✓ درس 3.4 · كتاب الوزارة
الكهربية الديناميكية والمغناطيسية
المحول الكهربي والمحرك الكهربي
الصف الثالث الثانوي
المدة 45 د
محتوى كامل
المحول والمحرك — Vs/Vp, Is/Ip, η, commutator, تجربة N.
اضغط أي أداة — لتوليد اختبارات وفلاش كارد وملخصات وتجارب من الدرس تفاعلياً
المحول والمحرك — Vs/Vp, Is/Ip, η, commutator, تجربة N.
🔌 فيزياء · الفصل · المحول والمحرك
المحول الكهربي والمحرك الكهربي
· · · DC Motor
📖 الدرس
⏱ ~٤٥$ د
🔬 31 رسمًا
🧪 Vs/Vp
🎯
سوف تتعلم
- ✓يشرح تركيب المحول الكهربي وعلاقات V و I
- ✓يميز محول رافع وخافض وفواقد الطاقة
- ✓يفهم المحرك DC ودور الcommutator
📐
قوانين المحول
Vp, Vs → VIp, Is → ANp, Ns → لفاتη → %
🔌
المحول الكهربي — المبدأ والتركيب
المحول الكهربى جهاز تعتمد فكرة عمله على الحث المتبادل بين ملفين ويستخدم لرفع الجهد او خفضه. فالمحولات المستخدمة فى محطات القوى تسمى محولات الجهد العالى وتكون محولات رافعة. المستخدمة عند مناطق التوزيع محولات خافضة Down-Converter.
ويتركب المحول الكهربى من ملفين ابتدائى وثانوى. والملفان ملفوفان حول قلب من الحديد يتكون من شرائح رقيقة معزولة عن بعضها، الخارجية موحد الإتجاه دائماً.
عندما يمر تيار كهربي في الملف الإبتدائي، فإن مجالاً مغناطيسياً يتولد عنه. أما القلب الحديدي فيعمل على تركيز خطوط فيض هذا المجال لتقطع الملف الثانوي.
وذلك للحد من التيارات الدوامية، وللحد بالتالي من الطاقة الكهربية المفقودة.
🎮
استكشف — المحول الكهربي
🔬
تجربة الدرس — التحقق من Vs/Vp = Ns/Np
وصّل ملفاً ابتدائياً وثانوياً حول قلب حديدي. أدخل Vp معروفاً (مصدر AC). قِس Vs بالفولتمiتر. غيّر Ns (لفات ثانوية) — تحقق: Vs/Vp ≈ Ns/Np. كرّر لمحول خافض (Ns < Np).
1سجّل Np و Ns
2قِس Vp و Vs (AC)
3احسب Vs/Vp و Ns/Np — قارن
4قِس Ip و Is — تحقق Ip/Is = Ns/Np
⚡
علاقات الجهد والتيار — كتاب الوزارة
إذا كان Ns > Np → محول رافع · Ns < Np → محول خافض.
محطة التوليد: ↑V → ↓I → ↓I²R فقد · التوزيع: Vs≈220V للمنازل.
📊
كفاءة المحول وفواقد الطاقة
فقد الطاقة: ١) حرارة في الأسلاك · ٢) eddy في القلب · ٣) hysteresis.
الحد من eddy: شرائح حديد معزولة (silicon steel).
فقد 10% → η=90%.
⚙️
المحرك الكهربي DC — كتاب الوزارة
المحرك الكهربي جهاز لتحويل الطاقة الكهربية إلى ميكانيكية — مصدر DC (بطارية).
ملف ABCD + قلب حديد + commutator (x,y) + فرشتان F₁,F₂ + حذاء فرس.
فكرة العمل = جلفانومeter — لكن الملف يدور باستمرار: commutator يعكس I كل نصف دورة.
قاعدة يد فلمنج اليسرى: F على AB و CD → ازدواج → دوران مستمر.
المحرك (الموتور): تحويل كهربائي → ميكانيكي — عكس المولد.
🔬
الرسوم — 31 شكلًا
🔬يوضِّح الشكل الآتي مثالًا على الحث الكهرومغناطيسي باستخدام قضيب مغناطيسي وملف من
- يوضِّح الشكل الآتي مثالًا على الحث الكهرومغناطيسي باستخدام قضيب مغناطيسي وملف من سلك مصنوع من مادة موصِّلة.
🔬عندما تتغيَّر شدَّة التيار في ملف يحتوي على عدد من اللفات الدائرية، يتولَّد مجال
- عندما تتغيَّر شدَّة التيار في ملف يحتوي على عدد من اللفات الدائرية، يتولَّد مجال مغناطيسي يُشبِه إلى حدٍّ كبير المجال المغناطيسي لقضيب مغناطيسي. ويُمكننا ملاحَظة ذلك في الشكل الآتي
🔬بعد ذلك، نزيد شدَّة التيار من الصفر في أحد الملفين، وسنُطلِق عليه الملف الابتدائ
- بعد ذلك، نزيد شدَّة التيار من الصفر في أحد الملفين، وسنُطلِق عليه الملف الابتدائي. يوضِّح الشكل الآتي تأثير ذلك.
🔬يوضِّح الشكل الآتي مقارنة بين شدَّة المجال المغناطيسي داخل الملف الابتدائي، وشدّ
- يوضِّح الشكل الآتي مقارنة بين شدَّة المجال المغناطيسي داخل الملف الابتدائي، وشدَّته داخل الملف الثانوي.
🔬يُمكن إعادة توجيه المجال المغناطيسي بين الملفين اللولبيَّين بربط الملفين اللولبي
- يُمكن إعادة توجيه المجال المغناطيسي بين الملفين اللولبيَّين بربط الملفين اللولبيَّين بقلب مُشترَك مصنوع من مادة قابلة للمغنطة مثل الحديد. وهذا موضَّح في الشكل الآتي.
🔬يُقارِن الشكل الآتي بين كثافة خطوط المجال المغناطيسي داخل قلب المحوِّل وخارجه.
- يُقارِن الشكل الآتي بين كثافة خطوط المجال المغناطيسي داخل قلب المحوِّل وخارجه.
🔬إنَّ وجود قِيَم غير متساوية لشدَّة التيار وفرق الجهد لكلٍّ من الملفين اللولبيَّي
- إنَّ وجود قِيَم غير متساوية لشدَّة التيار وفرق الجهد لكلٍّ من الملفين اللولبيَّين الابتدائي والثانوي في محوِّل يتطلَّب أن يكون الملفان الابتدائي والثانوي غير متساويين في الطول، كما
🔬يوضِّح الشكل الآتي فرق الجهد والتيار للدَّخْل وللخَرْج في محوِّل.
- يوضِّح الشكل الآتي فرق الجهد والتيار للدَّخْل وللخَرْج في محوِّل.
🔬في المحوِّل الآتي، يتضمَّن الملف الابتدائي 6 لفات، ويحتوي الملف الثانوي على لفتي
- في المحوِّل الآتي، يتضمَّن الملف الابتدائي 6 لفات، ويحتوي الملف الثانوي على لفتين، كما هو موضَّح بالشكل الآتي.
🔬أمَّا المحوِّل الذي يزيد من فرق جهد الخَرْج فيُسمَّى بالمحوِّل الرافع للجهد، كما
- أمَّا المحوِّل الذي يزيد من فرق جهد الخَرْج فيُسمَّى بالمحوِّل الرافع للجهد، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.
🔬لنبدأ باستكشاف كيفية تكوين محرك التيار المستمر. يوضح الشكل الآتي التصميم الأساسي
- لنبدأ باستكشاف كيفية تكوين محرك التيار المستمر. يوضح الشكل الآتي التصميم الأساسي لمحرك التيار المستمر.
🔬يوضح الشكل الآتي كلًّا من مقوِّم التيار والفرشاتين عن قرب. يظهر تصميمان مختلفان
- يوضح الشكل الآتي كلًّا من مقوِّم التيار والفرشاتين عن قرب. يظهر تصميمان مختلفان لمقوِّم التيار في الشكل: قد يتكون مقوِّم التيار من نصفين على حرف D، كما في الشكل الأيسر، أو نصفي
🔬يوضح الشكل الآتي كلًّا من مقوِّم التيار والفرشاتين عن قرب. يظهر تصميمان مختلفان
- رسمنا محرك التيار المستمر في البداية مع تلوين أجزاءه المختلفة بألوان مختلفة. لكن بعد أن تعرَّفنا إلى مكوناته المختلفة، ربما من الأفضل رسمه كالآتي.
🔬لنتناول المسار الذي يتدفَّق فيه التيار. إنه موضَّح في الشكل الآتي.
- لنتناول المسار الذي يتدفَّق فيه التيار. إنه موضَّح في الشكل الآتي.
🔬معادلة: القوة المؤثرة على سلك يمر به تيار وموضوع في مجال مغناطيسي
- تؤثر القوة على السلك عموديًّا على اتجاه التيار المار في السلك واتجاه المجال المغناطيسي. لذا دعونا ننظر إلى اتجاهي التيار والمجال المغناطيسي.
🔬قاعدة: قاعدة اليد اليسرى لفلمنج
- تسمح قاعدة اليد اليسرى لفلمنج بتحديد اتجاه القوة المؤثرة على سلك يمر فيه تيار وموضوع في مجال مغناطيسي، بشرط أن يكون اتجاهي المجال والتيار متعامدان.
🔬قاعدة: قاعدة اليد اليسرى لفلمنج
- سنبدأ بالضلع الأيسر من الملف. وفيه يتجه التيار بعيدًا عنَّا. ولدينا مجال مغناطيسي يتجه إلى اليمين. بتطبيق قاعدة اليد اليسرى، نشير بإصبعنا الأول في اتجاه المجال، وبإصبعنا الثاني في
🔬قاعدة: قاعدة اليد اليسرى لفلمنج
- إذن، تكون القوتان المؤثرتان على ضلعي الملف كما هو موضح في الشكل الآتي. في هذا الشكل، نعرض على اليسار منظورًا علويًّا يوضح اتجاه التيار. وعلى اليمين، نعرض منظورًا جانبيًّا يوضح اتجا
🔬مثال ١: إيجاد اتجاه التيار المار في ملف محرك التيار المستمر
- يوضِّح الشكل محرِّك تيار مستمر. تمثِّل الأسهم الحمراء القوى المؤثِّرة على الملف. أيٌّ من الطرفين 𝑎، 𝑏 يمثِّل الطرف الموجب للمحرِّك؟
🔬الحل
- والآن، يمكن استعمال قاعدة اليد اليسرى. سنتناول الضلع الأيسر من الملف. في هذه الحالة، نعلم أن اتجاه المجال المغناطيسي (الذي سنشير إليه بالإصبع الأول أو إصبع السبابة) إلى اليمين، وات
🔬الحل
- وبما أن اتجاه تدفق التيار لا يمكن أن يتغير عبر الدائرة الكهربية، نلاحظ أن التيار يجب أن يتبع هذا المسار في المحرك:
🔬الحل
- في الشكل الآتي، يمكننا أن نرى المحور الذي يمكن للملف الدوران حوله؛ أي محور الدوران. كما نلاحظ أيضًا أن القوتين لا تؤثران على امتداد المحور، بل تبعدان مسافة عنه.
🔬الحل
- لنُلقِ نظرة على الحالة التي يدور فيها الملف بزاوية أقل من 9 0 ∘ بالنسبة إلى الموضع الأفقي الابتدائي الذي تناولناه. وهذا موضَّح في الشكل الآتي.
🔬الحل
- لنتناول الآن ما يحدث عند هذا الوضع الرأسي للملف، الموضَّح في الشكل الآتي.
🔬الحل
- لنرَ ما يحدث للتيار المار في الملف بعد تجاوز الوضع الرأسي. تتدفق الشحنة الآن من الطرف الموجب إلى نصف المقوِّم 2. وتتدفق في الملف حتى تصل إلى نصف المقوِّم 1. ثم تسري عبر الفرشاة الي
🔬الحل
- عرَفنا ما يحدث للتيار في الملف عند تجاوزه الوضع الرأسي. لنتناول أيضًا القوى المؤثرة على كل ضلع من ضلعي الملف. القوى موضحة في الشكل الآتي.
🔬مثال ٣: تحديد اتجاه دوران الملف في محرك التيار المستمر
- أيٌّ من الشكلين اللذين يوضِّحان محرَّك التيار المستمر يمثِّل بشكل صحيح اتجاه دوران المحرِّك؟ يُعرَض ملف المحرِّك بأربع زوايا مختلفة مع المجال المغناطيسي للمحرِّك في الوقت نفسه.
🔬الحل
- لننظر إلى مبسط يوضح زاوية واحدة فقط للملف. وقد رسمناه في الأسفل. يمكننا أن نتذكر أنه نظرًا للطريقة التي يربط بها مقوِّم التيار الفرشاتين والملف، إذا عرَفنا الاتجاه الذي يدور في
🔬الحل
- باستخدام قاعدة اليد اليسرى، نشير بالإصبع الأول في اتجاه المجال المغناطيسي (إلى اليمين) ونشير بالإصبع الثاني في اتجاه التيار (بعيدًا عنا). وهذا موضَّح في الشكل الآتي.
🔬الحل
- يوضح الشكل الآتي هاتين القوتين.
🔬الحل
- بالمقارنة بين الشكلين المعطيين في السؤال، نجد أن اتجاه الدوران الصحيح؛ أي الدوران في عكس اتجاه عقارب الساعة، يوضحه.
🃏
المراجعة — بطاقات تذكّر (12)
اقلب البطاقة ثلاثية الأبعاد — وجه السؤال ثم الإجابة:
🏅
قائمة الإنجازات
📝
اختبر نفسك — ٦ أسئلة
أسئلة الفهم
٠ / ٦٠١
Vs/Vp =
٠٢
رافع: Ns=2Np → Vs
٠٣
Ip/Is = ?
٠٤
↓I²R عند:
٠٥
Motor vs generator:
٠٦
η = ? ×100
➡️
الفصل التالي
〰️
التالي: دوائر التيار المتردد — الأميتر الحراري