اقرأ في هذا المقال
- ما هو جهد التيار المتردد AC Voltage؟
- ما هو جهد التيار المستمر DC Voltage؟
- الفرق بين جهد التيار المتردد وجهد التيار المستمر
ما هو جهد التيار المتردد AC Voltage؟
التيار المتردد AC:
يصف التيار المتردد تدفق الشحنة التي تغير الاتجاه بشكل دوري. نتيجةً لذلك، ينعكس مستوى الجهد أيضًا مع التيار. يستخدم التيار المتردد لتوصيل الطاقة للمنازل ومباني المكاتب وما إلى ذلك.
توليد التيار المتردد AC:
يمكن إنتاج التيار المتردد (AC) باستخدام جهاز يسمّى المولد (alternator). هذا الجهاز هو نوع خاص من المولدات الكهربائية مصمم لإنتاج تيار متردد. يتم لف حلقة من السلك داخل مجال مغناطيسي، ممّا يؤدي إلى حدوث تيار على طول السلك. يمكن أن يأتي دوران السلك من أي عدد من الوسائل: توربينات الرياح، والتوربينات البخارية، والمياه المتدفقة، وما إلى ذلك. نظرًا لأنّ السلك يدور ويدخل قطبية مغناطيسية مختلفة بشكل دوري، يتناوب الجهد والتيار على السلك.
لتوليد التيار المتردد في مجموعة من أنابيب المياه، نقوم بتوصيل كرنك (crank) ميكانيكي بمكبس يحرك الماء في الأنابيب ذهابًا وإيابًا، تيارنا “المتناوب” أو المتردد. لاحظ أنّ الجزء المضغوط من الأنبوب لا يزال يوفر مقاومة لتدفق الماء بغض النظر عن اتجاه التدفق.
تعريف جهد التيار المتردد:
يُعرف الجهد الذي يسبب التيار المتردد (alternating current) “بجهد التيار المتردد” (AC voltage). يستحثّ التيار المتردد في الملف عندما يدور الموصل الحامل للتيار الكهربائي في المجال المغناطيسي. الموصل عند الدوران يقطع التدفق المغناطيسي ويؤدي تغير التدفق إلى الجهد المتردد في الموصل.
أشكال الموجة Waveforms:
يمكن أن يأتي التيار المتردد في عدد من الأشكال، طالما أنّ الجهد والتيار يتناوبان. إذا قمنا بتوصيل راسم الذبذبات بدائرة بواسطة التيار المتردد ورسمنا جهدها بمرور الوقت، فقد نرى عددًا من الأشكال الموجية المختلفة. النوع الأكثر شيوعًا من التيار المتردد هو “الموجة الجيبية”.
يحتوي التيار المتردد في معظم المنازل والمكاتب على جهد متذبذب ينتج عنه موجة جيبية. تشمل الأشكال الشائعة الأخرى للتيار المتردد “الموجة المربعة” و”موجة المثلث”. غالبًا ما تستخدم الموجات المربعة في الإلكترونيات الرقمية والتبديل لاختبار تشغيلها. حيث تمّ العثور على موجات المثلث في تأليف وتركيب الصوت (sound synthesis)، وهي مفيدة لاختبار الإلكترونيات الخطية مثل مكبرات الصوت.
التطبيقات:
تكون المنافذ المنزلية والمكتبية دائمًا تقريبًا “تيار متردد”. هذا لأنّ توليد ونقل التيار المتردد عبر مسافات طويلة أمر سهل نسبيًا. عند الفولتية العالية “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 وإلى الفولتية العالية بسهولة باستخدام المحولات.
التيار المتردد قادر أيضًا على تشغيل المحركات الكهربائية. المحركات والمولدات هي نفس الجهاز بالضبط، لكن المحركات تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية “إذا تم تدوير عمود المحرك، يتم توليد جهد عند الأطراف”. هذا مفيد للعديد من الأجهزة الكبيرة مثل غسالات الصحون والثلاجات وما إلى ذلك، والتي تعمل على التيار المتردد.
ما هو جهد التيار المستمر DC Voltage؟
التيار المستمر DC:
التيار المباشر أو المستمر (Direct current)، أسهل قليلاً في الفهم من التيار المتردد. بدلاً من التذبذب ذهابًا وإيابًا، يوفر التيار المستمر جهدًا أو تيارًا ثابتًا.
توليد التيار المستمر DC:
يمكن توليد التيار المستمر (DC) بعدة طرق:
- يمكن لمولد التيار المتردد المجهز بجهاز يسمّى “المبدل أو العاكس” (commutator)، إنتاج تيار مستمر.
- استخدام جهاز يسمّى “المقوم” (rectifier)، يقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.
- توفر البطاريات التيار المستمر، والذي يتم إنشاؤه من تفاعل كيميائي داخل البطارية.
تعريف جهد التيار المستمر:
تحفز الفولتية المستمرة (dc voltages) على التيار المباشر. تظل الموجات في اتجاه واحد فقط وحجم الجهد ثابتًا دائمًا. إنّ توليد جهد التيار المستمر بسيط للغاية وسهل. يحثّ الجهد عن طريق تدوير الملف في مجال المغناطيس. يتكون الملف من الحلقة المنقسمة والمبدل الذي يحول الجهد المتردد إلى جهد مباشر.
التطبيقات:
تعمل جميع مشاريع الإلكترونيات تقريبًا 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:
- الهواتف الخلوية (Cell phones).
- (The LilyPad-based D&D Dice Gauntlet).
- أجهزة التلفزيون بشاشات مسطحة “يدخل التيار المتردد إلى التلفزيون، ويتحول إلى تيار مستمر”.
- المشاعل (Flashlights).
- السيارات الهجينة والكهربائية.
الفرق بين جهد التيار المتردد وجهد التيار المستمر:
يتضمن التيار المستمر، الذي طوره “توماس إديسون”، استخدام التيار الذي يسري في اتجاه واحد. أدى عدم قدرته على التحول بسهولة إلى جهد أعلى / أقل إلى القيام بالبحث عن حلول بديلة، وهو “التيار المتردد”. بالتناوب والعكس الاتجاه (60) مرة في الثانية “(50) في أوروبا”، يمكن تحويل التيار المتردد إلى الفولتية المختلفة بسهولة أكبر باستخدام محول.
الفرق الرئيسي بين جهد التيار المتردد والتيار المستمر هو أنّه في جهد التيار المتردد تتغير قطبية الموجة مع الوقت بينما تظل قطبية جهد التيار المستمر كما هي. الاختلافات الأخرى بين جهد التيار المتردد والتيار المستمر موضحة أدناه في مخطط المقارنة.
جدول المقارنة بين جهد التيار المتردد وجهد التيار المستمر:
| أسس المقارنة | جهد التيار المتردد | جهد التيار المستمر |
| التعريف | الجهد المتردد هو القوة التي تشتق التيار المتردد بين نقطتين. | يحث جهد التيار المستمر على التيار المباشر بين نقطتين. |
| التمثيل الرمزي |  |  |
| التردد | يعتمد على البلد. | يساوي صفر. |
| معامل القدرة | يقع بين (0 و 1). | 0 |
| القطبية | تختلف | تبقى ثابتة |
| الاتجاه | يتغير | يبقى كما هو |
| تم الحصول عليها من | مولد الكهرباء | الخلية أو البطارية |
| الكفاءة | عالية | قليلة |
| العوامل الغير فعّالة (Passive) | المحاثّة | المقاومة |
| السعة | لديها | لا يوجد لديها |
| التحويلات | باستخدام العاكس (inverter). | باستخدام المقوم (rectifier). |
| المحول | يتطلب للإرسال. | لا يتطلب. |
| الطور والمحايدة | لديها | لا يوجد لديها |
| المزايا | سهلة للقياس | سهلة للتضخيم |
| المخاطر | يعتبر التيار المتردد أقل خطورة من التيار المستمر لأنه يصل إلى 0 فولت في بعض الفترات المنتظمة. “لا يمكن اللعب بجهد عالي”. | التيار المستمر خطير للغاية ويهدد الحياة ثمّ التيار المتردد لأنّه يحافظ على تدفق تيار مستمر. |
شرح الاختلافات الرئيسية بين جهد التيار المتردد وجهد التيار المستمر:
- يُعرف الجهد الذي يسبب التيار المتردد بالجهد المتناوب. ينتج جهد التيار المستمر التيار المباشر.
- يعتمد تردد جهد التيار المتردد على الدولة، “يتم استخدام (50) و(60) هرتز في الغالب”. في حين أنّ تردد جهد التيار المستمر يصبح صفرًا.
- يقع معامل القدرة لجهد التيار المتردد بين (0 إلى 1). ويظل معامل القدرة لجهد التيار المستمر دائمًا (1).
- تختلف قطبية جهد التيار المتردد دائمًا بمرور الوقت، وتظل قطبية جهد التيار المستمر ثابتة.
- جهد التيار المتردد أحادي الاتجاه، وجهد التيار المستمر ثنائي الاتجاه.
- يولد المولد جهد التيار المتردد، ويتم الحصول على جهد التيار المستمر من الخلية أو البطارية.
- كفاءة جهد التيار المتردد عالية مقارنة بجهد التيار المستمر.
- الممانعة أو المعاوقة (impedance) هي المعلمة السلبية لجهد التيار المتردد، وبالنسبة للتيار المستمر فهي مقاومة (resistance). تعني المعاوقة أو الممانعة المقاومة التي يقدمها الجهد لتدفق التيار.
- جهد التيار المتردد له سعة بينما جهد التيار المستمر ليس له سعة. مصطلح السعة يعني المسافة القصوى التي يقطعها التذبذب والجسم المهتز.
- يقوم العاكس (inverter) بتحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد. بينما يقوم المعدل (rectifier) بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.
- يعد المحول ضروريًا لنقل التيار المتردد بينما لا يستخدم في نقل التيار المستمر.
- يحتوي جهد التيار المتردد على طور ومحايد بينما لا يتطلب جهد التيار المستمر طورًا ولا محايدًا.
- الميزة الرئيسية لجهد التيار المتردد هي سهولة قياسه. تتمثل ميزة جهد التيار المستمر في إمكانية تضخيم الجهد بسهولة. التضخيم هو العملية التي من خلالها تزداد قوة الإشارة.
