الحث الكلي في اتصال سلسلة. توصيل المقاومات على التوالي
) ناقشنا جميع الجوانب الرئيسية، وهي تصميم الملف ومبدأ التشغيل وسلوكه عند استخدامه في دوائر التيار المستمر والتيار المتردد. ولكن بقيت بعض النقاط دون مساس، في الواقع، سنناقشها في هذا المقال :)
المقاومة النشطة وعامل الجودة للمحث.
لذا، سنبدأ بمناقشة بعض خصائص المحرِّضات التي لم يكن لدينا الوقت للتعرف عليها في المقالة السابقة. أولا دعونا ننظر المقاومة النشطةلفائف.
يستخدم المصطلح في المقام الأول لتحديد مسار مستمر يتكون من الموصلات والأجهزة الموصلة، بما في ذلك مصدر القوة الدافعة الكهربائية، التي تحمل التيار عبر الدائرة. يسمى هذا النوع من الدوائر بالدوائر المغلقة، بينما تسمى تلك التي يكون المسار فيها غير مستمر بالدوائر المفتوحة. الدائرة القصيرة هي دائرة تقوم بإجراء اتصال مباشر بدون مقاومة أو محاثة أو سعة ملحوظة بين أطراف مصدر القوة الدافعة الكهربائية.
القانون الأساسي للتدفق هو قانون أوم، الذي سمي على اسم مكتشفه الفيزيائي الألماني جورج أوم. وفقا لقانون أوم، فإن التيار الذي يتدفق عبر دائرة مكونة من مقاومات نقية يتناسب طرديا مع القوة الدافعة الكهربائية المطبقة على الدائرة ويتناسب عكسيا مع المقاومة الكلية للدائرة.
بالنظر إلى أمثلة تضمين الملفات في دوائر مختلفة، افترضنا أن مقاومتها النشطة هي 0 (تسمى هذه الملفات مثالية). لكن من الناحية العملية، فإن أي ملف لديه مقاومة نشطة غير صفرية. وبالتالي، يمكن تمثيل المحرِّض الحقيقي على شكل ملف مثالي ومقاومة تسلسلية:
الدائرة المتسلسلة هي دائرة يتم فيها ترتيب الأجهزة أو عناصر الدائرة بحيث يمر التيار بأكمله عبر كل عنصر دون تقسيم أو تجاوز في دوائر متوازية. أسهل طريقة لتوصيل المكونات الكهربائية هي ترتيبها خطيًا، واحدًا تلو الآخر. يُسمى هذا النوع من الدوائر "دائرة السلسلة". إذا توقف أحد المصابيح في الدائرة عن العمل، فسوف يتوقف الآخر عن العمل أيضًا بسبب انقطاع التيار عن الدائرة. تسمى هذه الدائرة "الدائرة الموازية".
عندما يكون هناك مقاومتان أو أكثر على التوالي في الدائرة، المقاومة الكليةيتم حسابها عن طريق جمع قيم المقاومات المحددة. إذا كانت المقاومات متوازية المعنى العاميتم الحصول على مقاومة الدائرة بواسطة الصيغة. في دائرة متوازيةيتم ترتيب الأجهزة الكهربائية، مثل المصابيح المتوهجة أو خلايا البطاريات، بحيث يتم دمج جميع الأقطاب والأقطاب الكهربائية والأطراف الموجبة في موصل واحد، وجميع الأطراف السالبة في موصل آخر، مما يشكل أن كل وحدة هي في الأساس اشتقاق متوازي.
بكرة مثالية، كما تتذكر، لا يوفر أي مقاومة للتيار المباشر، والجهد عبره هو 0. في حالة الملف الحقيقي، يتغير الوضع إلى حد ما. عندما يتدفق تيار مباشر عبر الدائرة، فإن الجهد عبر الملف سيكون مساوياً لـ:
على التوازي، قيمة مقاومتين متساويتين تساوي نصف قيمة المقاومات المكونة، وفي كل حالة تكون قيمة المقاومات موصلة على التوازي أقل من القيمةالأصغر من كل مقاوم . وتعرف هذه القوانين التي اكتشفها الفيزيائي الألماني غوستاف روبرت كيرتشوف بقوانين كيرشوف. أولاً، ينص قانون العقد على أنه في أي اتصال في دائرة يتدفق من خلالها تيار مباشر، فإن مجموع الشدة الواصلة إلى العقدة يساوي مجموع تلك الشدة الخارجة منها. وفي القانون الثاني، ينص قانون الشبكة على أنه بدءًا من أي نقطة على الشبكة واتباع أي مسار مغلق للعودة إلى نقطة البداية، فإن المجموع الصافي للقوى الدافعة الكهربائية الموجودة سيكون مساويًا للمجموع الصافي لحاصل ضرب المقاومات و الشدة التي تتدفق من خلالها.
حسنًا، نظرًا لأن التردد الحالي هو 0 (تيار مباشر)، فإن المفاعلة ستكون مساوية لـ:
ولكن ماذا سيحدث عندما يتم توصيل مغو حقيقي بدائرة التيار المتردد؟ دعونا معرفة ذلك. دعونا نتخيل أن هذه الدائرة تتدفق تكييف، فإن الجهد الإجمالي على الدائرة سوف يتكون من المكونات التالية:
وهذا القانون الثاني هو ببساطة امتداد لقانون أوم. الحث يؤدي إلى أن يكون الحد الأقصى لتيار التيار المتردد أقل من الحد الأقصى للجهد؛ تؤدي السعة إلى أن تكون قيمة الجهد القصوى أقل من القيمة القصوى الحالية. تعمل السعة والحث على منع تدفق التيار المتردد ويجب أخذهما في الاعتبار عند حسابهما.
رموز بعض العناصر الدائرة الكهربائية. عادة ما يتم ذكر المعلومات بالوحدات الكهربائية القياسية: أوم، فولت، أمبير، كولوم، هنري، فاراد، واط أو جول. وبما أن جميع أشكال المادة لها خاصية كهربائية واحدة أو أكثر، فيمكن إجراء القياسات الكهربائية من عدد غير محدود من المصادر.
كما تتذكر، يتم التعبير عن الجهد عبر الملف المثالي بدلالة القوة الدافعة الكهربية المستحثة ذاتيًا:
ونحصل على الجهد عبر مغو حقيقي:
لذلك، يتم استخدام بعض خصائص الكهرباء لإنشاء القوة البدنية، قادرة على الكشف والقياس. على سبيل المثال، في الجلفانومتر، وهو أداة قياس تم اختراعها مؤخرًا، تؤدي القوة المتولدة بين المجال المغناطيسي والملف المائل الذي يمر عبره التيار إلى انحراف الملف. وبما أن الانحراف يتناسب مع تدفق التيار، يتم استخدام مقياس معاير لقياس التيار الكهربائي. التأثير الكهرومغناطيسيبين التيارات، والقوة بين الشحنات الكهربائية والتسخين الناجم عن مقاومة التوصيل هي بعض التقنيات المستخدمة للحصول على قياسات كهربائية تناظرية.
تسمى نسبة المقاومة التفاعلية (الاستقرائية) إلى المقاومة النشطة عامل الجودةويشار إليه بالحرف:
نظرًا لأن المقاومة النشطة للملف المثالي هي 0، فإن عامل الجودة سيكون كبيرًا بلا حدود. وبناء على ذلك، كلما ارتفع عامل جودة المحرِّض، كلما كان أقرب إلى المثالية.
لقد نظرنا إلى المقاومة النشطة للملف، فلننتقل إلى السؤال التالي.
تعتمد نماذج الأوم والأمبير الأساسية على تعريفات هذه الوحدات المعترف بها دوليًا وتعتمد على وزن وحجم ووقت السائق. طرق القياس المستخدمة من قبل هذه الوحدات الأساسية دقيقة وقابلة للتكرار. على سبيل المثال، تتضمن قياسات الأمبير المطلقة استخدام ميزان يقيس القوة بين مجموعة من الملفات الثابتة والملف المتحرك. هذه القياسات المطلقة للاختلافات الحالية والمحتملة هي ذات استخدام أساسي في المختبر، في حين يتم استخدام القياسات النسبية في معظم الحالات.
طاقة المحث.
التيار الكهربائي المتدفق عبر الملف يعزز التراكم الطاقة في المجال المغناطيسي للملف. عندما ينقطع/ينقطع التيار، سيتم إرجاع هذه الطاقة إلى الدائرة الكهربائية، وهو ما واجهناه عند النظر في المحاثات في دوائر التيار المستمر. ليس هناك ما يمكن إضافته هنا، سأقدم فقط صيغة يمكن استخدامها لتحديد كمية الطاقة المتراكمة للمحرِّض:
جميع العدادات الموضحة في الفقرات التالية تسمح بذلك القراءات النسبية. تتيح لك عدادات الكهرباء تحديد الكميات الكهربائية المختلفة. اثنان من هذه الأجهزة هما الأميتر والفولتميتر، وكلاهما من أشكال الجلفانومتر. في الجلفانومتر، يقوم المغناطيس بإنشاء مجال مغناطيسي يولد قوة قابلة للقياس عندما يتدفق التيار عبر ملف مجاور. يقوم مقياس التيار الكهربائي بتحويل التيار عبر الملف من خلال الالتفافية ويقيس التيار المتدفق عبر الدائرة التي يتصل بها على التوالي. ومع ذلك، يتم توصيل الفولتميتر على التوازي ويسمح لك بقياس الاختلافات المحتملة.
دعنا ننتقل إلى خيارات توصيل الملفات ببعضها البعض... سنقوم بإجراء جميع الحسابات للمحاثات المثالية، أي أن مقاومتها النشطة هي 0. بالمناسبة، في معظم المشاكل النظريةوالأمثلة، يتم أخذ الملفات المثالية في الاعتبار، لكن لا تنس أنه في الدوائر الحقيقية، لا تساوي المقاومة النشطة 0 ويجب أخذها في الاعتبار عند إجراء أي حسابات.
ولكي يمر التيار عبره إلى الحد الأدنى، يجب أن تكون مقاومة الفولتميتر عالية جدًا، على عكس الأميتر. الجلفانومتر هي أدوات أساسية في اكتشاف وقياس التيار. وهي تعتمد على التفاعلات بين التيار الكهربائي والمغناطيس. تم تصميم آلية الجلفانومتر بحيث يقوم المغناطيس الدائم أو المغناطيس الكهربائي بإنشاء مجال مغناطيسي يولد قوة عندما يكون هناك تيار في ملف قريب من المغناطيس. يمكن أن يكون العنصر المتحرك مغناطيسًا أو ملفًا.
تعمل القوة على إمالة العنصر المتحرك بدرجة تتناسب مع شدة التيار. يمكن أن يعتمد هذا العنصر المتحرك على مؤشر أو أي جهاز آخر يسمح لك بقراءة درجة الميل على القرص. يحتوي هذا النظام على قصور ذاتي واحتكاك أقل من المؤشر، مما يسمح بتسمية هذه الأداة على اسم عالم الأحياء والفيزيائي الفرنسي جاك د. "أرسونفال"، الذي أجرى أيضًا بعض التجارب على المعادل الميكانيكي للحرارة والتيار المتذبذب عالي التردد و قوة عاليةيستخدم حالياً لعلاج بعض الأمراض مثل التهاب المفاصل.
في اتصال سلسلة من المحاثاتيمكن استبدالها بملف واحد بقيمة محاثة تساوي:
يبدو أن كل شيء بسيط، ولا يمكن أن يكون أكثر بساطة، ولكن هناك شيء واحد نقطة مهمة. هذه الصيغة صالحة فقط إذا كانت الملفات موجودة على مسافة من بعضها البعض بحيث لا يتقاطع المجال المغناطيسي لأحد الملفات مع لفات الملف الآخر:
يتكون هذا الإجراء، المسمى بالإنفاذ الحراري، من تسخين جزء من الجسم عن طريق تمرير تيار عالي التردد بين قطبين كهربائيين موضوعين على الجلد. عند إضافة مقياس متدرج والمعايرة المقابلة إلى الجلفانومتر، فإن النتيجة هي مقياس التيار الكهربائي، وهو أداة تقرأ التيار الكهربائيفي الامبير. يمكن فقط تمرير كمية صغيرة من التيار عبر السلك الرفيع لملف الجلفانومتر. إذا كان من الضروري قياس تيارات كبيرة، يتم توصيل تحويلة ذات مقاومة منخفضة إلى أطراف جهاز القياس.
يتدفق معظم التيار عبر المقاومة الالتفافية، لكن الكمية الصغيرة التي تتدفق عبر العداد تظل متناسبة مع إجمالي التيار. وباستخدام هذا التناسب، يُستخدم الجلفانومتر لقياس تيارات تبلغ عدة مئات من الأمبيرات.
إذا كانت الملفات تقع بالقرب من بعضها البعض وجزء المجال المغنطيسيملف واحد يخترق الثاني، ثم الوضع مختلف تماما. هناك خياران:
- التدفقات المغناطيسية للملفات لها نفس الاتجاه
- يتم توجيه التدفقات المغناطيسية نحو بعضها البعض
الحالة الأولى تسمى الاتصال الساكن للملفات - بداية الملف الثاني متصلة بنهاية الأول. والخيار الثاني يسمى الاتصال المضاد - يتم توصيل نهاية الملف الثاني ببداية الأول. في المخططات، تتم الإشارة إلى بداية الملف بالرمز "". وبالتالي، في الرسم البياني الموضح في الشكل، لدينا اتصال ثابت للمحرِّضات. في هذه الحالة، يتم تحديد الحث الكلي على النحو التالي:
الجلفانومتر لديها أسماء مختلفةاعتمادًا على مقدار التيار الذي يمكنهم قياسه. أجهزة القياس الدقيقة تتم معايرة مقياس الميكرومتر بأجزاء من المليون من الأمبير، ويتم معايرة الملليمتر الواحد بأجزاء من الألف من الأمبير. لا يمكن استخدام الجلفانومترات التقليدية لقياس التيار المتردد لأن تقلبات التيار ستسبب ميلاً في كلا الاتجاهين.
الديناميكا الكهربائية ومع ذلك، يمكن استخدام نوع مختلف من الجلفانومتر يسمى الديناميكا الكهربائية لقياس التيار المتردد باستخدام الميل الكهرومغناطيسي. يحتوي هذا المقياس على ملف ثابت موضوع على التوالي مع ملف متحرك، والذي يستخدم بدلاً من المغناطيس الدائم للجلفانومتر. بما أن تيار الملف الثابت والملف المتحرك معكوسان في نفس الوقت، فإن ميل الملف يكون دائمًا في نفس الاتجاه، مما يؤدي إلى قياس تيار ثابت.
أين هو الحث المتبادل للملفات.
عند توصيل المحاثات المتصلة على التوالي في اتجاهين متعاكسين:
يمكن ملاحظة أنه إذا كان للتدفقات نفس الاتجاه (إدراج الحروف الساكنة)، فإن الحث الإجمالي يزداد بمقدار الضعف الحث المتبادل، وإذا كانت التدفقات موجهة نحو بعضها البعض، فإنها تنخفض بنفس المقدار.
أجهزة قياس الوجه المصنوعة من الحديد الزهر هناك نوع آخر من أجهزة القياس الكهرومغناطيسية وهو جهاز قياس الحديد أو جهاز قياس الحديد. يستخدم هذا الجهاز زعانف حديدية حلوة ثابتة ومتحركة تقع بين قطبي ملف أسطواني وطويل يمر من خلالهما التيار المراد قياسه. يولد التيار قوة مغناطيسية في الزعانف، مما يسبب نفس الميل بغض النظر عن اتجاه التيار. يتم تحديد حجم التيار عن طريق قياس درجة ميل الزعنفة المتحركة.
تستخدم أجهزة القياس الحرارية لقياس التيارات المتناوبة عالية التردد، والتي تعتمد على التأثير الحراري للتيار. في المزدوجات الحرارية، يتم تمرير التيار عبر سلك رفيع، مما يؤدي إلى تسخين وصلة المزدوجات الحرارية. يتم قياس الكهرباء المولدة بواسطة المزدوجة الحرارية بواسطة الجلفانومتر التقليدي. في أجهزة قياس التوهج المتوهجة، يمر التيار عبر سلك رفيع، والذي يسخن ويتمدد. يتم توصيل السلك ميكانيكيًا بمؤشر متحرك يتحرك على طول مقياس معاير بالقيم الحالية.
في اتصال متوازيالمحاثاتهناك أيضًا ثلاثة خيارات:
كما هو الحال في حالة التوصيل التسلسلي، مع التوصيل الثابت، سيكون إجمالي الحث أكبر (نظرًا لأن مقام الكسر سيكون أصغر).
غالبًا ما يستخدم راسم الذبذبات لأخذ قياسات في الدوائر الكهربائية. وهذا مفيد بشكل خاص لأنه يمكن أن يوضح كيف تتغير هذه المقاييس بمرور الوقت، أو كيف يتغير مقياسان أو أكثر بالنسبة لبعضهما البعض. الأداة الأكثر استخدامًا لقياس فروق الجهد هي الجلفانومتر ذو المقاومة العالية المرتبطة بالملف. عندما يتم توصيل هذا النوع من أجهزة القياس ببطارية أو نقطتين في دائرة كهربائية بقدرات مختلفة، يتدفق تيار أقل عبر جهاز القياس.
يتناسب التيار مع الجهد الذي يمكن قياسه إذا تمت معايرة الجلفانومتر له. عند استخدام المقاومات النوع الصحيحيستخدم الجلفانومتر التسلسلي لقياس جدا مستويات مختلفةالجهد االكهربى. لقياس جهد التيار المتردد، يتم استخدام عدادات مشذرة ذات مقاومة داخلية عالية أو عدادات مقاومة عالية مماثلة على التوالي.
في الواقع، هذا هو المكان الذي ننتهي فيه من دراسة المحرِّضات. لقد درسنا سابقًا، وفي المقالات المستقبلية سيتعين علينا العمل مع دوائر تتضمن كل هذه العناصر في مجموعات مختلفة :) لذا اشترك في التحديثات ولا تفوت المقالات الجديدة على موقعنا!
توصيل المحاثات في غياب التأثير المتبادل للمجالات المغناطيسية للملفات.
الحث الكلي لملفين أو أكثر متصلين بالتتابعوتقع على مسافة من بعضها البعض بحيث لا يتقاطع المجال المغناطيسي لأحد الملفين مع لفات الملف الآخر (الشكل 1)، ويساوي مجموع محاثاتها.
تستخدم طرق قياس الجهد الأخرى الأنابيب المفرغة و الدوائر الإلكترونيةوهي مفيدة جدًا لإجراء القياسات ترددات عالية. أحد هذه الأجهزة هو الفولتميتر ذو الأنبوب المفرغ. في أبسط شكلفي هذا النوع من الفولتميتر، يتم تصحيح التيار المتردد في أنبوب الصمام الثنائي، ويتم قياس التيار المصحح بواسطة الجلفانومتر العادي. تستخدم أجهزة الفولتميتر الأخرى من هذا النوع خصائص مضخم الأنبوب المفرغ لقياس الفولتية المنخفضة جدًا. يستخدم أيضًا راسم ذبذبات شعاع الكاثود لقياس الجهد لأن ميل شعاع الإلكترون يتناسب مع الجهد المطبق على الألواح أو الأقطاب الكهربائية للأنبوب.
الشكل 1. اتصال سلسلة المحاثات.
تحتوي الدائرة الموضحة في الشكل 1 على محاثة إجمالية L، والتي يتم التعبير عنها على النحو التالي:
حيث L1 وL2 وL3 هي محاثات الملفات الفردية.
اتصال متوازي من المحاثات.
يتم حساب محاثة الدائرة المكونة من نفس الملفات عند توصيلها على التوازي (الشكل 2) وتخضع لنفس الشروط المتعلقة بموقعها (بدون تفاعل مغناطيسي) باستخدام الصيغة التالية:
الشكل 2. الاتصال الموازي للمحاثات.
يتم تحديد محاثة ملفين متصلين بالتوازي بالصيغة التالية:
كما ترون، فإن صيغ حساب الحث الناتج للملفات المتصلة على التوالي أو بالتوازي والتي لا تتفاعل مع بعضها البعض متطابقة تمامًا مع صيغ حساب المقاومة الأومية للدائرة عندما تكون المقاومات متصلة على التوالي وبالتوازي.
توصيل الملفات في ظل وجود التأثير المتبادل لمجالاتها المغناطيسية.
إذا كانت الملفات المتصلة على التوالي موجودة بالقرب من بعضها البعض، أي، بحيث يخترق جزء من التدفق المغناطيسي لأحد الملفين لفات الملف الآخر، أي أن هناك اقتران حثي بين الملفات (الشكل 3 أ)، ثم لتحديد محاثتها الإجمالية لن تكون الصيغة المذكورة أعلاه قابلة للتطبيق بعد الآن. مع هذا الترتيب للملفات يمكن أن يكون هناك حالتين، وهما:
- التدفقات المغناطيسية لكلا الملفين لها نفس الاتجاه
- يتم توجيه التدفقات المغناطيسية لكلا الملفين نحو بعضها البعض
ستحدث حالة أو أخرى اعتمادًا على اتجاه لفات الملفات واتجاهات التيارات فيها.
الشكل 3. اتصال المحاثات: أ) يزيد إجمالي الحث بسبب الحث المتبادلب) يتناقص إجمالي الحث بسبب الحث المتبادل.
إذا تم لف الملفين في نفس الاتجاه وتدفقت التيارات فيهما في نفس الاتجاه، فهذا يتوافق مع الحالة الأولى؛ إذا كانت التيارات تتدفق في اتجاهين متعاكسين (الشكل 3ب)، فستحدث الحالة الثانية.
دعونا نتفحص الحالة الأولى، عندما يتم توجيه التدفقات المغناطيسية في اتجاه واحد. من الواضح، في ظل هذه الظروف، أن لفات كل ملف سيتم اختراقها عن طريق التدفق الخاص بها وجزء من تدفق الملف الآخر، أي أن التدفق المغناطيسي في كلا الملفين سيكون أكبر مقارنة بالحالة عندما لا يكون هناك اقتران حثي بين الملفين. الملفات. الزيادة في التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر لفات ملف معين تعادل زيادة في محاثته. ولذلك، فإن إجمالي المحاثة للدائرة في الحالة قيد النظر سيكون أكبر من مجموع محاثات الملفات الفردية التي تشكل الدائرة.
وبالتفكير بنفس الطريقة، سوف نتوصل إلى استنتاج مفاده أنه في الحالة الثانية، عندما يتم توجيه التدفقات نحو بعضها البعض، فإن المحاثة الإجمالية للدائرة ستكون أقل من مجموع محاثات الملفات الفردية.
يتم حساب قيمة الحث لدائرة مكونة من ملفين حثيين L1 و L2 متصلين على التوالي مع اقتران حثي بينهما باستخدام الصيغة:
في الحالة الأولى توضع علامة + (زائد)، وفي الحالة الثانية توضع علامة - (ناقص).
الكمية M تسمى معامل الحث المتبادل، يمثل الحث الإضافي الناتج عن جزء التدفق المغناطيسي المشترك لكلا الملفين.
يعتمد الجهاز على ظاهرة الحث المتبادل مقاييس التغير. يتكون المتغير من ملفين، يمكن، إذا رغبت في ذلك، تغيير الحث الإجمالي بسلاسة ضمن حدود معينة. في هندسة الراديو، يتم استخدام مقاييس المتغيرات لضبطها الدوائر التذبذبيةأجهزة الاستقبال والإرسال.
