 |
|
|
|
|||||
|
| اعلانات |
|
|||||
|
|
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
قانون أوم
|
|
|||||
|
مصادر الجهد والتيار
الآن وجب علينا أن نبدأ ببعض الدوائر لنبدأ ببعض الدوائر يجب أن نضيف مصدر للتيار – لذا نحتاج أن نعرف أنواع مصادر التيار. هناك نوعين فقط وكل نوع قد يعطى تيار مستمر أو متردد أو أى نوع آخر تريد – فقط نبدأ من البداية. النوعين هما مصدر جهد ثابت – و مصدر تيار ثابت طبعا ستطلب مثال ، قبل المثال نقول أنها مصادر غير موجودة فى الحياة لأنه لا يوجد شئ مثالى أو كامل لذا نجد أشياء أقرب ما تكون لذلك أو تتصرف هكذا فى حدود معينة – تقصد فى حمل معين ؟ حسنا لقد قلتها ولكن ما هو الحمل؟ الحمل هو التيار المسحوب من أى منها وليس المقاومة لماذا اللعب بالألفاظ أليس الاثنان واحد؟ كلا فالحمل جزء منه هو المقاومة ولو كان شئ مثل الموتور مثلا كيف يكون الحال؟ – حسنا ما هى تلك المصادر؟ المصدر ذو الجهد الثابت : هو مصدر يعطى جهدا ثابتا "مهما كان الحمل أى مهما كان التيار" إذن وضحت الصورة لماذا لا يمكن وجودة لأن مهما كان الحمل تعنى لو وضعنا قصر على مخرجه أى مقاومة = صفرا بقانون أوم ف = ت × م إذن التيار = الجهد ÷ صفر أى = مالا نهاية !! وهو لا يمكن لا تقل لماذا - فقط تذكر - كم مليون إلكترون لكل 1 أمبير والطاقة أيضا = الفولت × التيار = أيضا مالا نهاية! لذا نكتفى بأن نقول أنه جهد ثابت على مدى حاجتنا وهذا يتطلب أن تكون مقاومته الداخلية أصغر ما يمكن هيه ما هذا الداخلية الذى تقول الآن مهلا فهو مكون من أسلاك توصيل و مكونات داخلية متنوعة وكل هذا له مقاومة مهما تكن صغيرة أمثلة البطاريات بأنواعها – مصادر التغذية عموما النوع الثانى – مصادر التيار الثابت وهى من اسمها تعنى مصادر تعطى تيار ثابت بصرف النظر عن قيمة الحمل و ماذا لو انقطع السلك ؟ طبعا لكى نمرر نفس التيار فى الهواء يجب أن نرفع الفولت لقيمة 20 ألف فولت لكل سم من المسافة بين طرفى السلك! لذلك أيضا نكتفى أيضا بالقول أنه تيار ثابت فى نطاق احتياجاتنا وهذا يتطلب أن تكون مقاومته الداخلية عالية جدا – مثال بعض دوائر شحن البطاريات تشحن بتيار ثابت أيضا كما سنرى لاحقا الترانزستورات تعمل عمل مصدر تيار ثابت وهذا رمز المصدرين المذكورين  المصدر الذى يغذى بجهد ثابت يرمز له برمز البطارية حيث كان أول اكتشافات واختراعات الكهرباء وكان له رمز مستقل ولما ظهرت مصادر الجهد المتردد ظهر لها رمز مستقل لكن مفهوم مصدر التيار الثابت لم يكن مستوعبا وقتها ، لذا نشأ الرمز متأخرا و مع التقدم العلمى رمز له بالحلقتين مع ذكر قيمة التيار و نوعه هل طاقة المستمر تساوى طاقة المتردد؟ بالتأكيد تغير قيمة الجهد و من ثم التيار بالتبعية مع الزمن يجعل القدرة فى المتردد أقل منها فى المستمر المساوى له عدديا فى القيمة العظمى، لذلك نشأت الحاجة لوحدة أخرى توحد آثار التيارين. أخذ المتوسط لن يعطى الأثر المطلوب لأن القدرة تعتمد على حاصل ضرب التيار و الفولت، و بالنسبة للحمل ستكون مربع الفولت / المقاومة. بالتربيع سينتهى الجزء السالب من الموجة لأن -1*-1=+1 بأخذ متوسط الموجة الجديدة نحصل على مربع الطاقة المكافئة، و من ثم أخذ الجذر التربيعى لها يعطى هذه القيمة ولهذا سميت جذر متوسط التربيع RMS وهو جذر2 من القيمة العظمى أى قيمة القمة.  سنلاحظ من الرسم أن الجهد المتردد يتراوح ما بين قمة موجبة و مثلها سالبة وهذا يجعل القيمة بينهما أكبر، وهذا سيضع قيودا على تصميم المكبرات لاحقا. رجاء أن نتذكر أنه للحصول على 7 فولت متردد فهذه تعنى ج م ت قمتها = 1.414 × 7 = 10 فولت و لحاجتنا إلى +10 و – 10 سنضطر لاستخدام مصدر تغذية 20 فولت على الأقل. |
|
|||||
|
التوصيل على التوالى والتوازى
التوصيل على التوالى والتوازى سنطبق قانون أوم لتعرف تأثير توصيل المكونات على التوالى والتوازى و نأخذ الاعتبارات العملية بعد ذلك فهناك قليل من المفاجئات. المقاومات:المقاومة مثل سلك ملفوف أو قطعة من الكربون، عند توصيل أكثر من واحدة على التوالى كأننا أطلنا قطعة السلك أو يمكن القول أن من تعريف المقاومة م = ρ × ل ÷ س حيث ρ هى المقاومة النوعية للمادة و ل = الطول بالسنتيمتر و س = مساحة مقطع السلك أو المادة نجد أن من البديهى أن التوصيل على التوالى يعنى جمع هذه المقاومات. م = م1 + م2 + م 3+ .... التوصيل على التوازى يوفر أكثر من مسار للتيار مما يجعل الحساب مطلوب م = ف ÷ ت حيث ف= الفولت و ت = التيار و م= المقاومة المكافئة بالنظر للمقاومات فى الرسم نجد  ت = ت1 + ت2 + ت3 + ... ت1 = ف ÷ م1 ت2 = ف ÷ م2 وهكذا و بالتعويض نجد ت = ف/م1 + ف/م2 + ف/م3 + بقسمة الطرفين على ف ت/ف = 1/م = 1/م1 + 1/م2 + 1/م3 +.. أى أن مقلوب المقاومة المكافئة = مقلوب الأولى + مقلوب الثانية + الخ من هذه العلاقة نجد أن س مقاومة على التوازى = قيمة الواحدة ÷ س و مجموع مقاومتين على التوازى م= م1*م2/ (م1+م2) أى حاصل الضرب مقسوما على ناتج الجمع. أما القدرة بالوات فببساطة حاصل جمع القدرات، لكن هل تتحقق قاعدة القدرات عمليا ؟ فى التوصيل على التوالى يتوزع الجهد على المقاومات بنسب توازى قيمة كل منها، مما يجعل القدرة المستهلكة فى كل واحدة تتناسب مع ذلك الجهد و لهذا يجب أن نحترس ألا تصل إحداها لأكثر مما صممت لتحتمل. مثال: هل توصيل مقاومة 100 أوم 1 وات على التوالى مع 10 أوم 1 وات يعطى 110 أوم 2 وات؟  القدرة = الفولت × التيار = الفولت × الفولت ÷ المقاومة = التيار × التيار × المقاومة بالتطبيق على المقاومتين نجد أن 100 أوم تتحمل 0.1 أمبير 10 أوم تتحمل0.3162 أمبير هكذا نرى أن عند تيار 0.1 أمبير، تصل الأولى لحدها الأقصى بينما تكون الثانية تتحمل 0.1 من قدرتها فقط و لو حاولنا زيادة التيار، ستحترق المقاومة الكبيرة فورا. الإجمالى فقط 1.1 وات وليس 2 وات. أيضا فى التوصيل على التوازى يختلف التيار حسب قيمة المقاومات ويجب مراعاة نفس النقطة. الصواب أن فى دوائر التوالى، نحدد التيار المطلوب، ثم نحسب لكل مقاومة القدرة التى تتحملها. فى توصيل التوازى نحدد الجهد المفروض تواجده ثم نحسب لكل مقاومة القدرة التى تتحملها. المكثفات: هنا يجب أن نفرق بين قيمة المكثف والتى تعتمد على الجهد المتردد و بين تحمل المكثف للجهد المستمر لنأخذ أولا مثال مكثف 0.1 مايكرو 50 فولت ماذا تعنى القيمة 50 فولت؟ هل جهد مستمر أم أعلى جهد متردد أم ماذا؟ هذه القيمة تعنى أقصى فرق جهد كهربى يتحمله المكثف بأمان. هذا لا يعنى أن 51 سيدمر المكثف، وقد تقول أنك استخدمته مع 60 فولت ولم يحدث شيء. معك كل الحق ولكن لنعرف القيم، لو كان صانع المكثفات يصنع 50 فولت و 100 فولت فهذا يعنى أن ما ينتجه من وحدات 50 فولت لا تتحمل 100 فولت ولكن هى بين 50 و أقل من 100 لهذا ليس من الحكمة أن نستخدمها مع جهد أعلى من 50 لأنها غير مأمونة. من تعريف المكثف أنه لوحين بينهما عازل وقيمته تعتمد على مساحة اللوحين نجد أن التوصيل على التوازى يزيد من قيمة المكثف والسعة الكلية = المجموع إذن س = س1 + س2 + س3 .... الخ على التوازى بتطبيق قانون أوم نجد أن على التوالى تصبح قيمة المكثف الكلية تخضع لقانون المقاومات على التوازى أى أن س= 1/س1 + 1/س2 + 1/س3 + ... و كما قلنا فى مقاومات التوازى نقول لو وصلنا مثلا 5 مكثفات على التوالى متماثلة ستكون القيمة الكلية 1/5 قيمة الواحد أى لو الواحد 0.1 مايكرو سيكون الخمسة تكافئ 0.02 مايكرو الآن لماذا نوصل مكثفين على التوالى؟ طبعا ستقول لزيادة الفولت فمثلا أريد الحصول على مكثف 0.1 مايكرو يتحمل 1000 فولت و لدى مكثفات 200 فولت فأستخدم 5 قيمة كل منها 0.5 مايكرو فأحصل على 0.1 مايكرو 1000 فولت لو كان الجهد متردد سيكون الكلام صحيحا 100% لكن لو كان الجهد مستمر مثل حالات مسدس الصعقة أو أى دائرة تعطى جهد مستمر عالى، سيختلف الأمر قليلا هذه الدائرة نوصل فيها أربع مكثفات على التوالى و لهم نفس القيمة. ما قيمة الجهود ف1 إلى ف4 بالفولت؟ طبعا ستقول 25 فولت!! لكن من أين جئنا بهذه القيمة؟  كجهد مستمر لبطارية فالتيار لا يمر و بالتالى لا يمكن أن يتجزأ حسب قانون أوم ويمكن أن نحسن الموقف قليلا ونقول يتوزع حسب مقاومة التسريب لهذه المكثفات و التى نكون محظوظين لو كانت متقاربة، لذا سيكون على أحدها جهد أعلى مما يحتمل فينهار و يحدث به قصر فيلقى بالعبء على الباقى فينهار التالى وهكذا حتى ينهار الكل. الحل أن نضع مقاومة كبيرة مثل 1 ميجا أو أعلى على التوازى مع كل مكثف تعمل كمنظم للجهد لكى يتوزع بالتساوى عليهم، وطبعا المقاومات تكون متساوية القيمة. الموقف بالتأكيد سيكون أسوأ فى حال استخدام المكثفات الكيماوية بأنواعها . لو استبدلنا المصدر المستمر بآخر متردد، فلاشك أن التقسيم سيكون صحيحا و الجهد المتردد سيتوزع بنسبة عكس قيم هذه المكثفات. أى أن المكثف الصغير تكون إعاقته كبيرة والجهد عليه أعلى من المكثف الكبير. الملفات: من طبيعة الملفات وكما فعلنا سابقا نجد أنها تشابه المقاومات و الحث الكلى يساوى مجموع حث الملفات عند التوصيل على التوالى و عند التوصيل على التوازى ينطبق قانون التوازى للمقاومات لكن هناك شرط يجب ألا يرى أى من الملفات الباقى!! "يرى"؟؟ ما معنى هذا؟!! الملف له مجال مغناطيسى وهذا يعنى ألا يؤثر مجال أى ملف على باقى الملفات وإلا سيصبح القانون معقدا لأنه يشمل نسبة تأثير كل ملف على الآخر حيث هنا نفكر فى محول وليس فى ملفات منفصلة. لنجمع بعض المكونات المختلفة معا ونرى ماذا يكون – ربما مقاومة و مكثف أكثر تشويقا ،إذن سيكون ذلك موضوعنا القادم إن شاء الله. التعديل الأخير تم بواسطة : ماجد عباس محمد بتاريخ 27-02-2010 الساعة 06:35 PM |
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
دائرة المقاومة والمكثف
عند توصيلنا بطارية لدائرة مكونة من مقاومة و مكثف  فالجهد على المكثف = صفر و عليه فالتيار يكون مساويا قيمة البطارية V ÷ المقاومة R لو تذكرنا ما قلنا فى آخر المشاركة الخاصة بالمكثفات عن السعة ! وهى = التيار × الزمن ÷ فرق الجهد التيار ÷ فرق الجهد = 1 ÷ المقاومة إذن السعة = الزمن ÷ المقاومة أو الزمن = المقاومة × السعة T=RC أليس هذا جميلا و بسيطا ؟ - لكن لماذا كانت هناك قوانين لوغاريتمية فى الموضوع؟ العلاقة الماضية صحيحة طالما كل متغيراتها تحافظ على قيمتها لنهاية القياس أى نبدأ بتيار ما يظل ثابتا حتى نحصل على الزمن الذى نريده و ما المشكلة؟ أن هذه الدائرة يجب أن تغذى من مصدر تيار ثابت لكن بالبطارية المذكورة و المقاومة تختلف الأمور لو بدأنا بالأرقام : الفولت = 10 فولت والمقاومة 100 أوم و السعة 100000 ميكروفاراد (كبير قليلا لكن ليس مستحيلا) إذن فرق الجهد الذى سيحدث = التيار × الزمن ÷ السعة التيار = 10 ÷ 100 = 0.1 أمبير و الزمن واحد ثانية و السعة 0.1 فاراد فرق الجهد = 0.1 × 1 ÷ 0.1 = 1 فولت سنبدأ الثانية التالية و المكثف علية فولت كامل وهو سيطرح من جهد البطارية أى يتبقى 9 فولت وعليه سيكون التيار أقل و يساوى 0.09 أمبير و يستطيع أن يضع شحنة أقل من السابقة فى ثانية فيكون للثانية رقم 2 فرق جهد أقل و على هذا نجد أن كل ثانية تضيف لجهد المكثف نسبه من الفولت أقل من سابقتها متى يتم الشحن؟ ! لن يحدث  كيف؟ تخيل لديك تفاحة و كل ساعة تأخذ نصفها ستنتهى فى مرتين لكن تخيل أن كل مرة ستأخذ نصف ما تبقى ! متى ستنتهى؟ - لهذا تمام الشحن أو التفريغ فى مالا نهاية وهو طبعا غير عملى لذا اتفق على أن يكون الحد هو 10% للتفريغ و 90% عند الشحن – فلو بدأ الشحن من الصفر فعند 90% أو فى المثال السابق 9 فولت نقول تم الشحن وهكذا و هذا أيضا له سبب عملى و منطقى وهو أننا لو طبقنا القوانين الدقيقة سنجد أنه يحدث عند خمسة أضعاف ضرب المقاومة فى المكثف أى T=5*R*C وهو رقم بسيط و سهل التذكر أما بعد واحد R*C سيصل إلى 63% من قيمة الشحن أرجو أن نلاحظ شيئا هاما هنا – نحن لا نتكلم عن قيمة البطارية حين نتحدث عن الشحن والتفريغ هيه - أليست هى التى تشحن نعم و لكن البطارية السابقة 10 فولت و تسبب 0.1 أمبير فى البداية للشحن إلى 10 فولت ، لو غيرنا البطارية بأخرى 20 فولت ستسبب تيار 0.2 للشحن أى سيكون أسرع ولكن للوصول لضعف الجهد ستأخذ ضعف التيار أو ضعف الزمن إذن لا تغيير .  يمكن إثبات هذا بالمعادلة ببساطة فالرسم يوضح معادلات الشحن والتفريغ لدائرة المقاومة والمكثف. هذه المعادلة يمكن كتابتها هكذا  حيث "VC " جهد المكثف عند أى لحظة ما ولتكن "ز" أو t" " و "Vcc" جهد البطارية و "هـ" هى أساس اللوغاريتم الطبيعى و قيمتها 2.718 و المقاومة والمكثف. بقسمة الطرفين على Vcc أى ف تغذية: ف مكثف / ف تغذية ستكون نسبة و بدون وحدات و تساوى القيمة بين القوسين وهى أيضا قيمة بدون وحدات. إذن، زمن الوصول لنسبة ما لا يعتمد على قيمة البطارية بافتراض ثبوتها طوال زمن الشحن والتفريغ. من هنا نجد أن للحصول على دقة زمن أعلى دوما يلجأ المصممون لنسبة من جهد البطارية بدلا من قيمة مطلقة – فلو دققت فى تفاصيل 555 الشهيرة تجد أنه يتعامل مع 1/3 ، 2/3 جهد البطارية و لا يستخدم زينر مثلا. فى الرابط التالى شرح كامل بالمعادلات التى يصعب كتابتها لذا توضع صور. http://en.wikipedia.org/wiki/Resistance-capacitance هذا موقع جافا يقوم بحساباتها http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=31 قرأت تساؤلات عديدة عن خواص هذه الدائرة و استجابتها لذا اكتشفت قصور هذه السلسلة فى هذا الباب و من ثم قررت إن شاء الله أن أضيف هذا الجزء حتى دوائر التفاضل و التكامل ونظرا لعدم توافر مكان لمتابعة التسلسل الطبيعى ، سأضطر لإضافنها فى نهاية هذه السلسلة ثم رابط للعودة مرة أخرى هنا للمتابعة - أرجو أن يكون فيه فائدة لمن يريد رابط متابعة دوائر م س http://www.qariya.info/vb/showthread...31#post1108131 المشاركة رقم 528 هل لو استخدمنا سلك بدلا من المكثف هل يكون هناك فرق؟ هو موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله التعديل الأخير تم بواسطة : ماجد عباس محمد بتاريخ 27-07-2017 الساعة 10:46 AM |
