ويكيبيديا

تيار متردد: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][مراجعة غير مفحوصة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
شريط بوابة
وسمان: تحرير من المحمول تعديل ويب محمول
سطر 1:
{{مصدر|تاريخ=مارس 2016}}
[[ملف: Sine wave.svg|left|thumb|300px |المحور السيني يبين الزمن والمحور الرأسي يبين الجهد ([[فولت|بالفولت]]) . يسمى هاذا الشكل لتغير الفلولطية بأنة يتبع [[موجة جيبية|دالة جيبية]].]]
{{يتيمة|تاريخ=يوليو 2015}}
{{دمج|تاريخ=أكتوبر 2015|تيار متناوب}}
'''موجة التيار المتناوب''' {{إنج|Alternating current wave}}: هي [[موجة]] تنعكس فيه القطبية بشكل منظم دوري حيث تتحرك [[الشحنات|شحنة كهربائية]] لمدة زمنية نحو الأمام ثم لنفس المدة الزمنية نحو الخلف ثم نحو الأمام ثم نحو الخلف وهكذا.
بينما في [[التيار المستمر|تيار مستمر]] تتحرك الشحنات باتجاه واحد.
 
== الدور والتردد ==
'''التيار المتردد الجيبي''' أو '''التيار المتناوب الجيبي''' {{إنج|sinusoidal Alternating current}} هو [[تيار كهربائي]] يعكس اتجاهه بشكل دوري ويتذبذب في مكانه ذهابا وإيابا 50 أو 60 مرة في الثانية حسب النظام الكهربائي المستخدم. يمكن توليده فقط حسب [[قانون فاراداي-لينز|قانون فرداي]] عن طريق [[مولد كهربائي]] متردد.
[[ملف:Types of current.svg|thumb |left |300px|التيار المتردد(أخضر) بالمقارنة بالتيار المستمر (أحمر). المحور الأفقي يبين الزمن والمحور الرأسي يمثل [[جهد كهربائي|الجهد]] .]]
 
في التيار المتناوب يعيد المطال تكرار نفسه بشكل دوري وبالتالي يعاد تكرار نفس الجزء عدد كبير من المرات وتدعى المدة الزمنية بين التكرار الأول للدورة والتكرار الثاني بدور الموجة.
ويتم الآن استخدام التيار المتردد لنقل [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]] في كل دول العالم رغم أسبقية [[تيار مستمر|التيار المستمر]] التاريخية ، ورغم أن أول محطة تجارية لتوليد الكهرباء في العالم وهي التي أنشأها [[أديسون (توضيح)|أديسون]] في [[نيويورك (مدينة)|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 الكهرباء|نقل الطاقة]] من جهة و[[معالجة الإشارة|معالجة الإشارات]] من جهة أخرى.
وبشكل نظري يمكن أن يكون دور الموجة من أجزاء صغيرة من الثانية وحتى بضعة قرون من الزمن فمثلا تيارات الترددات الراديوية تتغير قطبيتها ملايين وربما مليارات المرات في الثانية.
يرمز للدور عندما يقاس بالثواني بالحرف T أما التردد الذي يرمز له بالحرف f للموجة فهو مقلوب الدور ولذلك يكون
f=1/T أو T= 1/f
 
في الأصل كانت واحدة التردد هي دورة بالثانية cycles per second وتختصر ب cpsو لكن تعطى الترددات العالية أحيانا ب kilocycles, megacycles, or gigacycles والتي تمثل ألف, مليون ,مليار دورة في الثانية ولكن في الوقت الحالي تعرف وحدة التردد باسم هرتز hertz وتختصر بالرمز Hz وبالتالي يكون
شكل موجة التيار المتردد هي الموجودة في المنازل والشركات. والشكل الموجي المعتاد هي [[منحنى الجيب|موجة جا]] (Sin wave)، ولكن في بعض التطبيقات من الممكن استخدام [[موجة مثلثية]] أو مربعة. وغالبًا ما تستخدم الاختصارات (AC) للتيار المتردد، و(DC) للتيار المستمر، كما يمكن التعبير عنها مع الجهد الكهربائي.<ref>{{مرجع ويب|المسار=http://www.electricalfacts.com/Neca/Science/electricity/history.shtml|العنوان=Electricity|الأخير=|الأول=|التاريخ=|الموقع=|مسار الأرشيف=|تاريخ الأرشيف=|وصلة مكسورة=|تاريخ الوصول=}}</ref>
1&nbsp;Hz=1 cps
10&nbsp;Hz= 10 cps
وكذلك تعطى الترددات العالية بالكيلوهرتز والميغاهرتز والغيغاهرتز وأحبانا ترددات أكبر من رتبة تيرا هرتز terahertz وتساوي (1,000,000,000,000) hertz. وبشكل عام لا تتطلب التيارات الكهربائية مثل هذه الترددات وذلك بسبب الاشعاع الكهرومغناطيسي.
تملك بعض أمواج التيار المتناوب ترددا واحدا وتدعر صافية ولكن غالبا هناك مركبات مضاعفة عن التردد الأساسي.
 
== الموجة الجيبية ==
== مزاياه ==
ربما يتساءل البعض لماذا يستخدم التيار المتردد في نقل [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]] على الرغم من أنه أكثر تعقيدا من [[التيار المستمر]].
ولكن يمتاز التيار المتردد بعدد من الميزات عن التيار المستمر:
# يمكن نقل [[قدرة كهربائية|القدرة الكهربائية]] عبر التيار المتردد إلى مسافات بعيدة جدا وهذا ما لا يمكن للتيار المستمر أن يفعله بطريقة اقتصادية أو عملية. حيث يمكن خفض ورفع [[جهد كهربائي|جهد]] [[مولد كهربائي|المولد الكهربائي]] باستخدام جهاز يدعى [[محول|المحول]] لا يمكن تطبيقه على التيار المستمر بسبب عدم وجود تغير في [[تدفق مغناطيسي|التدفق المغناطيسي]]. يقوم المحول برفع [[جهد كهربائي|الجهد الكهربائي]] الآتي من المولد والذي يتراوح عادة بين 11-36 [[سوابق SI|كيلو]] [[فولت]] ويقوم برفعه إلى مستويات تبلغ 110-765 [[سوابق SI|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. ف[[مكبر الصوت]] مثلا يقوم بتحويل المعلومات المحتواة في [[كلمة]] إلى تيار متردد
# التيار المتناوب سهل التوليد من التوربينات حيث أن الوشائع والمغانط الدوارة تنتج تيارا متناوبا وللحصول على التيار المستمر منها يجب إجراء تقويم وترشيح وهذه العملية من الصعب تحقيقها في التوترات العالية.
# تنتج [[خلية وقود|الخلايا الكهروكيميائة]] التيار المستمر مباشرة ولكنها تكون غير عملية لتلبية احتياجات مناطق سكانية كبيرة، بينما يمكن استخدام الطاقة الهائلة للمياه المخزونة خلف السدود على الأنهار، واستغلال [[طاقة المد والجزر]] للمحيطات و[[طاقة الرياح]] و[[الوقود الاحفوري]] و[[مفاعل نووي|التفاعلات النووية]] الآمنة لتدوير [[توربين|عنفات]] والتي بدورها تدير [[مولد كهربائي|مولدات تيار متردد]].
 
عندما يكون شكل التيار متناوبا جيبيا ينعكس اتجاه التيار بعد فترة زمنية منتظمة ويكون شكل المنحني يشبه إلى حد كبير شكل التابع المثلثي الجيبي.
كان [[توماس إديسون]] يفضل التيار المستمر على المتردد في نقل الطاقة الكهربائية في الأيام الأولى لإنشاء الشبكات الكهربائية ولكن زملاؤه رؤوا أن التيار المتردد يمكن أن يعمل بشكل أفضل وقد أخذ اديسون وقتا حتى اقتنع بخطأ موقفه لكن ربما كان يعلم شيئا لم يكن يعرفه زملاؤه.
عندما تكون الموجة من تردد واحد سيكون شكل الموجة جيبيا مثاليا ولكن عمليا يمكن أن يكون هناك آثار لترددات مغايرة
هناك ميزة زائدة للتيار المستمر في الشبكات الكهربائية عند نقل الطاقة الكهربائية لمسافات يعيدة حيث أنها تنتقل بشكل أكثر فعالية عند التوترات العالية من التيار المتردد لأن الأسلاك لها مقاومة أصغر عند مرور التيار المستمر منها عند مرور التيار المتردد وأيضا تقل الطاقة المغناطيسية الضائعة على شكل حقل مغناطيسي حول الاسلاك.
ان التيار في مآخذ المنازل يكونبا جيبي الشكل وذو تردد 50 أو 60&nbsp;Hz
و يعتبر نقل الطاقة باستخدام التيار المستمر ذي التوتر العالي واعدا جدا في المستقبل ولكن في الوقت الحالي تكمن المشكلة الأساسية في الكلفة لأنه يلزم تجهيزات تحويل للطاقة مدروسة بشكل كبير.
 
== الموجة المربعة ==
==تردد جيبي==
[[ملف:Leistung-uip-ohmisch.svg|thumb|left| 280px|شكل 3:تغير الجهد المتردد ''u'' والتيار ''i'' والقدرة مع الزمن عند مرورهم خلال مقاومة أومية .]]
 
في هذا النوع تتغير القطبية دون أن يتغير المطال وتظهر الموجة المربعة على راسم الإشارة بشكل خطوط متقطعة في الجانبين الموجب والسالب وذلك لأن الانتقال بين الموجب والسالب لا يظهر على راسم الإشارة وذلك لأنه فوري ولكن عند الدقة هناك زمن للانتقال بين الموجب والسالب.
يمكن وصف تغير التيار المتردد مع الزمن بمعادلة جيبية على الصورة :
 
== موجة سن المنشار ==
:<math>i(t) = \hat i \cdot \sin (\omega t )</math>
 
بعض أمواج التيار المتناوب ترتفع وتنخفض في خطوط مستقيمة كما يبدو في راسم الإشارة وميل الخط يحدد سرعة تغير المطال وتسمى هذه الأمواج بأمواج سن المنشار.
حيث :<math> \hat i </math> هو أقصى حد للتيار المتردد ، ويسمى [[مطال]] التيار،
يتم توليد موجة سن المنشار من أجهزة إلكترونية خاصة وهذه الأمواج تؤمن إشارة مثالية لأغراض التحكم.
و t الزمن ، و <math> (\omega )</math> التردد الزاوي .
 
== أشكال الأمواج المختلطة وغير النظامية ==
*يلاحظ أن التردد الزاوي <math> (\omega )</math> له وحدة 1/ثانية مثل [[تردد|التردد]] f ، أي يقاس التردد أيضا بوحدة [[هرتز|الهرتز]] التي هي 1/ثانية (انظر أسفله).
 
يمكن أن يكون شكل موجة التيار المتاوب معقدة بشكل كبير ولكن ما دامت الموجة تملك دورا ثابتا وتتغير القطبية جيئة وذهابا بين الجزئين السالب والموجب فهي موجة تيار متناوب ولكن يمكن أن يكون من الصعب أو المستحيل معرفة الدور في بعض الأمواج وذلك لأان الموجة مؤلفة من مركبتين لهما نفس المطال تقريبا وعند حدوث ذلك يكون طيف الترددات متعدد الأوجه وتفصل الطاقة بين الترددين.
==الجهد المتردد==
[[ملف:Phasenverschiebung kapazitiv.svg|thumb|left |280px|شكل 4:انزياح الطور بين التيار والجهد المترددين بسبب مرورهما عبر مكثف .]]
 
{{شريط بوابة|كهرباء}}
تنطبق المعادلة الجيبية السابقة أيضا على الجهد المتردد (قارن الشكل ):
 
[[تصنيف:كهرباء]]
:<math>u(t) = \hat u \cdot \sin (\omega t )</math>
 
حيث :<math> \hat u </math> هو أقصى حد للجهد ويسمى [[مطال]]
و t الزمن ، و <math> (\omega )</math> التردد الزاوي .
 
في هذا الشكل يزداد التيار وينخفض تباعا لتزايد الجهد المتردد وانخفاضه ، ونقول في تلك الحالة أنهما في نفس [[طور الموجة]].
 
ولكن أحيانا يمر الجهد المتردد عبر [[مكثف]] أو عبر [[ملف]] عندئذ يحدث إزاحة للتيار عن الجهد ، ونقول أن بين التيار و الجهد [[طور الموجة|فرق طور]].
 
'''الشكل 4 ''' يوضح فرق الطور عند مرور الجهد والتيار المترددين عبر [[مكثف]] ، يبلغ انزياه الطور هنا 90 درجة (زاوية).
 
الشكل 3 يبين أيضا أن القدرة الكهربائية P هي حاصل ضرب الجهد في التيار . ونلاحظ أن الجهد المتردد والتيار المتردد يتغيران في مطالهما بين الموجب (أعلى المحور الأفقي) والسالب (أسفل المحور الأفقي ). أما [[القدرة]] فهي دائما موجبة .
 
==التيار والدورة==
 
عدد الذبذبات في الثانية يسمى [[التردد]] ويقاس بوحدة [[هرتز]] واختصارها Hz .
 
والدورة هي تغير حالة تعيد نفسها على فترات زمنبة متساوية وتسمى تلك الفترة [[زمن الدورة]] (لنا مثلا دوران الأرض حول الشمس ،زمن الورة 1 سنة . أو دران الأرض حول محورها ، دورة كل 24 ساعة) . يرمز لزمن الدورة في الفيزياء بالحرف ''T'' .
 
بالنسبة للتيار المتردد تكون الدورة هي الزمن بين قمتين متتاليتين ، أو الزمن بين قاعين متتاليين على منحنى الجهد (بالمثل يتغير أيضا منحنى التيار) . بالمل يمكن القول أن الدورة في التيار المتردد تتكون من نصفي اهتزازة متتابعتين أحدهما موجبة والأخرى سالبة. ويمكن حساب زمن الدورة ''T'' بمقلوب [[التردد]] ''f''.
 
:<math>T = \frac1f</math>
 
في معظم بلاد العالم يكون تردد التيار المتردد المستخدم في البيوت له زمن دورة قدرها :<ref>{{مرجع كتاب|العنوان=Electrical meterman's handbook|المؤلف=National Electric Light Association|الناشر=Trow Press|date=1915|الصفحة=81|المسار=https://books.google.com/books?id=ZEpWAAAAMAAJ&pg=PA81}}</ref>
 
:<math>T_{50}= \frac1{50\text{ Hz}} = \frac1{50}\text{ s} = 20\text{ ms}</math>
 
وفي حسابات الهندسة الكهربائية ([[حساب التيار المتردد]] ) نستخدم [[التردد الزاوي]] ''ω'' حيث يسهل كتابة المعادلات :
 
:<math> \omega = 2 \pi \cdot f</math>
 
فعندما يكون لدينا تيار متردد وله تردد 50 هرتز (أي يتذبذب بمعدل 50 مرة في الثانية) :
 
:<math>\omega_{50}= 2 \pi \cdot 50\text{ Hz} \approx 314\text{ s}^{-1}</math>
 
وإذا كان هذا الجهد المتردد يغذي [[آلة كهربائية]] بواسطة قطبين ، فهي تدور ولها نصف دورة موجبة تتبعها نصف دورة سالبة ، ... وهكذا . بذلك تدور الآلة وتكمل 360° (وهي دورة واحدة).
 
== أنواع التيارات المترددة الجيبية ==
'''التيار المتردد''' نحصل عليه من [[مولد كهربائي|مولدات التيار]] المتغير وهذا النوع من التيار متغير القيمة والاتجاه وهو شائع الاستخدام في المنازل والمصانع ويمكن الحصول عليه بقدرات عالية ومن مميزات هذا النوع من التيار أنه يمكن رفعه أو خفضه باستخدام [[محول كهربائي|المحولات الكهربائية]] ويمكن نقله إلى مسافات بعيدة بأقل فقد في [[قدرة|القدرة]] المنقولة و[[تيار|التيار]] المتردد نوعين :
 
* [[تيار أحادي الطور|تيار متردد أحادي الطور]]
* [[تيار ثلاثي الأطوار|تيار متردد ثلاثي الطور]]
 
==مغناطيس التيار المتردد==
{{عن مقالة [[مغناطيس كهربي]]}}
 
في التيار المتردد تتغير شدة التيار دوريا من نهاية عظمى ([[مطال]]) تنخفض إلى الصفر (عند ربع [[طول الموجة]]) إلى نهاية صغرى (مطال معكوس الإشارة) ثم إلى الصفر ثم يصل ثانيا إلى النهاية العظمى التي بدأ منها، وبذلك تكون الدورة قد تمت. وتتكرر تلك الدورة للتيار المتردد (انظر الشكل). ونظرا لذلك التغير الذي تصل فيه قيمة التيار دوريا إلى الصفر في حالة التيار المتردد فلا بد من ضمان عمل المغناطيس المستمر خلال اللحظات الدورية التي لا يمر خلالها تيار في الملف .
 
[[ملف:Zugmagnet-spaltpol.svg|center |thumb |500px|تتطابق تياران مترددان مختلفي [[طور الموجة|الطور]]. المحور الأفقي : الزمن، المحور الرأسي: شدة المجال المتولدة.]]
 
ويتم ذلك عن طريق استخدام [[ملف]] إضافي ينتج تيارا مترددا إضافيا ويكون في [[طور الموجة|طور]] منزاحا عن طور التيار المتردد الأصلي، بحيث يتطابق التياران المترددان على بعضهما البعض، وتصبح للمحصلتهما دائما قيمة مختلفة عن الصفر (انظر الشكل، المنحنى الأسود). كما يمكن إجراء ذلك عن طريق استخدام [[تيار ثلاثي الأطوار]] وهو النظام المتبع لتشغيل [[محرك كهربائي|المحركات الكهربائية]] في القطارات والروافع وغيرها.
 
[[ملف:Dreiphasenwechselstrom.svg|center |thumb |500px|سريان تيار ثلاثي الأطوار [[جهد كهربائي|للجهود]] U1, U2, U3]]
 
==اقرأ أيضا==
*[[محرك قطب مشقوق]]
*[[تيار ثلاثي الأطوار]]
*[[محول تردد]]
* [[تيار مداوم]]
*[[مولد كهربائي]]
*[[محول كهربائي]]
*[[مغناطيس كهربي]]
*[[طور الموجة]]
*[[محرك كهربائي]]
*[[آلة تيار ثلاثي الأطوار]]
* [[مولد خطي]]
 
== مراجع ==
{{مراجع}}
{{شريط بوابات|فيزياء|إلكترونيات|طاقة|كهرباء}}
{{تصنيف كومنز}}
 
{{ضبط استنادي}}
 
[[تصنيف:طاقة كهربائية]]
[[تصنيف:قدرة كهربائية]]
[[تصنيف:هندسة كهربائية]]
[[تصنيف:تيار كهربائي]]
[[تصنيف:قدرة التيار المتردد]]
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/تيار_متردد»