جدول المحتويات
المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء، في هذا الدرس سوف نشرح ما معنى الكهرباء وكيف تتولد وبعض المفاهيم الأساسية في علم الكهرباء التي ستساعدنا في فهم الدروس القادمة بأذن الله تعالى.
تعتبر الكهرباء مصدر طاقة نظيف ومتجدد وهي اهم مصادر الطاقة في الوقت الحالي ويتجه العالم اليها كمصدر طاقة أساسي بدلا من مصادر الطاقة الحفرية كالبترول ومشتقاته والفحم وغيرهم من مصادر الطاقة الغير متجددة.
المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء
ما هي الكهرباء:
المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء هو ان تكون على دراية كاملة بمعرفة ما هى الكهرباء, هي سيل من الالكترونات الحرة تنتقل بين نقطتين بينهما فرق جهد كهربي.
في البداية يجب ان نتعرف على مصطلح الالكترونات عن طريق دراسة تركيب الذرة:-
ماهي الذرة:
- الذرة هي أصغر وحدة مكونة للمادة او العنصر الكيمائي، فكل عنصر يتكون من مجموعة من الذرات مرتبطين معا.
- ولو تعمقنا أكثر لوجدنا ان الذرة تتكون من نواه والكترونات تدور حول النواه في مدارات معينة حيث ان النواة تتكون من بروتونات موجبة الشحنة الكهربية ونيترونات متعادلة الشحنة الكهربية كما بالشكل.
- وهذا يعنى انا كل عنصر يتكون من ذرات وكل ذرة تتكون من نواة (بروتونات موجبة + نيترونات متعادلة) تدور حولها الكترونات سالبة وهنا يأتي سؤال مهم وهو ان كل العناصر تتشابه معا في التركيب الداخلي.
فلماذا يوجد فرق بين العناصر وبعضها فهناك مثلا عنصر الحديد واخر النحاس واليورانيوم والالومنيوم وغيرهم من العناصر؟
وللإجابة عن هذا السؤال الذي يخص المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء يجب ان نعرف ان كل العناصر لها نفس التركيب ولكن ما يميز العناصر عن بعضها هو عدد الالكترونات وعدد البروتونات وعدد النيترونات والعدد الكتلي، وكل هذا ما يسمى بالعدد الذرى والكتلي للعنصر ولن نخوض في هذا الموضوع تفصيلياً لأنه لا يخص موضوعنا بشكل قوى.
أصبحنا الأن على معرفة بمعنى الالكترونات ويأتي السؤال الأخر:-
كيف تنتقل الإلكترونات من نقطة الى أخرى؟
- كما علمنا ان كل عنصر عبارة عن ذرات مرتبطين معا ولكل ذرة مجموعة من الالكترونات الخاصة بها التي تدور حول النواة التابعة لها.
- ولايمكن ان تتحرر تلك الالكترونات من مدارها حول النواة نتيجة اختلاف شحنة الالكترون السالبة عن شحنة البروتون الموجبة الموجود داخل النواة.
- واختلاف هذه الشحنة يولد تجاذب بينهم لذلك يجب ان يتدخل مصدر خارجي لتحرير هذه الإلكترونات من مدارها والتغلب على قوة التجاذب بينها وبين النواة.
- لتتولد لدينا الكترونات حرة قادرة على الانتقال من نقطة الى أخرى ومن ثم ينتج ما يسمى الكهرباء.
- والمصدر الخارجي الذى نتحدث عنه لتحرير الالكترونات عبارة عن مصدر طاقة يتم تسليطه على الالكترون فيكتسب الالكترون طاقة اكبر من طاقته.
- كما يستطيع بها ان ينتقل من مكانه الى مكان اخر وتصبح الذرة التي تحرر منها الالكترون فاقدة الكترون وغير مستقرة.
- كما تحتاج الى الكترون اخر من ذرة مجاورة فتحاول جذب الكترون اخر من ذرة مجاورة بها الكترونات حرة (أي مسلط عليها مصدر طاقة ).
- حيث تعود الى حالة الاستقرار مرة اخرة, وهذه العملية ينتج عنها كم من الإلكترونات الحرة المتنقلة من نقطة لأخرى منتجة ما يسمى بالكهرباء.
- كما تعتمد كمية الكهرباء المتولدة على عدد الالكترونات الحرة التي حررها مصدر الطاقة .
- ونتيجة لاختلاف عدد الالكترونات من عنصر لأخر أصبح لدينا عناصر جيدة التوصيل للكهرباء (بها الكترونات حرة).
- مثل النحاس والحديد والالومنيوم ومواد غير موصلة للكهرباء (ليس بها الكترونات حرة).
- وتتمثل فى الخشب والزجاج والبلاستيك وتعتمد درجة التوصيل للكهرباء من عنصر لأخر على عدد الالكترونات الحرة.
- فالنحاس أفضل من الحديد في توصيل الكهرباء لاحتوائه على عدد الكترونات حرة أكبر.
- كما يسمى مصدر الطاقة السابق ذكره بفرق الجهد.
- إذا يتم تسليط جهد على نقطة معينة فيتم تحرير الكترونات هذه النقطة لتنتقل الى نقطة اخرى جهدها اقل.
قانون اوم:
يعد قانون اوم ضمن أهم المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء وأطلق عليه هذا الاسم نسبة الى العالم جورج سيمون اوم، حيث قام العالم الفزيائي جورج سيمون اوم باكتشاف علاقات تربط بين فرق الجهد وشدة التيار الكهربائي المتولد وطول الموصل ومقاومته.
حيث اكتشف ان:-
- فرق الجهد يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار في موصل فكما زاد قيمة فرق الجهد زادت قيمة شدة التيار المار في الموصل.
- كما تتناسب شدة التيار الكهربائي المار في موصل عكسيا مع طول الموصل فكلما زاد طول الموصل تقل شدة التيار الكهربائي المارة فيه.
- حيث تتناسب المقاومة الكهربائية طرديا مع طول الموصل فكلما زاد طول الموصل زادت المقاومة الكهربية له.
وحدات القياس:
الأجهزة المستخدمة في قياس الكميات الكهربية:-
اقرأ ايضًا في:- المبادئ الأساسية في علم هندسة الكهرباء (الدرس الثانى)
أولا الفولتميتر:
يستخدم لقياس فرق الجهد بين نقطتين ويتم توصيله في الدائرة الكهربية على التوازي.
ثانيا الاميتر:
يستخدم لقياس شدة التيار الكهربائي المار في موصل ويتم توصيلة في الدائرة الكهربية على التوالي.
ثالثا الاوميتر:
يستخدم لقياس المقاومة الكهربية ويتم توصيلة على أطراف المقاومة الكهربية المراد قياسها.
أنواع التيار الكهربي:
·تيار مستمر DC
·تيار متردد AC
مكونات الدائرة الكهربية:
1- مصدر كهرباء DC او AC.
2- مقاومة كهربية.
3- موصل كهربائي.
أنواع التوصيل في الدائرة الكهربية:
يتم توصيل المقاومات في الدائرة الكهربية بطرق مختلفة تعتمد طريقة التوصيل على تحقيق الاحتياجات من الدائرة الكهربية والحصول على اعلى كفاءة وهناك نوعين من التوصيل:-
1- توصيل التوالي
2- توصيل التوازى.
أولا توصيل التوالي:
- كما يتم توصيل المقاومات في الدائرة الكهربية بشكل متتابع حيث ان لكل مقاومة طرفين, على سبيل المثال توصيل ثلاث مقاومات.
- كما يتم توصيل طرف المقاومة الأولى بطرف المقاومة الثانية والطرف الاخر للمقاومة الثانية يتم توصيله بطرف المقاومة الثالثة.
- فيتبقى لدينا طرف من المقاومة الأولى وطرف من المقاومة الثالثة يتم توصيلهم بطرفى المصدر الكهربى.
- وهذه الطريقة في التوصيل تجعل التيار الكهربي متساوي في جميع المقاومات حيث ان تيار المقاومة الأولى مساوى لتيار المقاومة الثانية مساوى لتيار المقاومة الثالثة.
- ولكن يتم تقسيم فرق الجهد بقيم غير متساوية على المقاومات حيث يكون المقاومة الأكبر صاحبة النصيب الأكبر من فرق الجهد.
ثانيا توصيل التوازى:
- كما يتم توصيل المقاومات الكهربية على هيئة فروع متصلة مباشرة بطرفى المصدر.
- على سبيل المثال توصيل ثلاث مقاومات يتم توصيل طرفي المقاومة الأولى بطرفى المصدر الكهربى, وهذا بالنسبة للمقاومة الثانية والثالثة.
- كما ان هذه الطريقة في التوصيل تضمن لنا تساوى قيمة فرق الجهد على الثلاث مقاومات حيث يتساوى فرق الجهد المسلط على المقاومة الأولى مع فرق الجهد المسلط على المقاومة الثانية وهكذا الثالثة.
- كما يتم تقسيم التيار الكهربي بين الثلاث مقاومات حيث يكون المقاومة الأكبر صاحبة النصيب الأصغر من التيار الكهربي.
- في الدوائر الكهربية المتقدمة يكون توصيل المقاومات توالى وتوازى معا.
- بمعنى ان بعض المقاومات توصل توالى والأخر يوصل توازى.
- وذلك للحصول على قيمة فرق جهد معين وقيمة تيار كهربي معين يفي بالغرض المصنع من اجله الدائرة الكهربية.
تعرف أيضًا على :- التركيبات الكهربية لاعداد مهندس موقع (الدرس الاول)
وفى الدرس القادم سوف نقوم بشرح بعض العلاقات الأساسية بين الكميات الكهربية وبعضها وكيفية حسابهم في الدائرة الكهربية وكيفية حساب قيمة المقاومة الكلية المكافئة للدائرة الكهربية معها بعض الأمثلة الرياضية التي توضح الشرح.
تابعونا على
