مصادر التيار الكهربائي

ما هي مصادر التيار الكهربائي؟

يمكن توليد التيار الكهربائي بطرق مختلفة، حيث أن المصادر الشائعة هي المولدات (Dynamos) والخلايا الكهروكيميائية (الخلايا الإلكتروليتية)، إذ أن الكهرباء التي تستخدمها في منزلك يتم إنتاجها من محطات الطاقة الكبيرة حيث توجد الدينامو، بحيث توجد الأسلاك ويمكن للكابلات أن تحمل التيار الكهربائي إلى البلدات والمدن.

تقوم الخلايا الكهروكيميائية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، ويعرف التيار الكهربائي الناتج بالتيار المباشر مثل الخلايا الجافة والبطاريات وتستخدم الدينامو أو المولدات الكهربائية لتغيير الطاقة الميكانيكية (الحركية) إلى طاقة كهربائية الطاقة، إذ يُعرف التيار الكهربائي الناتج بالتيار المتردد مثل دينامو.

أنواع التيار الكهربائي:

التيار الكهربائي المباشر (DC):

تصنف أنواع التيار الكهربائي إلى نوعين هما التيار الكهربائي المباشر والتيار الكهربائي المتردد (AC) وينتج التيار الكهربائي المباشر من الخلايا الكهروكيميائية مثل الخلايا الجافة والخلايا البسيطة.

التيار الكهربائي المباشر أحادي الاتجاه (يتدفق في اتجاه واحد) وله شدة ثابتة، بحيث يمكن للإلكترونات أن تمر من أحد قطبي الخلية الكهروكيميائية (الخلايا الإلكتروليتية)، ويمكن أن تتدفق عبر جميع مكونات الدائرة إلى الآخر عمود، كما أنه لا يمكن نقل التيار الكهربائي المباشر إلا لمسافة قصيرة، ولا يمكن تحويله إلى تيار متردد، ويستخدم في عمليات الطلاء الكهربائي ويستخدم في تشغيل بعض الأجهزة الكهربائية.

التيار الكهربائي المتردد (AC):

ينتج التيار الكهربائي المتردد من المولدات الكهربائية مثل الدينامو وهو متغير في الاتجاه والشدة، حيث تتدفق الإلكترونات في اتجاه واحد في البداية، ثم تبدأ في التدفق في الاتجاه المعاكس.

يمكن نقل التيار الكهربائي المتردد لمسافات قصيرة وطويلة من محطات الطاقة الكهربائية إلى المصانع والمنازل، ويمكن تحويله إلى التيار المباشر ويستخدم في إنارة المنازل والشوارع، كما ويستخدم في تشغيل الأجهزة الكهربائية، كما أنه يُفضل التيار الكهربائي المتردد على التيار المباشر، لأنه يمكن نقله لمسافات طويلة ويمكن تغييره إلى تيار مباشر.

طرق توصيل الخلايا في دائرة كهربائية:

عدة خلايا كهربائية متصلة ببعضها البعض لتكوين ما يعرف بالبطارية، وهناك طريقتان لتوصيل الخلايا الكهربائية وهما توصيل متسلسل واتصال متوازي، حيث يتم تمثيل الخلية الكهربائية بخطين متوازيين مستقيمين، والأطول يمثل القطب الموجب والأقصر يمثل القطب السالب.

توصيل سلسلة: يتم توصيل السلسلة عن طريق توصيل القطب الموجب للخلية الأولى بالقطب السالب للخلية الثانية بسلك نحاسي، ثم توصيل القطب الموجب للخلية الثانية بالقطب السالب للخلية الثالثة وهكذا.

اتصال موازية: يتم الاتصال الموازي عن طريق توصيل الأقطاب الموجبة لجميع الخلايا معًا والأقطاب السالبة لجميع الخلايا مع الأسلاك النحاسية، لذلك سيكون هناك قطب موجب واحد وقطب سالب واحد للبطارية المنتجة.

مولد التيار المتردد:

يعرف مولد التيار المتردد بأنه جهاز يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، بحيث عندما يدور الملف بين قطبي المغناطيس، فإنه يعترض خطوط التدفق المغناطيسي التي تولد (emf) المستحث والتيار الكهربائي المستحث الذي يمكن نقله عبر الأسلاك لفترة طويلة المسافات.

المولد كهربائي (دينامو) يتكون من مغناطيس ثابت قد يكون مغناطيسًا دائمًا أو مغناطيسًا كهربائيًا، ومُحرك (حلقة واحدة من ملف سلكي متعدد الدورات) معلق بين أقطاب المغناطيس، ويتم توصيل زوج من حلقات الانزلاق واحدًا بكل طرف من أطراف الملف وتدور مع الملف في المجال المغناطيسي، بحيث تلمس فرشتان من الجرافيت واحدة من حلقتين انزلاقيتين يتدفق من خلالها التيار الكهربائي المستحث إلى الدائرة الخارجية (أقطاب دينامو).

يستخدم المولد الكهربائي لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، بحيث عندما تدور الحلقة بسرعة خطية (v) بحيث يعترض جانبيها (AB) و (CD) التدفق المغناطيسي للكثافة (B) وإذا كانت الزاوية بين اتجاه الخطي السرعة وخطوط التدفق هي θ، ثم تكون (emf) المستحثة المتولدة في كل من الجانبين هي (emf = Blv sin θ).

حيث: l = طول الضلع AB و CD ولكن لا يتم إنشاء (emf) مستحث في أي من الجانبين BC و AD، بحيث يكونان دائمًا موازيين لاتجاه المجال المغناطيسي، وبالتالي تصبح (emf) في كل منعطف:

(emf =2 Blv sin θ )، و (v = ω r )، حيث: (ω) هي السرعة الزاوية وتساوي (2πf)، (f) هو التردد، (r) هو نصف قطر الدائرة التي يدور فيها الملف حول محوره.

إذا كان مستوى المحرك عموديًا على خطوط التدفق، فإن العمود العمودي على المحرك يكون موازيًا للحقل (θ = 0 °)،( emf = NBAω sin 0 = 0 )، يختفي (emf).

إذا كانت طائرة المحرك موازية لخطوط التدفق، فإن العمود العمودي على المحرك يكون عموديًا على الحقل (θ = 90 درجة)، (emf = NBAω sin 90 = NBAω)، يصبح (emf) الحد الأقصى، وبالتالي يتغير (emf) من صفر عند θ = 0 إلى أقصى موجب عند θ = 90 درجة.