول الألغام.

تم تطوير المناجم تحت الماء لأنظمة مختلفة منذ بداية القرن التاسع عشر؛ وكانت التصاميم الأكثر نجاحًا هي المناجم المستقلة التي تعمل بالكهرباء. في السبعينيات في القرن التاسع عشر، اخترع الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز جهازًا للتفجير الكهربائي لمناجم المرساة بعمق نشر يصل إلى 40 مترًا، وتعديلاته مألوفة لنا من الأفلام التاريخية المتعلقة بالمواضيع البحرية - وهذا هو "المقرن" سيئ السمعة. لغم، حيث تم سحق "قرن" الرصاص الذي يحتوي على أمبولة مملوءة بالكهرباء عند ملامسته بدن السفينة، ونتيجة لذلك بدأت بطارية بسيطة في العمل، وكانت طاقتها كافية لتفجير اللغم .

كان البحارة أول من قدر إمكانات مصادر الضوء القوية التي كانت لا تزال غير كاملة في ذلك الوقت - تعديلات على شموع يابلوشكوف، حيث كان مصدر الضوء عبارة عن قوس كهربائي وقطب كربون إيجابي ساخن متوهج - لاستخدامها في الإشارة وإضاءة ساحة المعركة. أعطى استخدام الكشافات ميزة ساحقة للجانب الذي استخدمها في المعارك الليلية أو استخدمها ببساطة كوسيلة للإشارة لنقل المعلومات وتنسيق تصرفات التشكيلات البحرية. والمنارات المجهزة بأضواء كاشفة قوية سهّلت الملاحة في المياه الساحلية الخطرة.

ليس من المستغرب أن البحرية هي التي اعتمدت أساليب نقل المعلومات اللاسلكية بضجة كبيرة - لم يكن البحارة محرجين من الحجم الكبير لمحطات الراديو الأولى، لأن مباني السفن جعلت من الممكن استيعاب مثل هذه المحطات المتقدمة، على الرغم من أن أجهزة الاتصالات كانت مرهقة للغاية في ذلك الوقت.

ساعدت الآلات الكهربائية في تبسيط عملية تحميل بنادق السفن، وزادت وحدات الطاقة الكهربائية المستخدمة في تحويل أبراج الأسلحة من القدرة على المناورة في ضربات المدافع. أدت الأوامر المرسلة عبر تلغراف السفينة إلى زيادة كفاءة التفاعل بين الفريق بأكمله، مما أعطى ميزة كبيرة في الاشتباكات القتالية.

كان الاستخدام الأكثر فظاعة للتيار الكهربائي في التاريخ البحري هو استخدام غواصات الإغارة من طراز U التي تعمل بالديزل والكهرباء من قبل الرايخ الثالث. أغرقت غواصات "وولف باك" التابعة لهتلر العديد من سفن أسطول النقل المتحالف - فقط تذكر المصير المحزن للقافلة PQ-17.

تمكن البحارة البريطانيون من الحصول على عدة نسخ من آلات التشفير إنجما (ريدل)، ونجحت المخابرات البريطانية في فك شفرتها. أحد العلماء البارزين الذين عملوا على هذا هو آلان تورينج، المعروف بمساهماته في أسس علوم الكمبيوتر. من خلال الوصول إلى الإرساليات اللاسلكية للأدميرال دونيتز، تمكنت قوات الحلفاء البحرية والقوات الجوية الساحلية من إعادة ولفباك إلى شواطئ النرويج وألمانيا والدنمارك، لذلك اقتصرت عمليات الغواصات على غارات قصيرة المدى بدءًا من عام 1943 فصاعدًا.

خطط هتلر لتجهيز غواصاته بصواريخ V-2 لشن هجمات على الساحل الشرقي للولايات المتحدة. ولحسن الحظ، حالت هجمات الحلفاء السريعة على الجبهتين الغربية والشرقية دون تحقيق هذه الخطط.

لا يمكن تصور وجود أسطول حديث بدون حاملات طائرات وغواصات نووية، حيث يتم ضمان استقلالها في مجال الطاقة من خلال المفاعلات النووية التي تجمع بنجاح بين تقنيات البخار في القرن التاسع عشر وتقنيات الكهرباء في القرن العشرين والتقنيات النووية في القرن الحادي والعشرين. تولد المفاعلات التي تعمل بالطاقة النووية تيارًا كهربائيًا يكفي لتزويد مدينة بأكملها بالطاقة.

بالإضافة إلى ذلك، حول البحارة انتباههم مرة أخرى إلى الكهرباء ويختبرون استخدام البنادق الكهرومغناطيسية - وهي بنادق كهربائية لإطلاق مقذوفات حركية لها قوة تدميرية هائلة.

مرجع تاريخي

مع ظهور مصادر التيار المباشر الكهروكيميائية الموثوقة التي طورها الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا، بدأت مجموعة كاملة من العلماء المتميزين من مختلف البلدان في دراسة الظواهر المرتبطة بالتيار الكهربائي وتطوير تطبيقاته العملية في العديد من مجالات العلوم والتكنولوجيا. ويكفي أن نتذكر العالم الألماني جورج أوم، الذي صاغ قانون تدفق التيار لدائرة كهربائية أولية؛ الفيزيائي الألماني غوستاف روبرت كيرشوف، الذي طور طرقًا لحساب الدوائر الكهربائية المعقدة؛ الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير، مكتشف قانون تفاعل التيارات الكهربائية الثابتة. أدت أعمال الفيزيائي الإنجليزي جيمس بريسكوت جول والعالم الروسي إميل كريستيانوفيتش لينز، بشكل مستقل عن بعضهما البعض، إلى اكتشاف قانون التقييم الكمي للتأثير الحراري للتيار الكهربائي.

كان التطور الإضافي لدراسة خصائص التيار الكهربائي هو عمل الفيزيائي البريطاني جيمس كلارك ماكسويل، الذي وضع أسس الديناميكا الكهربائية الحديثة، والتي تعرف الآن باسم معادلات ماكسويل. كما طور ماكسويل النظرية الكهرومغناطيسية للضوء، وتنبأ بالعديد من الظواهر (الموجات الكهرومغناطيسية، وضغط الإشعاع الكهرومغناطيسي). وفي وقت لاحق، أكد العالم الألماني هاينريش رودولف هيرتز تجريبياً وجود الموجات الكهرومغناطيسية؛ شكل عمله في دراسة الانعكاس والتداخل والحيود والاستقطاب للموجات الكهرومغناطيسية الأساس لإنشاء الراديو.

إن عمل الفيزيائيين الفرنسيين جان بابتيست بيوت وفيليكس سافارد، اللذين اكتشفا تجريبيا مظاهر المغناطيسية عندما يتدفق التيار المباشر، وعالم الرياضيات الفرنسي الرائع بيير سيمون لابلاس، الذي عمم نتائجهما في شكل قانون رياضي، ل لأول مرة، تم الربط بين جانبي ظاهرة واحدة، مما وضع الأساس للكهرومغناطيسية. وقد تولى قيادة هؤلاء العلماء عالم الفيزياء البريطاني اللامع مايكل فاراداي، الذي اكتشف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ووضع الأساس للهندسة الكهربائية الحديثة.

مساهمة كبيرة في تفسير طبيعة التيار الكهربائي قدمها الفيزيائي النظري الهولندي هندريك أنطون لورنتز، الذي ابتكر النظرية الإلكترونية الكلاسيكية وحصل على تعبير عن القوة المؤثرة على شحنة متحركة من المجال الكهرومغناطيسي.

كهرباء. تعريفات

التيار الكهربائي هو الحركة الموجهة (المنظمة) للجزيئات المشحونة. ولهذا السبب، يتم تعريف التيار على أنه عدد الشحنات التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية:

I = q / t حيث q يتم الشحن بالكولوم، t هو الوقت بالثواني، I الحالي بالأمبير

تعريف آخر للتيار الكهربائي يتعلق بخصائص الموصلات ويوصف بقانون أوم:

I = U/R حيث U هو الجهد بالفولت، R هو المقاومة بالأوم، I التيار بالأمبير

يتم قياس التيار الكهربائي بالأمبير (A) ومضاعفاته العشرية ومضاعفاته الفرعية - النانو أمبير (جزء من مليار أمبير، nA)، والميكرو أمبير (جزء من المليون من الأمبير، μA)، والملي أمبير (جزء من الألف من الأمبير، mA)، والكيلو أمبير (الآلاف من الأمبير). الأمبيرات، kA) والميجا أمبيرات (ملايين الأمبيرات، MA).

يتم تعريف البعد الحالي في نظام SI بأنه

[أ] = [الكلور] / [ثانية]

ملامح تدفق التيار الكهربائي في البيئات المختلفة. فيزياء الظواهر

التيار الكهربائي في المواد الصلبة: المعادن وأشباه الموصلات والعوازل

عند النظر في مسألة تدفق التيار الكهربائي، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار وجود ناقلات تيار مختلفة - الشحنات الأولية - المميزة لحالة فيزيائية معينة للمادة. المادة نفسها يمكن أن تكون صلبة أو سائلة أو غازية. ومن الأمثلة الفريدة لهذه الحالات التي يتم ملاحظتها في الظروف العادية حالة أول أكسيد الهيدروجين، أو بعبارة أخرى، هيدروكسيد الهيدروجين، أو ببساطة الماء العادي. ونلاحظ مرحلته الصلبة عندما نخرج قطعًا من الثلج من الفريزر لتبريد المشروبات التي يعتمد معظمها على الماء السائل. وعند تحضير الشاي أو القهوة سريعة التحضير، نسكب فوقها الماء المغلي، ويتم التحكم في جاهزية الأخير من خلال ظهور رذاذ يتكون من قطرات ماء تتكثف في الهواء البارد من بخار الماء الغازي الخارج من فوهة الكوب. الغلاية.

وهناك أيضًا حالة رابعة للمادة تسمى البلازما، والتي تشكل الطبقات العليا من النجوم، والغلاف الأيوني للأرض، واللهب، والأقواس الكهربائية، والمادة في مصابيح الفلورسنت. من الصعب إعادة إنتاج البلازما ذات درجة الحرارة المرتفعة في المختبرات الأرضية، لأنها تتطلب درجات حرارة عالية جدًا - أكثر من 1,000,000 كلفن.

من الناحية الهيكلية، تنقسم المواد الصلبة إلى بلورية وغير متبلورة. المواد البلورية لها بنية هندسية مرتبة؛ تشكل ذرات أو جزيئات هذه المادة شبكات حجمية أو مسطحة غريبة؛ تشمل المواد البلورية المعادن وسبائكها وأشباه الموصلات. نفس الماء على شكل رقاقات ثلجية (بلورات مختلفة الأشكال غير المتكررة) يوضح تمامًا فكرة المواد البلورية. المواد غير المتبلورة لا تحتوي على شبكة بلورية؛ هذا الهيكل نموذجي للعوازل.

في الظروف العادية، يتدفق التيار في المواد الصلبة بسبب حركة الإلكترونات الحرة المتكونة من إلكترونات التكافؤ للذرات. ومن وجهة نظر سلوك المواد عند مرور تيار كهربائي من خلالها، تنقسم الأخيرة إلى موصلات وأشباه موصلات وعوازل. يتم تحديد خصائص المواد المختلفة، وفقًا لنظرية شريط الموصلية، من خلال عرض فجوة النطاق، والتي لا يمكن تحديد موقع الإلكترونات فيها. تتمتع العوازل بأكبر فجوة نطاق، حيث تصل في بعض الأحيان إلى 15 فولت. عند درجة حرارة الصفر المطلق، لا تحتوي العوازل وأشباه الموصلات على إلكترونات في نطاق التوصيل، ولكن في درجة حرارة الغرفة سيكون هناك بالفعل عدد معين من الإلكترونات التي تم طردها من نطاق التكافؤ بسبب الطاقة الحرارية. في الموصلات (المعادن) يتداخل نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ، لذلك عند درجة حرارة الصفر المطلق يوجد عدد كبير إلى حد ما من الإلكترونات - الموصلات الحالية، التي تستمر عند درجات حرارة أعلى للمواد، حتى ذوبانها الكامل. تمتلك أشباه الموصلات فجوات نطاقية صغيرة، وتعتمد قدرتها على توصيل التيار الكهربائي بشكل كبير على درجة الحرارة والإشعاع وعوامل أخرى، بالإضافة إلى وجود الشوائب.

والحالة المنفصلة هي تدفق التيار الكهربائي عبر ما يسمى بالموصلات الفائقة - وهي مواد ليس لها مقاومة لتدفق التيار. تشكل إلكترونات التوصيل لهذه المواد مجموعات من الجزيئات المترابطة بسبب التأثيرات الكمومية.

العوازل، كما يوحي اسمها، تقوم بتوصيل الكهرباء بشكل سيء للغاية. تُستخدم خاصية العوازل هذه للحد من تدفق التيار بين الأسطح الموصلة للمواد المختلفة.

بالإضافة إلى وجود تيارات في الموصلات ذات المجال المغناطيسي الثابت، في وجود التيار المتردد والمجال المغناطيسي المتناوب المرتبط به، تنشأ تأثيرات مرتبطة بتغيره أو ما يسمى بتيارات “الدوامة”، أو ما يسمى بتيارات فوكو. كلما تغير التدفق المغناطيسي بشكل أسرع، زادت قوة التيارات الدوامة، التي لا تتدفق على طول مسارات معينة في الأسلاك، ولكنها تغلق في الموصل، وتشكل دوائر دوامة.

تظهر تيارات إيدي تأثيرًا جلديًا، مما يعني أن التيار الكهربائي المتناوب والتدفق المغناطيسي ينتشران بشكل رئيسي في الطبقة السطحية للموصل، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. لتقليل فقدان الطاقة بسبب التيارات الدوامية، يتم استخدام تقسيم النوى المغناطيسية للتيار المتردد إلى ألواح منفصلة معزولة كهربائيًا.

التيار الكهربائي في السوائل (الشوارد)

جميع السوائل، بدرجة أو بأخرى، قادرة على توصيل التيار الكهربائي عند تطبيق الجهد الكهربائي. تسمى هذه السوائل الشوارد. الناقلات الحالية فيها هي أيونات موجبة وسالبة الشحنة - الكاتيونات والأنيونات، على التوالي، الموجودة في محلول المواد بسبب التفكك الكهربائي. إن التيار في الإلكتروليتات بسبب حركة الأيونات، على عكس التيار الناتج عن حركة الإلكترونات المميزة للمعادن، يصاحبه انتقال المواد إلى الأقطاب الكهربائية مع تكوين مركبات كيميائية جديدة بالقرب منها أو ترسيب هذه المواد أو المركبات الجديدة على الأقطاب الكهربائية.

أرست هذه الظاهرة الأساس للكيمياء الكهربائية الحديثة من خلال قياس مكافئات الجرام للمواد الكيميائية المختلفة، وبالتالي تحويل الكيمياء غير العضوية إلى علم دقيق. أتاح التطوير الإضافي لكيمياء الإلكتروليتات إنشاء مصادر للتيار الكيميائي قابلة لإعادة الشحن وقابلة لإعادة الشحن (البطاريات الجافة والمراكم وخلايا الوقود)، والتي بدورها أعطت زخمًا كبيرًا لتطوير التكنولوجيا. ما عليك سوى أن تنظر تحت غطاء محرك سيارتك لترى نتائج جهود أجيال من العلماء والمهندسين الكيميائيين على شكل بطارية سيارة.

لا يسمح عدد كبير من العمليات التكنولوجية المعتمدة على تدفق التيار في الإلكتروليتات بإعطاء مظهر مثير للإعجاب للمنتجات النهائية (طلاء الكروم والطلاء بالنيكل)، ولكن أيضًا لحمايتها من التآكل. تشكل عمليات الترسيب الكهروكيميائي والحفر الكهروكيميائي أساس صناعة الإلكترونيات الحديثة. هذه هي العمليات التكنولوجية الأكثر شعبية في الوقت الحاضر؛ حيث يصل عدد المكونات المصنعة باستخدام هذه التقنيات إلى عشرات المليارات من الوحدات سنويًا.

التيار الكهربائي في الغازات

يرجع التيار الكهربائي في الغازات إلى وجود إلكترونات وأيونات حرة فيها. تتميز الغازات، بسبب خلخلتها، بطول مسار طويل قبل اصطدام الجزيئات والأيونات؛ ولهذا السبب، فإن تدفق التيار من خلالها في الظروف العادية يكون صعبًا نسبيًا. ويمكن قول الشيء نفسه عن مخاليط الغازات. الخليط الطبيعي للغازات هو الهواء الجوي، والذي يعتبر في الهندسة الكهربائية عازلًا جيدًا. وهذا أيضًا أمر نموذجي بالنسبة للغازات الأخرى ومخاليطها في الظروف الفيزيائية العادية.

يعتمد تدفق التيار في الغازات إلى حد كبير على عوامل فيزيائية مختلفة، مثل الضغط ودرجة الحرارة وتكوين الخليط. بالإضافة إلى ذلك، أنواع مختلفة من الإشعاعات المؤينة لها تأثير. وبالتالي، على سبيل المثال، عند التعرض للضوء بالأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية، أو تحت تأثير جسيمات الكاثود أو الأنود أو الجزيئات المنبعثة من المواد المشعة، أو أخيرًا، تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة، تكتسب الغازات خاصية التوصيل الكهربائي بشكل أفضل حاضِر.

تسمى العملية الماصة للحرارة لتكوين الأيونات نتيجة لامتصاص الطاقة بواسطة ذرات محايدة كهربائيًا أو جزيئات الغاز بالتأين. بعد تلقي طاقة كافية، يتغلب إلكترون أو عدة إلكترونات من غلاف الإلكترون الخارجي على الحاجز المحتمل، ويترك الذرة أو الجزيء، ويصبح إلكترونات حرة. تصبح ذرة أو جزيء الغاز أيونات موجبة الشحنة. يمكن أن ترتبط الإلكترونات الحرة بالذرات أو الجزيئات المحايدة لتكوين أيونات سالبة الشحنة. يمكن للأيونات الموجبة أن تستعيد الإلكترونات الحرة عند الاصطدام، وتصبح محايدة كهربائيًا مرة أخرى. وتسمى هذه العملية إعادة التركيب.

يصاحب مرور التيار عبر وسط غازي تغير في حالة الغاز، مما يحدد الطبيعة المعقدة لاعتماد التيار على الجهد المطبق، وبشكل عام، يخضع لقانون أوم فقط عند التيارات المنخفضة.

هناك تصريفات غير مكتفية ذاتيا ومستقلة في الغازات. في التفريغ غير المستدام ذاتيًا، يوجد التيار في الغاز فقط في وجود عوامل مؤينة خارجية؛ وفي غيابها، لا يوجد تيار كبير في الغاز. أثناء التفريغ الذاتي، يتم الحفاظ على التيار بسبب تأثير تأين الذرات والجزيئات المحايدة عند الاصطدام بالإلكترونات والأيونات الحرة المتسارعة بواسطة المجال الكهربائي، حتى بعد إزالة التأثيرات المؤينة الخارجية.

يُطلق على التفريغ غير المستدام ذاتيًا مع وجود فرق جهد صغير بين الأنود والكاثود في الغاز اسم التفريغ الهادئ. مع زيادة الجهد، يزداد التيار أولاً بما يتناسب مع الجهد (القسم OA الخاص بخاصية الجهد الحالي للتفريغ الهادئ)، ثم تتباطأ الزيادة في التيار (القسم من المنحنى AB). عندما تذهب جميع الجزيئات المتولدة تحت تأثير المؤين إلى الكاثود والأنود في نفس الوقت، فإن التيار لا يزيد مع زيادة الجهد (قسم الرسم البياني BC). مع زيادة أخرى في الجهد، يزداد التيار مرة أخرى، ويتحول التفريغ الهادئ إلى تفريغ جليدي غير مكتفي ذاتيا. أحد أنواع التفريغ غير المستدام هو التفريغ الوهج، الذي ينشأ عنه ضوء في مصابيح تفريغ الغاز بمختلف الألوان والأغراض.

يتميز انتقال التفريغ الكهربائي غير المستدام في الغاز إلى تفريغ ذاتي الاكتفاء بزيادة حادة في التيار (النقطة E على المنحنى المميز للجهد الحالي). ويسمى بالانهيار الكهربائي للغاز.

تشير جميع أنواع التصريفات المذكورة أعلاه إلى أنواع التصريفات ذات الحالة المستقرة، والتي لا تعتمد خصائصها الرئيسية على الوقت. بالإضافة إلى تفريغات الحالة المستقرة، هناك تفريغات عابرة، والتي تنشأ عادة في المجالات الكهربائية القوية غير المتجانسة، على سبيل المثال، بالقرب من الأسطح المدببة والمنحنية للموصلات والأقطاب الكهربائية. هناك نوعان من التفريغات العابرة: تفريغات الإكليل والتفريغ الشراري.

مع تفريغ الهالة، لا يؤدي التأين إلى الانهيار، بل يمثل ببساطة عملية متكررة لإشعال تفريغ غير مكتفي ذاتيًا في مساحة محدودة بالقرب من الموصلات. مثال على تفريغ الهالة هو توهج الهواء الجوي بالقرب من هوائيات مرتفعة للغاية أو مانعات الصواعق أو خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي. حدوث تفريغ الاكليل على خطوط الكهرباء يؤدي إلى فقدان الكهرباء. في العصور السابقة، كان هذا التوهج الموجود على قمم الصواري مألوفًا لدى بحارة الأسطول الشراعي كأضواء سانت إلمو. يُستخدم تفريغ كورونا في طابعات الليزر وآلات النسخ الكهربائية، حيث يتم توليده بواسطة كوروترون - وهو سلك معدني يتم تطبيق الجهد العالي عليه. يعد ذلك ضروريًا لتأين الغاز من أجل شحن الأسطوانة الحساسة للضوء. في هذه الحالة، يكون تفريغ الهالة مفيدًا.

يؤدي تفريغ الشرارة، على عكس تفريغ الإكليل، إلى الانهيار ويكون له ظهور قنوات متفرعة لامعة ومتقطعة مملوءة بالغاز المتأين، تظهر وتختفي، ويصاحبها إطلاق كمية كبيرة من الحرارة وتوهج لامع. مثال على تفريغ الشرارة الطبيعية هو البرق، حيث يمكن أن يصل التيار إلى عشرات الكيلومترات. يسبق تكوين البرق نفسه إنشاء قناة توصيل، ما يسمى بالقائد "المظلم" الهابط، والذي يشكل، مع القائد الصاعد المستحث، قناة موصلة. البرق عادة ما يكون عبارة عن تفريغ شرارة متعددة في قناة التوصيل المشكلة. كما وجد تفريغ الشرارة القوي تطبيقه الفني في الومضات الضوئية المدمجة، حيث يحدث التفريغ بين أقطاب أنبوب زجاج الكوارتز المملوء بمزيج من الغازات النبيلة المتأينة.

يُطلق على الانهيار المستمر للغاز على المدى الطويل اسم تفريغ القوس ويستخدم في تكنولوجيا اللحام، وهو حجر الزاوية في تكنولوجيا إنشاء الهياكل الفولاذية في عصرنا، من ناطحات السحاب إلى حاملات الطائرات والسيارات. يتم استخدامه لكل من اللحام وقطع المعادن. يرجع الاختلاف في العمليات إلى قوة التيار المتدفق. عند القيم الحالية المنخفضة نسبيًا، يحدث لحام المعادن؛ عند قيم تيار تفريغ القوس الأعلى، يحدث قطع المعادن بسبب إزالة المعدن المنصهر من تحت القوس الكهربائي باستخدام طرق مختلفة.

تطبيق آخر لتصريف القوس في الغازات هو مصابيح الإضاءة التي تعمل بتفريغ الغاز، والتي تعمل على تشتيت الظلام في شوارعنا وساحاتنا وملاعبنا (مصابيح الصوديوم) أو مصابيح الهالوجين الخاصة بالسيارات، والتي حلت الآن محل المصابيح المتوهجة التقليدية في المصابيح الأمامية للسيارات.

التيار الكهربائي في الفراغ

يعد الفراغ عازلًا مثاليًا، وبالتالي فإن التيار الكهربائي في الفراغ ممكن فقط في وجود ناقلات حرة على شكل إلكترونات أو أيونات، والتي يتم إنشاؤها بسبب الانبعاث الحراري أو الضوئي، أو طرق أخرى.

الطريقة الرئيسية لإنتاج التيار في الفراغ بسبب الإلكترونات هي طريقة الانبعاث الحراري للإلكترونات بواسطة المعادن. حول القطب المسخن ويسمى الكاثود تتشكل سحابة من الإلكترونات الحرة التي تضمن سريان التيار الكهربائي في وجود قطب كهربائي ثاني يسمى الأنود بشرط وجود جهد مناسب للقطبية المطلوبة بينهما. تسمى أجهزة التفريغ الكهربائية هذه بالثنائيات ولها خاصية توصيل التيار في اتجاه واحد، وتنطفئ عند عكس الجهد. تُستخدم هذه الخاصية لتصحيح التيار المتردد الذي يتم تحويله بواسطة نظام الصمام الثنائي إلى تيار مباشر نابض.

تتيح لك إضافة قطب كهربائي إضافي، يسمى الشبكة، الموجود بالقرب من الكاثود، الحصول على عنصر تضخيم الصمام الثلاثي، حيث تتيح لك التغييرات الصغيرة في الجهد على الشبكة بالنسبة إلى الكاثود الحصول على تغييرات كبيرة في التيار المتدفق، و وبالتالي، تحدث تغييرات كبيرة في الجهد عبر الحمل المتصل على التوالي مع المصباح بالنسبة لمصدر الطاقة، والذي يستخدم لتضخيم الإشارات المختلفة.

أحدث استخدام أجهزة الفراغ الكهربائي على شكل صمامات ثلاثية وأجهزة ذات عدد كبير من الشبكات لأغراض مختلفة (رباعيات وخماسيات وحتى سباعيات) ثورة في توليد وتضخيم إشارات الترددات الراديوية، وأدى إلى إنشاء البث الإذاعي والتلفزيوني الحديث أنظمة.

تاريخياً، كان تطور البث الإذاعي هو الأول، حيث أن طرق تحويل الإشارات ذات التردد المنخفض نسبياً ونقلها، وكذلك دوائر أجهزة الاستقبال مع تضخيم وتحويل التردد الراديوي وتحويله إلى إشارة صوتية، كانت نسبياً بسيط.

عند إنشاء التلفزيون، تم استخدام أجهزة الفراغ الكهربائية لتحويل الإشارات الضوئية - الأيقونات، حيث تنبعث الإلكترونات بسبب الانبعاث الضوئي من الضوء الساقط. تم إجراء مزيد من تضخيم الإشارة بواسطة مكبرات الصوت باستخدام الأنابيب المفرغة. من أجل التحويل العكسي للإشارة التلفزيونية، تم استخدام أنابيب الصورة، لإنتاج صورة بسبب فلورة مادة الشاشة تحت تأثير الإلكترونات المتسارعة إلى طاقات عالية تحت تأثير الجهد المتسارع. قام نظام متزامن لقراءة إشارات منظار الأيقونات ونظام مسح الصور كينيسكوب بإنشاء صورة تلفزيونية. كانت مناظير الحركة الأولى أحادية اللون.

بعد ذلك، تم إنشاء أنظمة التلفزيون الملون، حيث تستجيب الأيقونات التي تقرأ الصور فقط للون الخاص بها (الأحمر أو الأزرق أو الأخضر). إن العناصر الباعثة لأنابيب الصورة (الفوسفور الملون) بسبب تدفق التيار الناتج عن ما يسمى بـ "البنادق الإلكترونية" ، والتي تتفاعل مع دخول الإلكترونات المتسارعة إليها ، تنبعث منها ضوءًا في نطاق معين من الشدة المناسبة. للتأكد من أن الأشعة الصادرة من البنادق من كل لون تضرب الفوسفور الخاص بها، تم استخدام أقنعة حماية خاصة.

يتم تصنيع معدات البث التلفزيوني والإذاعي الحديثة باستخدام عناصر أكثر تقدمًا ذات استهلاك أقل للطاقة - أشباه الموصلات.

إحدى الطرق المستخدمة على نطاق واسع للحصول على صور للأعضاء الداخلية هي طريقة التنظير الفلوري، حيث تتلقى الإلكترونات المنبعثة من الكاثود تسارعًا كبيرًا لدرجة أنها عندما تصطدم بالأنود، فإنها تولد أشعة سينية يمكنها اختراق الأنسجة الرخوة للأعضاء الداخلية. جسم الإنسان. تزود الأشعة السينية الأطباء بمعلومات فريدة عن تلف العظام وحالة الأسنان وبعض الأعضاء الداخلية، وتكشف حتى عن مرض خطير مثل سرطان الرئة.

بشكل عام، للتيارات الكهربائية التي تتشكل نتيجة حركة الإلكترونات في الفراغ نطاق واسع من التطبيقات، والتي تشمل جميع أنابيب الراديو، ومسرعات الجسيمات المشحونة، ومطياف الكتلة، والمجاهر الإلكترونية، ومولدات الفراغ ذات التردد الفائق، على شكل تيارات متنقلة أنابيب الموجة، الكليسترونات والمغنطرونات. بالمناسبة، المغنطرونات هي التي تسخن أو تطبخ طعامنا في أفران الميكروويف.

في الآونة الأخيرة، أصبحت تقنية تطبيق طلاءات الأفلام في الفراغ، والتي تلعب دور الطلاء الواقي والزخرفي والوظيفي، ذات أهمية كبيرة. وتستخدم مثل هذه الطلاءات بالمعادن وسبائكها ومركباتها مع الأكسجين والنيتروجين والكربون. تغير هذه الطلاءات الخصائص الكهربائية والبصرية والميكانيكية والمغناطيسية والتآكلية والتحفيزية للأسطح المطلية، أو تجمع بين عدة خصائص في وقت واحد.

لا يمكن الحصول على التركيب الكيميائي المعقد للطلاءات إلا باستخدام تقنية رش الأيونات في الفراغ، وأنواعها هي رش الكاثود أو تعديله الصناعي - رش المغنطرون. أخيرًا وهي التيار الكهربائيبسبب الأيونات، فإنه يرسب المكونات على السطح المترسب، مما يمنحه خصائص جديدة.

وبهذه الطريقة يمكن الحصول على ما يسمى بالطلاءات التفاعلية الأيونية (أغشية النتريدات والكربيدات وأكاسيد المعادن)، والتي تتمتع بمجموعة من الخصائص الميكانيكية والفيزيائية الحرارية والبصرية غير العادية (مع صلابة عالية، ومقاومة التآكل، والكهرباء والكهرباء). الموصلية الحرارية، والكثافة الضوئية)، والتي لا يمكن الحصول عليها بطرق أخرى.

التيار الكهربائي في علم الأحياء والطب

إن معرفة سلوك التيارات في الأجسام البيولوجية يمنح علماء الأحياء والأطباء طريقة قوية للبحث والتشخيص والعلاج.

من وجهة نظر الكيمياء الكهربائية، تحتوي جميع الكائنات البيولوجية على إلكتروليتات، بغض النظر عن السمات الهيكلية للكائن المحدد.

عند النظر في تدفق التيار من خلال الكائنات البيولوجية، فمن الضروري أن تأخذ بعين الاعتبار بنيتها الخلوية. أحد العناصر الأساسية للخلية هو غشاء الخلية - الغلاف الخارجي الذي يحمي الخلية من تأثيرات العوامل البيئية الضارة بسبب نفاذيتها الانتقائية للمواد المختلفة. من وجهة نظر فيزيائية، يمكن تصور غشاء الخلية على أنه اتصال متوازي لمكثف وعدة سلاسل من مصدر تيار ومقاوم متصلين على التوالي. وهذا يحدد مسبقًا اعتماد التوصيل الكهربائي للمادة البيولوجية على تردد الجهد المطبق وشكل تذبذباته.

يتكون النسيج البيولوجي من خلايا العضو نفسه، والسائل بين الخلايا (الليمفاوية)، والأوعية الدموية والخلايا العصبية. هذا الأخير، استجابة لتأثير التيار الكهربائي، يستجيب بالإثارة، مما يتسبب في انقباض واسترخاء العضلات والأوعية الدموية للحيوان. تجدر الإشارة إلى أن تدفق التيار في الأنسجة البيولوجية غير خطي.

من الأمثلة الكلاسيكية لتأثير التيار الكهربائي على جسم بيولوجي تجارب الطبيب الإيطالي وعالم التشريح وعالم وظائف الأعضاء والفيزيائي لويجي جالفاني، الذي أصبح أحد مؤسسي الفيزيولوجيا الكهربية. وفي تجاربه، أدى تمرير تيار كهربائي عبر أعصاب ساق الضفدع إلى تقلص العضلات ورعشة الساق. في عام 1791، تم وصف اكتشاف جالفاني الشهير في أطروحته عن القوى الكهربائية في الحركة العضلية. الظواهر نفسها التي اكتشفها جالفاني كانت تسمى لفترة طويلة "الجلفانية" في الكتب المدرسية والمقالات العلمية. ولا يزال هذا المصطلح محفوظًا في أسماء بعض الأجهزة والعمليات.

يرتبط التطوير الإضافي للفيزيولوجيا الكهربية ارتباطًا وثيقًا بالفيزيولوجيا العصبية. في عام 1875، أظهر الجراح الإنجليزي وعالم الفسيولوجي ريتشارد كاتون وعالم الفسيولوجي الروسي V. Ya. Danilevsky، بشكل مستقل عن بعضهما البعض، أن الدماغ هو مولد للنشاط الكهربائي، أي أنه تم اكتشاف التيارات الحيوية في الدماغ.

الكائنات البيولوجية في سياق أنشطتها الحياتية لا تخلق تيارات دقيقة فحسب، بل تخلق أيضًا الفولتية والتيارات الكبيرة. في وقت سابق بكثير من جالفاني، أثبت عالم التشريح الإنجليزي جون والش الطبيعة الكهربائية لتأثير الراي اللساع، وقدم الجراح وعالم التشريح الاسكتلندي جون هنتر وصفًا دقيقًا للعضو الكهربائي لهذا الحيوان. نُشر بحث والش وهنتر عام 1773.

في علم الأحياء والطب الحديثين، يتم استخدام طرق مختلفة لدراسة الكائنات الحية، سواء الغازية أو غير الغازية.

ومن الأمثلة الكلاسيكية على الأساليب الغازية هو فأر المختبر الذي لديه مجموعة من الأقطاب الكهربائية المزروعة في دماغه، والتي تعمل عبر متاهات أو تحل المشكلات الأخرى التي يكلفها بها العلماء.

تشمل الطرق غير الجراحية دراسات مألوفة مثل إجراء مخطط الدماغ أو مخطط كهربية القلب. في هذه الحالة، تقوم الأقطاب الكهربائية التي تقرأ التيارات الحيوية للقلب أو الدماغ بإزالة التيارات مباشرة من جلد الشخص المعني. لتحسين التلامس مع الأقطاب الكهربائية، يتم ترطيب الجلد بمحلول ملحي، وهو إلكتروليت جيد التوصيل.

بالإضافة إلى استخدام التيار الكهربائي في البحث العلمي والتحكم الفني لحالة العمليات والتفاعلات الكيميائية المختلفة، فإن إحدى أكثر لحظات استخدامه دراماتيكية والمعروفة لدى عامة الناس هي إعادة تشغيل قلب الشخصية "المتوقف" في فيلم حديث.

في الواقع، فإن تدفق نبضة قصيرة المدى من تيار كبير لا يكون إلا في حالات معزولة قادرة على بدء القلب المتوقف. في أغلب الأحيان، يتم استعادة إيقاعه الطبيعي من حالة الانقباضات المتشنجة الفوضوية، والتي تسمى الرجفان القلبي. تسمى الأجهزة المستخدمة لاستعادة الإيقاع الطبيعي لانقباضات القلب أجهزة تنظيم ضربات القلب. يقوم جهاز إزالة الرجفان الأوتوماتيكي الحديث بإجراء مخطط للقلب، ويحدد رجفان بطينات القلب ويقرر بشكل مستقل ما إذا كان سيتم الصدمة أم لا - قد يكون كافيًا تمرير نبضة تحفيز صغيرة عبر القلب. هناك اتجاه لتركيب أجهزة تنظيم ضربات القلب الأوتوماتيكية في الأماكن العامة، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من عدد الوفيات الناجمة عن السكتة القلبية غير المتوقعة.

ليس لدى أطباء الطوارئ الممارسين أدنى شك في استخدام مزيل الرجفان - المدربون على تحديد الحالة البدنية للمريض بسرعة من خلال مخطط كهربية القلب، فهم يتخذون القرار بشكل أسرع بكثير من جهاز مزيل الرجفان التلقائي المخصص لعامة الناس.

ومن المناسب أن نذكر أجهزة تنظيم ضربات القلب الاصطناعية، والتي تسمى أيضًا أجهزة تنظيم ضربات القلب. يتم زرع هذه الأجهزة تحت الجلد أو تحت عضلة الصدر للشخص، ويقوم هذا الجهاز، من خلال الأقطاب الكهربائية، بتوصيل نبضات تيار تبلغ حوالي 3 فولت إلى عضلة القلب (عضلة القلب)، مما يحفز الأداء الطبيعي للقلب. يمكن لأجهزة تنظيم ضربات القلب الحديثة أن توفر التشغيل المتواصل لمدة تتراوح بين 6 و14 عامًا.

خصائص التيار الكهربائي وتوليده وتطبيقه

يتميز التيار الكهربائي بالحجم والشكل. بناءً على سلوكه مع مرور الوقت، يتم التمييز بين التيار المباشر (لا يتغير مع مرور الوقت)، والتيار غير الدوري (يتغير عشوائيًا مع مرور الوقت)، والتيار المتردد (يتغير مع مرور الوقت وفقًا لقانون معين، وعادةً ما يكون دوريًا). في بعض الأحيان يتطلب حل المشكلات المختلفة التواجد المتزامن للتيار المباشر والمتناوب. في هذه الحالة، نتحدث عن التيار المتردد مع مكون مباشر.

تاريخيًا، كان أول من ظهر هو مولد التيار الكهربائي الاحتكاكي، والذي يولد التيار عن طريق فرك الصوف بقطعة من الكهرمان. تسمى الآن مولدات التيار الأكثر تقدمًا من هذا النوع بمولدات Van de Graaff، والتي سميت على اسم مخترع الحل التقني الأول لهذه الآلات.

كما ذكرنا أعلاه، اخترع الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا مولد تيار مباشر كهروكيميائي، والذي أصبح سلف البطاريات الجافة والبطاريات القابلة لإعادة الشحن وخلايا الوقود، والتي ما زلنا نستخدمها اليوم كمصادر مناسبة للتيار لمجموعة متنوعة من الأجهزة - من ساعات اليد والهواتف الذكية فقط بطاريات السيارات وبطاريات الجر لسيارات تسلا الكهربائية.

بالإضافة إلى مولدات التيار المباشر هذه، هناك مولدات تيار تعتمد على التحلل النووي المباشر للنظائر ومولدات التيار الهيدروديناميكي المغناطيسي (مولدات MHD)، والتي حتى الآن محدودة الاستخدام بسبب قوتها المنخفضة، وضعف الأساس التكنولوجي للاستخدام على نطاق واسع، ولغيرها من المولدات. الأسباب. ومع ذلك، تُستخدم مصادر الطاقة بالنظائر المشعة على نطاق واسع عندما تكون هناك حاجة إلى الاستقلالية الكاملة: في الفضاء، وفي مركبات أعماق البحار والمحطات الصوتية المائية، وفي المنارات، والعوامات، وكذلك في أقصى الشمال والقطب الشمالي والقطب الجنوبي.

في الهندسة الكهربائية، تنقسم مولدات التيار إلى مولدات تيار مستمر ومولدات تيار متردد.

وتعتمد جميع هذه المولدات على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي التي اكتشفها مايكل فاراداي عام 1831. قام فاراداي ببناء أول مولد أحادي القطب منخفض الطاقة ينتج تيارًا مباشرًا. تم اقتراح أول مولد للتيار المتردد من قبل مؤلف مجهول تحت الأحرف اللاتينية الأولى R.M. في رسالة إلى فاراداي عام 1832. بعد نشر الرسالة، تلقى فاراداي خطاب شكر من نفس المؤلف المجهول مع رسم تخطيطي لمولد محسن في عام 1833، والذي استخدم حلقة فولاذية إضافية (نير) لإغلاق التدفقات المغناطيسية لنوى الملفات.

ومع ذلك، في ذلك الوقت لم يكن هناك استخدام للتيار المتردد، حيث أن جميع التطبيقات العملية للكهرباء في ذلك الوقت (هندسة المناجم الكهربائية، والكيمياء الكهربائية، والإبراق الكهرومغناطيسي الناشئ حديثًا، والمحركات الكهربائية الأولى) كانت تتطلب تيارًا مباشرًا. ولذلك، ركز المخترعون اللاحقون جهودهم على بناء مولدات توفر تيارًا كهربائيًا مباشرًا، وتطوير أجهزة تبديل مختلفة لهذه الأغراض.

كان أحد المولدات الأولى التي تلقت التطبيق العملي هو المولد الكهرومغناطيسي للأكاديمي الروسي بي إس جاكوبي. تم اعتماد هذا المولد من قبل الفرق الكلفانية التابعة للجيش الروسي، حيث استخدمته لإشعال فتيل الألغام. لا تزال التعديلات المحسنة لمولد جاكوبي تستخدم لتفعيل عبوات الألغام عن بعد، والتي تم تصويرها على نطاق واسع في الأفلام التاريخية العسكرية التي يقوم فيها المخربون أو الحزبيون بتفجير الجسور أو القطارات أو غيرها من الأشياء.

بعد ذلك، دار الصراع بين توليد التيار المباشر أو المتردد بنجاح متفاوت بين المخترعين والمهندسين العمليين، مما أدى إلى ذروة المواجهة بين عمالقة صناعة الطاقة الكهربائية الحديثة: توماس أديسون مع شركة جنرال إلكتريك على أحد. من ناحية، ونيكولا تيسلا مع شركة وستنجهاوس من ناحية أخرى. فاز رأس المال القوي، وأصبحت تطورات تسلا في مجال توليد ونقل وتحويل التيار الكهربائي المتناوب ملكية وطنية للمجتمع الأمريكي، والتي ساهمت لاحقًا إلى حد كبير في الهيمنة التكنولوجية للولايات المتحدة.

بالإضافة إلى التوليد الفعلي للكهرباء لمختلف الاحتياجات، استناداً إلى تحويل الحركة الميكانيكية إلى كهرباء، ونظراً لقابلية الآلات الكهربائية للانعكاس، أصبح من الممكن تحويل التيار الكهربائي بشكل عكسي إلى حركة ميكانيكية، وذلك عن طريق المحركات الكهربائية ذات التيار المباشر والمتناوب . ولعل هذه هي الآلات الأكثر شيوعا في عصرنا، بما في ذلك مشغلات السيارات والدراجات النارية، ومحركات الآلات الصناعية والأجهزة المنزلية المختلفة. باستخدام تعديلات مختلفة لهذه الأجهزة، أصبحنا مقابس لجميع المهن، يمكننا التخطيط والنشر والحفر والطحن. وفي أجهزة الكمبيوتر لدينا، وبفضل محركات التيار المستمر ذات الدقة المصغرة، تدور محركات الأقراص الثابتة والضوئية.

وبالإضافة إلى المحركات الكهروميكانيكية المعتادة، تعمل المحركات الأيونية بسبب تدفق التيار الكهربائي، باستخدام مبدأ الدفع النفاث أثناء طرد أيونات المادة المتسارعة، وهي تستخدم حتى الآن بشكل رئيسي في الفضاء الخارجي على الأقمار الصناعية الصغيرة لإطلاقها إلى المدارات المطلوبة ومحركات الفوتون في القرن الثاني والعشرين، والتي لا توجد حتى الآن إلا في التصميم والتي ستحمل سفننا المستقبلية بين النجوم بسرعات أقل من الضوء، من المرجح أن تعمل أيضًا بالتيار الكهربائي.

لإنشاء عناصر إلكترونية وعند زراعة البلورات لأغراض مختلفة، تكون مولدات التيار المستمر فائقة الاستقرار مطلوبة لأسباب تكنولوجية. تسمى مولدات التيار المستمر الدقيقة هذه التي تستخدم مكونات إلكترونية بمثبتات التيار.

قياس التيار الكهربائي

تجدر الإشارة إلى أن أدوات قياس التيار (ميكرومتر، ملليمتر، مقياس التيار الكهربائي) تختلف تمامًا عن بعضها البعض، في المقام الأول في نوع التصميم ومبادئ التشغيل - يمكن أن تكون هذه أجهزة ذات تيار مباشر، وتيار متناوب منخفض التردد، وتيار متناوب عالي التردد. تردد التيار المتردد.

بناءً على مبدأ التشغيل، يتم تمييز الأجهزة الكهروميكانيكية، والكهرومغناطيسية، والكهرومغناطيسية، والديناميكية المغناطيسية، والكهروديناميكية، والتحريض، والكهروحرارية، والأجهزة الإلكترونية. تتكون معظم أدوات قياس تيار المؤشر من مزيج من إطار متحرك/ثابت مع ملف ملفوف ومغناطيس ثابت/متحرك. وبسبب هذا التصميم، فإن الأميتر النموذجي لديه دائرة مكافئة من الحث والمقاومة متصلة على التوالي، ومحولة بواسطة السعة. وبسبب هذا، فإن استجابة التردد لمقاييس الاتصال الهاتفي لها دوران عند الترددات العالية.

الأساس بالنسبة لهم هو الجلفانومتر المصغر، ويتم تحقيق حدود القياس المختلفة باستخدام تحويلات إضافية - مقاومات ذات مقاومة منخفضة، وهي أوامر من حيث الحجم أقل من مقاومة الجلفانومتر القياس. وبالتالي، على أساس جهاز واحد، يمكن إنشاء أدوات لقياس التيارات ذات النطاقات المختلفة - ميكرومتر، مليمتر، مقاييس التيار الكهربائي وحتى الكيلومترات.

بشكل عام، في ممارسة القياس، يعد سلوك التيار المقاس أمرًا مهمًا - يمكن أن يكون دالة للوقت ويكون له شكل مختلف - يكون ثابتًا، متناغمًا، غير متناغم، نابضًا، وما إلى ذلك، وعادةً ما يتم استخدام قيمته لتوصيف أوضاع تشغيل الدوائر والأجهزة الراديوية. تتميز القيم الحالية التالية:

• فوري،
• السعة,
• متوسط،
• جذر متوسط ​​التربيع (rms).

القيمة اللحظية للتيار I i هي قيمة التيار عند نقطة زمنية معينة. ويمكن ملاحظتها على شاشة راسم الذبذبات وتحديدها لكل لحظة زمنية باستخدام مخطط الذبذبات.

قيمة السعة (الذروة) للتيار I m هي أكبر قيمة تيار لحظية خلال هذه الفترة.

يتم تحديد قيمة جذر متوسط ​​التربيع (rms) للتيار I على أنها الجذر التربيعي للمتوسط ​​التربيعي للقيم الحالية اللحظية خلال هذه الفترة.

تتم عادةً معايرة جميع مقاييس التيار المؤشرة بقيم جذر متوسط ​​التربيع (rms) الحالية.

القيمة المتوسطة (المكون الثابت) للتيار هي الوسط الحسابي لجميع قيمه اللحظية خلال زمن القياس.

يسمى الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى لقيم تيار الإشارة بتأرجح الإشارة.

الآن، يتم استخدام كل من الأدوات الرقمية متعددة الوظائف وأجهزة قياس الذبذبات لقياس التيار - ولا تعرض شاشاتها فقط استمارةالجهد/التيار، ولكن أيضا خصائص الإشارة الأساسية. وتشمل هذه الخصائص أيضًا تردد تغيير الإشارات الدورية، لذلك، في تكنولوجيا القياس، يعد حد تردد قياس الجهاز مهمًا.

قياس التيار باستخدام راسم الذبذبات

توضيح لما سبق سيكون سلسلة من التجارب لقياس القيم الحالية الفعالة وذروة الإشارات الجيبية والمثلثية باستخدام مولد إشارة ومرسمة الذبذبات وجهاز رقمي متعدد الوظائف (متعدد الوظائف).

المخطط العام للتجربة رقم 1 موضح أدناه:

يتم تحميل مولد الإشارة (FG) على توصيل متسلسل لمقياس متعدد (MM)، ومقاومة تحويل تبلغ R s = 100 أوم ومقاومة حمل تبلغ R قدرها 1 كيلو أوم. يتم توصيل نظام تشغيل راسم الذبذبات بالتوازي مع مقاومة التحويل R s. يتم تحديد قيمة مقاومة التحويل من الشرط R s<

الخبرة 1

دعونا نطبق إشارة جيبية على مقاومة الحمل من مولد بتردد 60 هرتز وسعة 9 فولت. دعنا نضغط على زر Auto Set المريح للغاية وسنلاحظ على الشاشة الإشارة الموضحة في الشكل. 1. تأرجح الإشارة عبارة عن خمسة أقسام كبيرة بقيمة تقسيم 200 مللي فولت. يُظهر المقياس المتعدد القيمة الحالية البالغة 3.1 مللي أمبير. يحدد راسم الذبذبات قيمة جذر متوسط ​​تربيع لجهد الإشارة عبر مقاومة القياس U=312 mV. يتم تحديد القيمة الفعالة للتيار عبر المقاوم R بواسطة قانون أوم:

I RMS = U RMS /R = 0.31 فولت / 100 أوم = 3.1 مللي أمبير،

والذي يتوافق مع قراءة المتر المتعدد (3.10 مللي أمبير). لاحظ أن مدى التيار عبر دائرتنا المكونة من مقاومتين ومقياس متعدد متصلين على التوالي يساوي

I P-P = U P-P /R = 0.89 فولت / 100 أوم = 8.9 مللي أمبير

من المعروف أن قيم الذروة والفعالية للتيار والجهد للإشارة الجيبية تختلف بعامل √2. إذا قمت بضرب I RMS = 3.1 مللي أمبير في √2، نحصل على 4.38. ضاعف هذه القيمة وسنحصل على 8.8 مللي أمبير، وهو تقريبًا نفس التيار المقاس بواسطة راسم الذبذبات (8.9 مللي أمبير).

الخبرة 2

دعونا نخفض الإشارة من المولد إلى النصف. سيتم تقليل نطاق الصورة على راسم الذبذبات إلى النصف تمامًا (464 مللي فولت) وسيُظهر المقياس المتعدد القيمة الحالية البالغة 1.55 مللي أمبير إلى النصف تقريبًا. دعونا نحدد قراءات القيمة الحالية الفعالة على راسم الذبذبات:

I RMS = U RMS /R = 0.152 فولت / 100 أوم = 1.52 مللي أمبير،

وهو ما يتوافق تقريبًا مع قراءة المتر المتعدد (1.55 مللي أمبير).

الخبرة 3

دعونا نزيد تردد المولد إلى 10 كيلو هرتز. في هذه الحالة، ستتغير الصورة الموجودة على راسم الذبذبات، لكن نطاق الإشارة سيبقى كما هو، وستنخفض قراءات المتر المتعدد - وهذا يؤثر على نطاق تردد التشغيل المسموح به للمقياس المتعدد.

الخبرة 4

دعونا نعود إلى التردد الأصلي 60 هرتز والجهد 9 فولت لمولد الإشارة، ولكن التغيير استمارةإشارتها من الجيبية إلى الثلاثية. بقي نطاق الصورة على راسم الذبذبات كما هو، لكن قراءات المقياس المتعدد انخفضت مقارنة بقيمة التيار التي أظهرتها في التجربة رقم 1، حيث تغيرت القيمة الفعالة لتيار الإشارة. يُظهر راسم الذبذبات أيضًا انخفاضًا في جذر متوسط ​​تربيع الجهد المقاس عبر المقاوم R s = 100 أوم.

احتياطات السلامة عند قياس التيار والجهد

• نظرًا لأنه اعتمادًا على فئة أمان الغرفة وحالتها، عند قياس التيارات، حتى الفولتية المنخفضة نسبيًا التي تتراوح من 12 إلى 36 فولت يمكن أن تشكل خطرًا على الحياة، يجب اتباع القواعد التالية:
• لا تقم بقياس التيارات التي تتطلب مهارات مهنية معينة (عند الفولتية التي تزيد عن 1000 فولت).
• لا تقيس التيارات في الأماكن التي يصعب الوصول إليها أو على المرتفعات.
• عند إجراء القياسات في شبكة منزلية، استخدم وسائل خاصة للحماية من الصدمات الكهربائية (القفازات المطاطية أو الحصير أو الأحذية الطويلة أو الأحذية الطويلة).
• استخدم أداة قياس مناسبة.
• في حالة استخدام أدوات متعددة الوظائف (متعددة الوظائف)، تأكد من ضبط المعلمة التي يتم قياسها وقيمتها بشكل صحيح قبل القياس.
• استخدم جهاز قياس مع مجسات العمل.
• اتبع بدقة توصيات الشركة المصنعة لاستخدام جهاز القياس.

إذا نظرت إلى عدد المللي أمبير، فليس من الصعب تخمين المدة التي سيعمل فيها جهاز معين بشحنة واحدة. ومع ذلك، فإن استقلالية الأداة تتأثر بعدة عوامل، بما في ذلك، بالطبع، ماه سيئة السمعة. في هذه المقالة سنشرح بالتفصيل ما هي ومدى ارتباطها بتشغيل الجهاز.

ما هو المللي أمبير ساعة (ماه)؟

دون الخوض في الكثير من التفاصيل، فإن mAh هي وحدة قياسية للشحنة الكهربائية تُستخدم لقياس كمية الطاقة التي يمكن أن توفرها البطارية لجهاز لمدة ساعة. من الواضح أنه كلما زادت سعة البطارية (القادرة على تخزين المزيد من المللي أمبير)، كلما طالت مدة عمل الأداة منذ آخر عملية إعادة شحن.

ومع ذلك، كما قيل في البداية، ليس فقط بطارية رحبة هي التي تحدد التشغيل المستقل للجهاز. هناك أيضًا العديد من العوامل الأخرى التي يجب وضعها في الاعتبار أيضًا.

الأول هو نوع البطارية. تستخدم معظم الأجهزة الإلكترونية الآن بطارية ليثيوم أيون، والتي لا تعاني مما يسمى بتأثير الذاكرة، بحيث يمكن شحن الجهاز دون انتظار تفريغه بالكامل. كما ترون، الأجهزة لا تختلف عن بعضها البعض في هذه المعلمة.

ثانيا، يؤثر الحديد على الحكم الذاتي. هنا، بالطبع، هناك علاقة مباشرة: كلما كان الجهاز أقوى، كلما زاد عدد المللي أمبير في البطارية. على سبيل المثال، سوف يستمر هاتف Nokia 3210 ببطاريته التي تبلغ سعتها 1250 مللي أمبير في الساعة لمدة أسبوع دون إعادة الشحن، بينما لن يستمر جهاز Nexus 6 الذي تبلغ سعته 3220 مللي أمبير في الساعة يومًا واحدًا تقريبًا.

الشاشة هي مستهلك كبير آخر للطاقة. ومن الجدير بالذكر هنا أن تكنولوجيا تصنيع شاشات العرض تلعب دورًا رئيسيًا. تتطلب شاشات IPS أكثر بكثير من Super AMOLED، فهي موفرة للطاقة للغاية عندما يكون لون الشاشة أسودًا في الغالب، بينما تتعرف IPS على اللون الأسود كأي لون آخر. لا ينبغي أيضًا خصم الدقة والسطوع.

من ناحية أخرى، يعد البرنامج، أو بالأحرى التحسين، معلمة لا تقل أهمية تحدد استقلالية جهاز معين. جميع أنواع الأصداف التي تحبها Samsung و HTC كثيرًا، تؤثر العمليات والخدمات الخلفية المفرطة سلبًا على عدد الساعات المتبقية. ومع ذلك، من أجل الإنصاف، تجدر الإشارة إلى أن Samsung وSony تدرجان في برامجهما أدوات مساعدة خاصة للتحسين وتوفير الطاقة، والتي تعوض الاستهلاك.

وأخيرًا، فإن قلب أي جهاز رقمي إلكتروني، وهو المعالج، يتطلب أيضًا طاقة كافية.

لذا فإن mAh لا تعني شيئًا إلا إذا نظرت إلى بقية مواصفات الجهاز. بشكل عام، عند الشراء، لا تنس أيضًا التعرف على الشاشة والبرامج والأجهزة للحصول على صورة كاملة عن عمر البطارية.

استنادا إلى مواد من AndroidPIT

يتم وضع علامة على جميع الأجهزة المتوفرة تجاريًا بالحد الأقصى للتيار المسموح به (ولكن ليس الطاقة المدعومة بالواط)، ولدى معظم المستهلكين علامة على الملصق حول استهلاك الطاقة. لاختيار الكابل وقاطع الدائرة المناسبين، عليك معرفة كيفية تحويل الأمبيرات إلى كيلووات والعكس. سنخبر قراء الموقع بهذا الأمر أكثر.

معلومات موجزة عن الجهد والتيار والطاقة

الجهد (المقاس بالفولت) هو فرق الجهد بين نقطتين أو الشغل المبذول لتحريك وحدة الشحن. الإمكانات بدورها تميز الطاقة عند نقطة معينة. يصف حجم التيار (الأمبير) عدد الشحنات التي تتدفق عبر السطح لكل وحدة زمنية. تصف الطاقة (بالواط والكيلوواط) السرعة التي تم بها نقل هذه الشحنة. ويترتب على ذلك أنه كلما زادت القوة، كلما تحركت ناقلات الشحن بشكل أسرع وأكثر عبر الجسم. هناك ألف واط في كيلووات واحد، عليك أن تتذكر هذا من أجل الحساب والترجمة السريعة.

يبدو الأمر معقدًا جدًا من الناحية النظرية، فلننظر إليه عمليًا. الصيغة الأساسية لحساب قوة الأجهزة الكهربائية هي كما يلي:

P=I*U*cosФ

مهم!بالنسبة للأحمال النشطة البحتة، يتم استخدام الصيغة ف = يو * أنا، حيث cosФ يساوي واحدًا. الأحمال النشطة هي أجهزة التدفئة (التدفئة الكهربائية، الفرن الكهربائي مع عناصر التسخين، سخان المياه، غلاية كهربائية)، المصابيح المتوهجة. جميع الأجهزة الكهربائية الأخرى لديها قيمة معينة من الطاقة التفاعلية، وعادة ما تكون هذه القيم صغيرة، لذلك يتم إهمالها، وبالتالي فإن الحساب تقريبي في النهاية.

كيفية إجراء النقل

العاصمة

في مجال كهرباء السيارات والإضاءة الزخرفية، يتم استخدام دوائر 12 فولت، دعونا نلقي نظرة عملية على كيفية تحويل الأمبيرات إلى واط باستخدام مثال شريط LED. لتوصيله، غالبًا ما تحتاج إلى مصدر طاقة، لكن لا يمكنك توصيله "تمامًا بهذه الطريقة"، يمكن أن يحترق، أو العكس، يمكنك شراء مصدر طاقة قوي ومكلف للغاية حيث لا تكون هناك حاجة إليه ويضيعه مالك.

تشير خصائص مصدر الطاقة الموجود على العلامة إلى قيم مثل الجهد والطاقة والتيار. علاوة على ذلك، يجب الإشارة إلى عدد الفولتات، ولكن يمكن وصف الطاقة أو التيار معًا، أو يمكن الإشارة إلى خاصية واحدة فقط. تشير خصائص شريط LED إلى نفس الخصائص، ولكن يتم أخذ الطاقة والتيار في الاعتبار لكل متر.

لنتخيل أنك اشتريت 5 أمتار من شريط 5050 مزودًا بـ 60 مصباح LED لكل متر واحد. تقول العبوة "14.4 واط/م"، ولكن في المتجر، تتم الإشارة إلى التيار فقط على علامات PSU. نختار مصدر الطاقة الصحيح، وللقيام بذلك نضرب عدد الأمتار بالطاقة المحددة ونحصل على الطاقة الإجمالية.

14.4*5=72 واط – ضروري لتشغيل الشريط.

لذلك تحتاج إلى التحويل إلى الأمبيرات باستخدام هذه الصيغة:

المجموع: 72/12=6 أمبير

في المجمل، تحتاج إلى مصدر طاقة لا يقل عن 6 أمبير. يمكنك معرفة المزيد عن هذا في مقالتنا المنفصلة.

حالة أخرى. لقد قمت بتركيب مصابيح أمامية إضافية على سيارتك، ولكن الخصائص الموضحة على المصابيح هي، على سبيل المثال، 55 وات. من الأفضل توصيل جميع المستهلكين في السيارة من خلال المصهر، ولكن ما هو المطلوب لهذه المصابيح الأمامية؟ تحتاج إلى تحويل الواط إلى أمبير باستخدام الصيغة أعلاه - قسمة الطاقة على الجهد.

55/12=4.58 أمبير، التصنيف الأقرب هو 5 أ.

شبكة أحادية الطور

تم تصميم معظم الأجهزة المنزلية بحيث تكون متصلة بشبكة أحادية الطور بقدرة 220 فولت، ودعونا نذكرك أنه اعتمادًا على البلد الذي تعيش فيه، يمكن أن يصل الجهد إلى 110 فولت أو أي جهد آخر. في روسيا، القيمة المقبولة كمعيار هي على وجه التحديد 220 فولت للشبكة أحادية الطور و380 فولت للشبكة ثلاثية الطور. غالبًا ما يتعين على معظم القراء العمل في مثل هذه الظروف على وجه التحديد. في أغلب الأحيان، يتم قياس الحمل في مثل هذه الشبكات بالكيلووات، في حين يتم تمييز قواطع الدائرة بالأمبير. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة العملية.

لنفترض أنك تعيش في شقة بها عداد كهربائي قديم، ولديك قابس أوتوماتيكي بقوة 16 أمبير. لتحديد مقدار الطاقة التي "سيسحبها" القابس، تحتاج إلى تحويل الأمبيرات إلى كيلووات. نفس الصيغة فعالة هنا، حيث تربط التيار والجهد بالطاقة.

P=I*U*cosФ

لتسهيل الحسابات، نأخذ cosF كوحدة. نحن نعرف الجهد - 220 فولت، والتيار أيضًا، دعنا نترجم: 220 * 16 * 1 = 3520 واط أو 3.5 كيلووات - بالضبط ما يمكنك توصيله في المرة الواحدة.

باستخدام الجدول، يمكنك تحويل الأمبيرات بسرعة إلى كيلووات عند اختيار قاطع الدائرة الكهربائية:

الوضع أكثر تعقيدًا بعض الشيء مع المحركات الكهربائية؛ لتحديد عدد الكيلووات في الساعة التي سيستهلكها هذا المحرك، يجب أن تأخذ في الاعتبار عامل الطاقة في الصيغة:

P=U*I*cosФ

تجدر الإشارة إلى أنه يجب الإشارة إلى cosФ على العلامة، عادة من 0.7 إلى 0.9. في هذه الحالة، إذا كانت الطاقة الإجمالية للمحرك هي 5.5 كيلووات أو 5500 واط، فإن الطاقة النشطة المستهلكة (ونحن ندفع، على عكس المؤسسات، فقط مقابل الطاقة النشطة):

5.5 * 0.87 = 4.7 كيلووات أو بمعنى أدق 4785 وات

تجدر الإشارة إلى أنه عند اختيار آلة وكابل لمحرك كهربائي، عليك أن تأخذ في الاعتبار الطاقة الإجمالية، لذلك عليك أن تأخذ الحمل الحالي، المشار إليه في جواز السفر للمحرك. ومن المهم أيضًا مراعاة تيارات البدء، لأنها تتجاوز بشكل كبير تيار تشغيل المحرك.

مثال آخر، كم عدد الأمبيرات التي تستهلكها غلاية بقدرة 2 كيلو وات؟ لنقم بالحساب، عليك أولاً القيام بما يلي: 2*1000 = 2000 واط. وبعد ذلك نقوم بتحويل الواط إلى أمبيرات وهي: 2000/220 = 9 أمبير.

هذا يعني أن قابس 16 أمبير سيصمد أمام الغلاية، ولكن إذا قمت بتشغيل مستهلك قوي آخر (على سبيل المثال، سخان) وكانت الطاقة الإجمالية أعلى من 16 أمبير، فسوف تنكسر بعد فترة. الأمر نفسه ينطبق على قواطع الدائرة والصمامات الأوتوماتيكية.

لتحديد كبل يمكنه تحمل عدد معين من الأمبيرات، يتم استخدام الجدول في كثير من الأحيان أكثر من الصيغ. فيما يلي مثال لأحدها، بالإضافة إلى التيار الموجود فيه، تتم الإشارة إلى طاقة الحمل بالكيلووات، وهو أمر مريح للغاية:

شبكة ثلاثية الطور

يوجد في شبكة ثلاثية الطور نظامان رئيسيان لتوصيل الأحمال، على سبيل المثال، ملفات المحرك الكهربائي - النجمة والمثلث. تختلف صيغة تحديد الطاقة وتحويلها إلى تيار قليلاً عما كانت عليه في الإصدارات السابقة:

P = √3*U*I*cosФ

نظرًا لأن المستهلك الأكثر شيوعًا للشبكة الكهربائية ثلاثية الطور هو المحرك الكهربائي، فلننظر إلى مثاله. لنفترض أن لدينا محركًا كهربائيًا بقدرة 5 كيلووات، تم تجميعه وفقًا لدائرة نجمية بجهد إمداد يبلغ 380 فولت.

تحتاج إلى تشغيله من خلال قاطع الدائرة الكهربائية، ولكن لتحديده، تحتاج إلى معرفة تيار المحرك، مما يعني أنك بحاجة إلى التحويل من كيلووات إلى أمبير. ستبدو صيغة الحساب كما يلي:

I=P/(√3*U*cosФ)

في مثالنا، سيكون 5000/(1.73*380*0.9)=8.4 A. وهكذا، تمكنا بسهولة من تحويل كيلووات إلى أمبير في شبكة ثلاثية الطور.