ما هو التيار المتردد (AC) والتيار المباشر (DC) وتطبيقاته

ما هو التيار المتردد (AC) والتيار المباشر (DC) وتطبيقاته

يصف كل من التيار المتردد والتيار المباشر نوعين من تدفق التيار في الدائرة. في التيار المباشر ، تتدفق الشحنة الكهربائية أو التيار في اتجاه واحد. في التيار المتردد ، تغير الشحنة الكهربائية اتجاهها بشكل دوري. ينعكس الجهد في دارات التيار المتردد أحيانًا لأن التيار يغير اتجاهه. معظم الإلكترونيات الرقمية التي تبنيها باستخدام DC. ومع ذلك ، من السهل فهم بعض مفاهيم التيار المتردد. معظم المنازل موصلة بأسلاك لمكيفات الهواء ، لذلك إذا كانت فكرتك لتوصيل مشروع صندوق اللحن Tardis بمنفذ ، فستحتاج إلى تحويل AC إلى DC . يحتوي التيار المتردد أيضًا على بعض الخصائص المفيدة ، مثل القدرة على تحويل مستويات الجهد بمكون واحد مثل المحول ، وهذا هو السبب في أننا في البداية اخترنا وسائل التيار المتردد لنقل الكهرباء عبر مسافات طويلة.



ما هو التيار المتردد (AC)

التيار المتردد يعني تدفق الشحنة التي تغير الاتجاه بشكل دوري. نتيجة لذلك ، ينعكس مستوى الجهد أيضًا مع التيار. يستخدم التيار المتردد لتزويد الطاقة للمنازل والمباني والمكاتب ، إلخ.


توليد التيار المتردد

يمكن إنتاج التيار المتردد باستخدام جهاز يسمى كمولد. هذا الجهاز هو نوع خاص من مولد كهربائي مصممة لإنتاج التيار المتردد.





توليد التيار المتردد

توليد التيار المتردد

يتم تدوير حلقة من السلك داخل مجال مغناطيسي ، مما يؤدي إلى حدوث تيار على طول السلك. يأتي دوران السلك من مصادر مختلفة مثل التوربينات البخارية وتوربينات الرياح والمياه المتدفقة وما إلى ذلك. نظرًا لأن السلك يدور ويدخل قطبية مغناطيسية مختلفة بشكل دوري ، يتناوب الجهد والتيار على السلك. إليك رسم متحرك صغير يوضح هذا المبدأ:



لتوليد التيار المتردد في مجموعة من أنابيب المياه ، نقوم بتوصيل الخصائص الميكانيكية لمكبس يحرك الماء في الأنابيب ذهابًا وإيابًا (تيارنا 'المتناوب').

أشكال الموجة

يمكن أن يأتي التيار المتردد في عدد من أشكال الموجة ، طالما أن التيار والجهد يتناوبان. إذا قمنا بتوصيل راسم الذبذبات بدائرة بواسطة التيار المتردد ورسمنا جهدها ، فقد نرى على مدى فترة طويلة عددًا من الأشكال الموجية المختلفة. الموجة الجيبية هي أكثر أنواع التيار المتردد شيوعًا. يحتوي التيار المتردد في معظم المنازل والمكاتب على جهد متذبذب ينتج عنه موجة جيبية.


موجة جيبية

موجة جيبية

تشمل الأشكال الأخرى للتيار المتردد الموجة المربعة وموجة المثلث. غالبًا ما تستخدم الموجات المربعة في الإلكترونيات الرقمية والتبديل وأيضًا تختبر تشغيلها.

موجة مربعة

موجة مربعة

موجات المثلث مفيدة لاختبار الإلكترونيات الخطية مثل مكبرات الصوت.

موجة المثلث

موجة المثلث

وصف موجة جيبية

نحتاج غالبًا إلى وصف شكل موجة التيار المتردد بعبارات رياضية. في هذا المثال ، سنستخدم الموجة الجيبية الشائعة. هناك ثلاثة أجزاء من الموجة الجيبية: التردد والسعة والمرحلة.

بالنظر إلى الجهد فقط ، يمكننا وصف معادلة رياضية للموجة الجيبية:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) هو جهدنا كدالة للوقت ، مما يعني أن جهدنا يتغير مع تغير الوقت.

VP هو السعة. يصف هذا الحد الأقصى للجهد الذي يمكن أن تصل إليه الموجة الجيبية في أي اتجاه ، مما يعني أن جهدنا يمكن أن يكون + VP فولت ، -VP فولت.

تشير وظيفة الخطيئة () إلى أن جهدنا سيكون على شكل موجة جيبية دورية ، وهي تذبذب سلس حول 0 فولت.

2π هو ثابت يحول التردد من الدورات أو بالهرتز إلى التردد الزاوي (راديان في الثانية).

يشير f إلى تردد الموجة الجيبية. يتم إعطاء هذا في شكل هرتز أو وحدات في الثانية.

t هو المتغير التابع لدينا: الوقت (يقاس بالثواني). مع اختلاف الوقت ، يختلف شكل الموجة لدينا.

φ يصف مرحلة الموجة الجيبية. المرحلة هي مقياس لمدى إزاحة شكل الموجة فيما يتعلق بالوقت. غالبًا ما يتم إعطاؤه كرقم بين 0 و 360 ويتم قياسه بالدرجات. بسبب الطبيعة الدورية للموجة الجيبية ، إذا تم إزاحة شكل الموجة بمقدار 360 درجة ، فإنها تصبح نفس شكل الموجة مرة أخرى ، كما لو تم إزاحتها بمقدار 0 درجة. من أجل التبسيط ، ما زلنا نفترض أن المرحلة هي 0 درجة لبقية هذا البرنامج التعليمي.

يمكننا اللجوء إلى منفذنا الموثوق به للحصول على مثال جيد لكيفية عمل شكل موجة التيار المتردد. في الولايات المتحدة ، الطاقة المقدمة لمنازلنا هي التيار المتردد بحوالي 170 فولت من الصفر إلى الذروة (السعة) و 60 هرتز (التردد). يمكننا التعويض بهذه الأعداد في الصيغة للحصول على المعادلة

V (t) = 170 خطيئة (2π60 طن)

يمكننا استخدام الآلة الحاسبة الخاصة بنا لرسم هذه المعادلة. إذا لم تتوفر آلة حاسبة للرسوم البيانية ، فيمكننا استخدام برنامج رسوم بياني مجاني على الإنترنت مثل Desmos.

حاسب الرسوم البيانية

التطبيقات

يتم استخدام منافذ المنزل والمكتب دائمًا في مكيفات الهواء. وذلك لأن توليد ونقل التيار المتردد عبر مسافات طويلة وسهل نسبيًا. عند الفولتية العالية مثل أكثر من 110 كيلو فولت ، يتم فقدان طاقة أقل في نقل الطاقة الكهربائية. تعني الفولتية الأعلى تيارات منخفضة ، وتعني التيارات المنخفضة حرارة أقل تولد في خط الطاقة بسبب المقاومة. يمكن تحويل التيار المتردد من الفولتية العالية بسهولة باستخدام المحولات.

AC قادر أيضًا على تشغيل المحركات الكهربائية . المحركات والمولدات هي نفس الجهاز بالضبط ، لكن المحركات تتحول طاقة كهربائية إلى طاقة ميكانيكية. هذا مفيد للعديد من الأجهزة الكبيرة مثل الثلاجات وغسالات الصحون وما إلى ذلك ، والتي تعمل على مكيف الهواء.

ما هو التيار المباشر (DC)

التيار المباشر يعني التدفق أحادي الاتجاه للشحنة الكهربائية. يتم إنتاجه من مصادر مثل البطاريات وإمدادات الطاقة والخلايا الشمسية والمزدوجات الحرارية أو الدينامو. قد يتدفق التيار المباشر في موصل مثل السلك ، ولكن يمكن أيضًا أن يتدفق عبر العوازل أو أشباه الموصلات أو الفراغ كما هو الحال في الحزم الإلكترونية أو الأيونية.

توليد DC

يمكن إنشاء DC بعدة طرق

  • يمكن لمولد التيار المتردد المحضر بجهاز يسمى 'المبدل' أن ينتج تيارًا مباشرًا
  • تحويل تيار متردد إلى تيار مستمر لجهاز يسمى 'مقوم'
  • توفر البطاريات التيار المستمر ، والذي يتم إنشاؤه من تفاعل كيميائي داخل البطارية

باستخدام القياس المائي مرة أخرى ، فإن التيار المستمر يشبه خزان الماء بخرطوم في نهايته.

توليد تيار مباشر (DC)

توليد DC

يمكن للخزان دفع الماء في اتجاه واحد فقط: خارج الخرطوم. على غرار بطاريتنا المنتجة للتيار المستمر ، بمجرد أن يفرغ الخزان ، لا يتدفق الماء عبر الأنابيب.

وصف العاصمة

يتم تعريف التيار المستمر على أنه تدفق 'أحادي الاتجاه' للتيار ويتدفق التيار في اتجاه واحد فقط. يمكن أن يتغير الجهد والتيار بمرور الوقت ، لذلك لا يتغير اتجاه التدفق. لتبسيط الأمور ، سنفترض أن الجهد ثابت. على سبيل المثال ، توفر البطارية 1.5 فولت ، والتي يمكن وصفها في المعادلة الرياضية على النحو التالي:

الخامس (ر) = 1.5 فولت

إذا رسمنا ذلك بمرور الوقت ، فإننا نرى جهدًا ثابتًا

قطعة من العاصمة

قطعة من العاصمة

يعني الرسم البياني أعلاه أنه يمكننا الاعتماد على معظم مصادر التيار المستمر لتوفير جهد ثابت بمرور الوقت. في الواقع ، ستفرغ البطارية ببطء ، مما يعني أن الجهد سينخفض ​​عند استخدام البطارية. بالنسبة لمعظم الأغراض ، يمكننا أن نفترض أن الجهد ثابت.

التطبيقات

الجميع مشاريع الإلكترونيات وأجزاء للبيع على SparkFun تعمل على DC. كل ما ينفد من البطارية أو يتم توصيله بالحائط باستخدام محول التيار المتردد أو يستخدم كبل USB للطاقة يعتمد على التيار المستمر. تتضمن أمثلة إلكترونيات التيار المستمر:

  • هاتف خليوي
  • مشاعل
  • LilyPad D & D Dice Gauntlet
  • أجهزة تلفزيون بشاشات مسطحة (يدخل التيار المتردد إلى التلفزيون ، ويتحول إلى تيار مستمر)
  • السيارات الهجينة والكهربائية

وبالتالي ، فإن هذا كله يتعلق بما هو التيار المتردد والتيار المباشر وتطبيقاته. نأمل أن يكون لديك فهم أفضل لهذا المفهوم. علاوة على ذلك ، أي شكوك بشأن هذا المفهوم أو أي المشاريع الكهربائية والإلكترونية ، يرجى تقديم اقتراحاتكم القيمة من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. هنا سؤال لك، ما هو الفرق بين التيار المتردد والتيار المباشر ؟

اعتمادات الصورة: