الدارات الكهربائية

مفهوم الدارة الكهربائية:

هي عبارة عن مسار مغلق يتكون من مجموعة من العناصر المترابطة مع بعضها البعض، كالعنصر النشط ويسمى بمصدر الطاقة كالبطاريات، أو مصدر فرق الجهد الكهربائي المنفصل، بالإضافة إلى مجموعة من العناصر السلبية غير النشطة كالمقاومات، المكثفات، المواسعات.

من هنا يجب علينا معرفة بأن العنصر السلبي هو المستقبل للطاقة، مثلاً تقوم المقاومات باستقبال الطاقة وتحويلها الى حرارة، أما المحث يقوم بتحويل الطاقة الى مجال مغناطيسي، وبالنسبة للمكثف فإنه يستقبل الطاقة ويحولها الى طاقة مختزنة في داخلة.

طرق توصيل العناصر غير النشطة في الدارات الكهربائية:

التوالي: وهي طريقة تستخدم لربط العناصر مع بعضها البعض، دون وجود أي تفرع في الدارة يؤدي الى تقسيم التيار الكهربائي، فيبقى التيار ثابتاً في المقدار وينقسم مقدار الجهد حسب قيمة كل هذه العناصر.

التوازي: هي طريقة تستخدم لربط العناصر مع بعضها دون الحاجة الى تقسيم مقدار الجهد الكهربائي، عندها يبقى مقدار الجهد الكهربائي ثابتاً، وينقسم التيار الكهربائي وهي الطريقة الشائعة للتوصيل.

الطريقة المركبة لربط العناصر الكهربائية: وهي من أكثر الطرق المستخدمة في تحليل الدارات الكهربائية المعقدة، عندها يكون التحليل بحاجة الى مهارة عالية، ويتم استخدام كل من كيرتشوف الأول والثاني من أجل إيجاد الشكل النهائي للدارة الكهربائية.

أنواع الدارات الكهربائية:

دارات التيار المباشر:

هي عبارة عن دارات يستخدم فيها مصدر جهد منفصل عن الشبكة الكهربائية، ومن أهم الأمثلة على ذلك استخدام البطاريات بشتى أنواعها، ومن أهم ما يميز دارات التيار المباشر هو سهولة التعامل معها وتحليلها من خلال استخدام قانوني كيرتشوف الأول أو الثاني وبالتأكيد قانون أوم.

تحليل دارات التيار المباشر: بوجود دارة التيار المباشر البسيطة يتم رصد العنصر الوحيد فيها، وهو المقاومة الكهربائية، وبالتالي قد يطلب من خلال نص السؤال إيجاد قيمة المقاومة المكافئة لهذه الدارة، حينها يتم الاستعانة بقوانين التوصيلات المعروفة وهي: (التوالي أو التوازي)، وبكل سهولة يتم إيجاد قيمة المقاومة المكافئة النهائية.

أما وفي بعض الأحيان يتطلب الأمر إيجاد مقدار التيار المار بمقاومة معينة أثناء توصيلها على “التوازي”، أو قد يتطلب الأمر إيجاد مقدار الجهد الكهربائي لمقاومة ما وهي موصولة على “التوالي”.

هنا يكون استخدام قانوني كيرتشوف الأول والذي يسمى بقانون التيار الكهربائي واجب، حيث نتمكن من خلال هذا القانون من حساب التيار الكهربائي لأي مقاومة موجودة وبأي حلقة أو تفرع أو مسار كانت، كذلك قانون كيرتشوف الثاني “قانون الجهد”، نستخدمه لإيجاد الجهد الواقع على أي عنصر موجود، من خلال تطبيقه بالشكل الصحيح بالإضافة للاستعانة بقانون أوم.

ملاحظة: من أشهر طرق الحسابية لتحليل وإيجاد المجاهيل في الدارات الكهربائية هي طرق المصفوفات الهندسية، كما أنه وفي أثناء تحليل دارات التيار المباشر يجب الأخذ بعين الاعتبار بأن القدرة الكهربائية هي حاصل ضرب التيار الكهربائي بالجهد الكهربائي، أو هي حاصل ضرب التيار الكهربائي بمربع المقاومة الكهربائية، أو حاصل قسمة مربع الجهد الكهربائي على مقدار المقاومة.

ولكن بما أن المقاومة الكهربائية هي العنصر الوحيد المستخدم في دارات التيار المباشر يجب العلم بأن معامل القدرة الكهربائية يعتبر ثابت ويقترب من الرقم واحد لذلك لا يغير من القيمة الحقيقة للقدرة.

دارات التيار المتردد:

هي دارات تختلف عن دارات التيار المباشر بسب تواجد عنصران جديدان وهما: المحث والمواسع، بالإضافة الى عنصر المقاومة، حيث تسمى هذه العناصر بعناصر الاستجابة الكهربائية، وسميت بهذا الاسم بسبب اختلاف شكل الموجة التي تأتي من المصدر، حيث يكون المصدر الكهربائي المتردد عبارة عن موجات متغيرة بالنسبة للزمن وغير ثابتة (موجات جيبيه).

مفهوم الاستجابة (الرنين): كلما زاد التردد الطبيعي لتذبذب أي النظام والذي يمكن أن يكون كهربائيًا أو ميكانيكيًا أو هيكلاً معماري أو نموذج هيدروليكي (يتزامن مع تردد القوة الدافعة المؤثرة)، وفي الدائرة الكهربائية يكون هذا المؤثر هو مصدر الجهد الكهربائي و تُعرف هذه الظاهرة بالرنين.

قد تكون هذه الظاهرة مفيدة في بعض الحالات، كما يمكن أن تكون الظروف كارثية على النظام، هناك العديد من تطبيقات هندسة الرنين، ومثال عليها: في الثلاجة يتم تركيب الضاغط على دعامة مصممة لتقليل الاهتزازات المنقولة إليه، وعلى الصعيد المعماري والمدني، أظهر جسر معلق في واشنطن ميولًا إلى التأرجح لأعلى ولأسفل أثناء البناء وبعد بضعة أشهر فقط من البناء بدأت الذبذبات في التشكل، تحت تأثير رياح معتدلة وفي غضون ساعة تم تدمير الجسر الذي تبلغ تكلفته عدة مليارات من الدولارات؛ وذلك بسبب تجاهل التصميم النموذجي للجسر والذي بدوره تجاهل إمكانية حدوث ظاهرة صدى (رنين) فوق الجسر.

تحليل دارات التيار المتردد: ما ينطبق على تحليل دارات التيار المباشر ينطبق على تحليل دارات التيار المتردد أيضا، وذلك من خلال استخدام قانوني كيرتشوف وقانون أوم، ولكن مع الأخذ بعين الاعتبار بأن دارات التيار المتردد تأخذ طابع التحليل المطول والأدق وخاصةً بأن قيمة كل من التيار والجهد الكهربائي تعطى كقيمة وكزاوية تسمى بـ (الفيزر).

شاهد أيضاً

تحسين معدل الاستخدام لأنظمة توليد الطاقة الكهربائية

تم تناول مشكلة قياس توفر وحدات التوليد في أنظمة الطاقة الكهربائية في الدراسات باستخدام مجموعة …

اترك تعليقاً