الآثار المغناطيسية للتيار الكهربائي

يعود الفضل في اكتشاف العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية إلى العالم الدنماركي أورستد الذي اكتشف أن سريان تيار كهربائي في سلك فلزي ،يؤدي إلى انحراف إبرة مغناطيسية موضوعة بالقرب منه .
ومن أبرز التطبيقات العملية على تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة مغناطيسية المحرك الكهربائي والغلفانوميتر

الآثار الحرارية للتيار الكهربائي

تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقةحرارية في العديد من الأجهزة الكهربائية المنزلية مثل المدفأة الكهربائية ،السخان الكهربائي ،والمكواة الكهربائية ،ومجفف الشعر .

اقسام التيار الكهربائي

ينقسم التيار الكهربائي إلى نوعين :
-التيار المستمر( Direct Current ) يرمز له بـ DC : هو التيار الذي يسري في اتجاه واحد فقط اما في الموجب او في السالب . كما تلاحظ، فالطاقة الإلكترونية تنتقل في اتجاه واحد داخل أجزاء الدائرة الكهربائية، تتدفق فيه الإلكترونات من القطب السالب للدائرة إلى القطب الموجب، ويبقى هذا الاتجاه ثابتاً مع ثبات في الجهد والتيار الكهربائي مهما تغير الزمن.

- التيار المتردد (Alternating Current ) يرمز له بـ AC : هو التيار الذي يحصل فيه تغير مستمر ينتقل فيه من الموجب الى السالب .

المواد الموصلة والمواد العازلة

بعض المواد تعتبر موصل جيد للكهرباء حيث يستطيع التيار الكهربائي المرور من خلالها وهي مواد تكون مقاومتها منخفضة . وبعض المواد تعتبر رديئة التوصيل للكهرباء حيث تكون مقاومتها لمرور التيار الكهربائي خلالها عالية نوعاً ما . تسمى المواد التي تكون مقاومتها لمرور التيار الكهربائي خلالها عاليةً جداً مواد عازلة للتيار الكهربائي ، وهي مواد لاتسمح للإلكترونات بالمرور من خلالها .*المواد الموصلة الجيدة : المعادن وخاصة الفضة والنحاس والألمنيوم والكربون .*المواد الموصلة الرديئة : جسم الإنسان ، الماء والهواء . *المواد العازلة : الزجاج والمطاط والمواد البلاستيكية .

التيار المتردد

التيار المتردد (بالإنجليزية: AC) هو تيار كهربائي يعكس اتجاهه بشكل دوري و يتذبذب في مكانه ذهابا و إيابا 50 أو 60 مرة في الثانية حسب النظام الكهربائي المستخدم. يمكن توليده فقط حسب قانون فرداي عن طريق مولد كهربائي متردد . و يتم الآن استخدام التيار المتناوب لنقل الطاقة الكهربائية في كل دول العالم رغم أسبقية التيار المستمر التاريخية و رغم أن أول محطة تجارية لتوليد الكهرباء في العالم و هي التي أنشأها أديسون في نيويورك سنة 1882 م كانت كذلك محطة لتوليدة التيار المستمر حتى أن أولى الأجهزة الكهربية كانت تعمل على التيار المستمر مثل مصباح أديسون إلا أن الوضع انقلب رأسا على عقب بعيد حرب التيارات فأصبح التيار المتذبذب مفضلا في عملية ايصال الطاقة لأسباب لها علاقة بتقنتي نقل الطاقة من جهة و معالجة الإشارات من جهة أخرى .
يمكن نقل القدرة الكهربائية عبر التيار المتردد إلى مسافات بعيدة جدا و هذا ما لا يمكن للتيار المستمر أن يفعله بطريقة اقتصادية أو عملية. حيث يمكن خفض و رفع جهد المولد باستخدام جهاز يدعى المحول لا يمكن تطبيقه على التيار المستمر بسبب عدم وجود تغير في التدفق المغناطيسي . يقوم المحول رفع الجهد الآتي من المولد و الذي يتراوح عادة بين 11-36 كيلو فولت و يقوم برفعه إلى مستويات تبلغ 110-765 كيلو فولت مما يجعل بالإمكان نقله إلى مسافات بعيدة جدا بين الدول أو حتى عبر القارات .
تمتاز التيارات المترددة على المستمرة بقدرتها على نقل المعلومات. فمكبر الصوت مثلا يقوم بتحويل المعلومات المحتواة في كلمة إلى تيار متردد

[عدل] أنواع التيارات المترددة
هما نوعان :
تيار متردد أحادي الطور
تيار متردد ثلاثي الطور

http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D9%8A%D8%A7%D8%B1_%D9%85%D8%AA%D8%B1%D8%AF%D8%AF

المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي

http://www.tkne.net/vb/showthread.php?t=34427

شدة المجال المغناطيسي داخل ملف حلزوني

شكل المجال داخل الملف : خطوط مستقيمة متوازية ( مجال منتظم ) خارج الملف يشبه المجال المغناطيسي لساق ممغنط ويكون المجال ضعيفا جدا اتجاه المجال : في الداخل من الجنوبي إلى الشمالي في الخارج من الشمالي إلى الجنوبي القاعدة المستخدمة : البريمة اليمنى لماكسويل ( اللولب يميني اللف ) إذا أدرنا رأس البريمة داخل الملف علىمحوره في نفس اتجاه التيار في الملف يكون اتجاه تقدم البريمة هو نفس اتجاه خطوط المجال داخل الملف

حديد قطبي الملف طرف الملف الذي يكون فيه اتجاه التيار مع حركة عقارب الساعة يكون قطب جنوبي والطرف الآخر شمالي قاعدة من الخبرة العملية : طرف الملف الذي يدخل إليه التيار تدخل إليه خطوط المجال ويكون جنوبي والعكس للطرف الآخر حساب شدة المجال المغناطيسي داخل الملف
بما أن كثافة الفيض المغناطيسي عند أي نقطة على المحور داخل الملف اللولبي تتوقف على
1 - شدة التيار [ تناسب طردي ] B ά I
2 - عدد اللفات في وحدة الأطوال [ تناسب طردي ] B ά n
إذا B ά n I
B = μ n I

الضغط الكهربائي وفرق الجهد

* لكى يمر تيار كهربى فى دائرة ما فانه يجب ان يكون بين طرفى هذه الدائرة فرق جهد كهربى او ما يسمى ايضا بالضغط الكهربائي , ومعنى كلمة فرق الجهد ان يكون احد طرفى الدائرة به زيادة فى الالكترونات بينما الطرف الاخر به نقص فى الالكترونات , وعلى ذلك تنتقل الالكترونات الحرة من الطرف الذى به زيادة فى الالكترونات الى الطرف الذى به نقص فى الالكترونات ونتيجة تحرك هذه الالكترونات ينشأ التيار الكهربى فى الدائرة

توفير الطاقة الكهربائية

تعتبر الطاقة الكهربائية من أوسع مصادر الطاقة الصناعية انتشارا واستخداما في حياة الإنسان العصرية ،حيث أن معظم الأجهزة التي يستخدمها تعمل بالطاقة الكهربائية . وتوليد الطاقة الكهربائية عملية باهظة التكاليف ،وتعمل معظم دول العالم على ترشيد وتوفير استهلاك الطاقة الكهربائية ، ولهذه العملية اتجاهان :
1- الاتجاه الأول : استخدام المصادر الطبيعية التي لاتنضب في توليد الطاقة الكهربائية مثل طاقة الرياح ،والطاقة الشمسية ، والطاقة الحركية للمياة المنحدرة من الشلالات .
2-الاتجاه الثاني :وهو مباشر ،ويتعلق بالإجراءات الآتية :
استخدام الأجهزة الكهربائية ذات القدرة المنخفضة ،كما في المصباح.
تنظيم استخدام الأجهزة المنزلية بطريقة تكفل استهلاكا أقل للطاقة .
الإستفادة من الإضاءة الطبيعية البحث العلمي المستمر عن مواد فائقة التوصيلية لتقليل الضياع في الطاقة المرسلة

الامان الكهربائي

نظرا لخطورة التيار الكهربائي فإنه من الضروري إتباع القواعد التي تضمن استخدام الطاقة الكهربائي دون التعرض إلى أخطارها سواء كان ذلك في المنازل أو المؤسسات أو المصانع ،حيث يتم نقل هذه الطاقة عبر سلكين أحد هما (السلك الحار وجهده 220 فولت ) والآخر (السلك البارد وجهده صفر )أي أن فرق الجهد بينهم220 فولت ،ويكون السلكان معزولين عن بعضهما بعازل ،وقد يحدث لسبب ما تلف العازل وتلامس هذين السلكين ،مما يؤدي إلى قصر الدارة الكهربائية ،وهذا يجعل تيارا كهربائيا عالي الشدة يسري ،وبالتالي وضع المصهر بحيث يشكل أمانا كهربائيا لكي يفصل الدارة في حالة التلامس

قواعد السلامة في التعامل مع الكهرباء

عدم لمس الأسلاك المكشوفة .
جفف يديك قبل استعمال الكهرباء ،لأن الماء خطر جدا على الأجهزة الكهربائية .
احمل الجهاز الكهربائي بالطريقة الصحيحة،فلا تجره من السلك .
تأكد قبل تشغيل أي جهاز من أن مفتاحه في وضع عدم التشغيل .
تفحص القوا بس باستمرار .
لا تضع الأسلاك تحت السجاد .
لا تصل عددا كبيرا من القوا بس بمقبس واحد.لا تحاول تصليح جهاز كهربائي إن كنت لا تتقن ذلك،خاصة إذا كان موصولا

قانون اوم

قانون أوم هو مبدأ أساسي في الكهرباء، أطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى واضعه "جورج سيمون أوم".يقول هذا القانون أن جهد التوتر الكهربائي بين طرفي ناقل معدني يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار فيه.

ويمكن تشبيه ذلك إذا وصلت بطارية له قوة دافعة كهربائية V بين طرفي سلك نحاسي له مقاومة معينة ويسري فيه تيار كهربائي, فيكون السلك النحاسي كمقاومة والبطارية كقوة دافعة كهربائية تقوم بمقاومة السلك النحاسي R حتى يسري التيار الكهربائي إلى الطرف الأخر للسلك.


- فرق الجهد ( U ) : هي قوة دافعة كهربائية أو ضغط تسبب تدفق التيار في الدائرة الكهربائية ووحدة قياسها الفولت (V). - التيار ( I ) : هو تدفق عدد من الشحنات الإليكترونية في الدائرة الكهربائية , وتعطى بالأمبير (A).- المقاومة ( R ) : هي أي عائق تعيق حركة الاليكترونات المتدفقة وتستخدم في التحكم في فرق الجهد والتيار ووحدة قياسها بالأوم (Ω).

التيار المستمر

التيار المباشر (يرمز له باللاتينية DC و يسمي أيضًا "التيار المستمر") هو عبارة عن تدفقٍ ثابتٍ للإلكترونات من منطقة ذات جهد عالٍ إلي أخرى ذات جهد أقل. يحدث ذلك عادة في الفلزات كالأسلاك الكهربية، و لكن قد يحدث أيضًا خلال أشباه الموصلات أو العوازل أو حتى في الفراغ كما في حالة الأشعة الأيونية أو الإلكترونية. و تتدفق الشحنة الكهربية في حالة التيار المباشر في نفس الاتجاه، و بذلك فهو يختلف عن التيار المتردد (الذي يرمز له باللاتينية AC).



استُخدِم التيار المباشر تجاريًا لأول نقل للطاقة الكهربية (الذي طوره توماس إديسون في أواخر القرن التاسع عشر). و لكننا اليوم نستخدم التيار المتردد لكل استخدامات نقل الطاقة الكهربية لأنه ملائم أكثر من التيار المباشر لأغراض توزيع و نقل الطاقة

المجال المغناطيسي لتيار كهربي يمر في سلك مستقيم

المجال المغناطيسي لتيار كهربي

شكل المجال
خطوط المجال عبارة عن دوائر مغلقة منتظمة متحدة المركز مركزها السلك ذاته وفي مستوى عمودي على السلك

تعيين اتجاه خطوط المجال حول الموصل :
1. قاعدة قبضة اليد اليمنى : عندما تقبض اليد اليمنى على الموصل بحيث يشير الإبهام إلى اتجاه التيار الكهربائي فان اتجاه الأصابع الملتفة حول السلك يحدد اتجاه خطوط الفيض المغناطيسي .
2. قاعدة البريمة اليمنى لماكسويل : إذا أدرت بريمة بحيث يشير اتجاه اندفاعها إلى اتجاه التيار فان اتجاه دوراتها يحدد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي ( تسمى أيضا هذه القاعدة – قاعدة اللولب اليميني اللف ) 3. باستخدام بوصلة مغناطيسية صغيرة : إذا وضعت بوصلة على لوح الورق المقوى الذي يخترقه الموصل فان الاتجاه الذي يتخذه قطبها الشمالي يدل على اتجاه خطوط الفيض المغناطيسي
تعيين شدة المجال المغناطيسي عند نقطة بالقرب من السلك
العوامل التي تتوقف عليها شدة المجال المغناطيسي هي :
1. شدة التيار الكهربائي ( I ) - - - - - - - - تناسب طردي مع شدة المجال (B αI)
2. بعد النقطة عن السلك( d ) - - - - - - - - - تناسب طردي مع شدة المجال ( B α1/d )
الاستنتاج

ميو μ ثابت السماحية ( النفاذية ) للفراغ = 4 π x 10-7 وبر / أمبير . متر
إذا العلاقة في حالة سلك موضوع في الهواء تكتب على الصورة
عدد العوامل التي تتوقف عليها شدة المجال المغناطيسي لتيار كهربائي يمر في سلك مستقيم طويل واستنتج العلاقة بين هذه العوامل وشدة المجال احسب شدة المجال المغناطيسي عند نقطة تبعد في الهواء 4cm عن سلك طويل يسري فيه تيار كهربائي شدته 3A
ملاحظات هامة
1 - الدوائر التي تمثل خطوط الفيض المغناطيسي تتزاحم بالقرب من السلك وتتباعد بتباعدها عنه ونستنتج من هذا أن شدة المجال المغناطيسي للتيار تزداد بالاقتراب من السلك وتقل بالابتعاد عنه
2 - بزيادة شدة التيار الكهربي في السلك وإعادة طرق لوح الورق المقوى يزداد تزاحم خطوط الفيض حول السلك حيث تصبح الدوائر أكثر ازدحاما ونستنتج من هذا ان شدة المجال تزداد بزيادة شدة التيار [ تناسب طردي ]
3 - تسمى العلاقة السابقة قانون أمبير الدائري Ampere's Circuital Law
معلومة إثرائية
الدوران المغناطيسي هو حاصل ضرب شدة المجال المغناطيسي في طول محيط الدائرة حول الموصل علل يتوقف الدوران المغناطيسي على شدة التيار فقط ؟ لأن شدة المجال تتناسب عكسيا مع البعد عن السلك وبالتالي يكون حاصل ضربهما مقدار ثابت كيفية حساب الدوران المغناطيسي إذا كان المسار دائري إذا كان المسار غير منتظم حيث θ الزاوية بين و B يجب أن يكون المسار مغلق ويجب أن يحتوي المسار بداخله على تيار كهربائي قانون أمبير : مجموع مقادير الدوران المغناطيسي على أجزاء المسار المغلق المختلفة يتناسب طرديا مع شدة التيار داخل ذلك المسار
شدة المجال المغناطيسي داخل ملف حلزوني [ لولبي ]
التجربة العملية : تخطيط المجال المغناطيسي لتيار كهربائي يمر في ملف حلزوني الأدوات : ورق مقوى – بوصلات – سلك معزول – أميتر – مفتاح كهربائي – بطارية – برادة حديد – ريوستات خطوات التجربة نصل دائرة كما بالرسم نضع البوصلة عند أحد طرفي الملف ثم نقفل الدائرة ونلاحظ البوصلة نحرك البوصلة داخل الملف على طول محوره ونلاحظ اتجاه قطبها الشمالي ننقل البوصلة إلى الطرف الثاني للملف ونكرر ما سبق - نعكس اتجاه التيار المار ونكرر ما سبق نفتح الدائرة وننثر برادة الحديد عند طرفي الملف وعلى طول محوره من الداخل وحول الملف ثم نغلق الدائرة ونطرق لوح الورق المقوى طرقا خفيفا ونرسم شكل المجال وندون الاستنتاجات شكل المجال داخل الملف : خطوط مستقيمة متوازية ( مجال منتظم ) خارج الملف يشبه المجال المغناطيسي لساق ممغنط ويكون المجال ضعيفا جدا اتجاه المجال : في الداخل من الجنوبي إلى الشمالي في الخارج من الشمالي إلى الجنوبي القاعدة المستخدمة : البريمة اليمنى لماكسويل ( اللولب يميني اللف ) إذا أدرنا رأس البريمة داخل الملف علىمحوره في نفس اتجاه التيار في الملف يكون اتجاه تقدم البريمة هو نفس اتجاه خطوط المجال داخل الملف تحديد قطبي الملف طرف الملف الذي يكون فيه اتجاه التيار مع حركة عقارب الساعة يكون قطب جنوبي والطرف الآخر شمالي قاعدة من الخبرة العملية : طرف الملف الذي يدخل إليه التيار تدخل إليه خطوط المجال ويكون جنوبي والعكس للطرف الآخر حساب شدة المجال المغناطيسي داخل الملف
بما أن كثافة الفيض المغناطيسي عند أي نقطة على المحور داخل الملف اللولبي تتوقف على
1 - شدة التيار [ تناسب طردي ] B ά I
2 - عدد اللفات في وحدة الأطوال [ تناسب طردي ] B ά n
إذا B ά nI
B = μ n I
معلومة اثرائية نختار مسار مغلق مستطيل الشكل (abcd )نقسم المسار إلى أربعة أجزاء ( ab + bc + cd + da ) ونحسب الدوران المغناطيسي على أجزاء ذلك المسار نجد أن الدوران على da , bc يساوي صفرا لأن خطوط المجال عمودية عليهما cos 90 = 0 الدوران على الجزء cd = صفرا لأن B = 0 الدوران على الجزء ab = إذا الدوران المغناطيسي على أجزاء المسار abcd = الدوران على ab = من قانون أمبير [ مجموع التيار الكلي داخل المسار × ] --------- حيث n عدد اللفات في وحدة الأطوال

مقياس التيار الكهربائي

الأميتر أو الامبير ميتر (Ampermeter), (Ammeter) وهو جهاز لقياس التيار الكهربائي منه النوع ذي القلب الحديدي المتحرك الذي يشيع استخدامه، وهو يتكون من ملف يرتكز بين قطبي مغناطيس دائم، حيث يسري التيار المراد قياسه خلال الملف فينشأ عنه مجال يتبادل الفعل مه مجال المغناطيس الدائم. يركب بالملف المتحرك مؤشر يشير إلى مقدار الأمبيرات على تدرج مركب على سطح الجهاز.
يربط جهاز الأميتر على التوالي في الدائرة المراد القياس التيار المار بها.
أجهزة قياس الأميتر منها التماثلي والرقمي ومنها ماهو مخصص لقياس التيار المستمر DC ومنها ما هو مخصص للتيار المتردد AC، وهناك وصلة إضافية تمكن من قياس التيار الكهربائي دون فتح الدائرة الكهربائية لإدخال جهاز القياس بل قياس التيار من خلال الوصلة وإحاطتها بالسلك المراد قياس التيار المار به.
محولات التيار ( CT ):
تدخل محولات التيار في تركيب الكثير من أجهزة القياس وهي بذلك تساعد على قياس التيار المنساب في الموصلات بدون الحاجة إلى قطع الموصل ، وإنما من خلال قياس التيار الحثي للموصل والذي يتناسب وشدة التيار المار فيه