الدرس الثانى : قانون أوم – القدرة والطاقة فى الدوائر الكهربائية :

[Admin]

الدرس الثانى : قانون أوم – القدرة والطاقة فى الدوائر الكهربائية :

قانون أوم Ohms Law :

العلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة فى أى دائرة كهربائية للتيار المستمر أكتشفت فى البداية بواسطة عالم الفيزياء الألمانى "جورج أوم " . وجد جورج أوم أنه : عند ثبوت درجة الحرارة يتناسب التيار الكهربائى المار خلال مقاومة ثابتة خطية تناسبا مباشرا للجهد المطبق عبرها وأيضا يتناسب عكسيا مع المقاومة . هذه العلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة تشكل أساس قانون أوم فى صورة المعادلة التالية :

بمعرفة أى قيمتين من الكميات " الجهد والتيار والمقاومة " يمكننا استخدام قانون أوم لإيجاد قيمة الكمية الثالثة المجهولة . يستخدم قانون أوم على نطاق واسع فى صيغ الإلكترونيات وحسباتها ولذلك فمن المهم فهم وتذكر الصيغ التالية بدقة :

· لإيجاد الجهد V :

[V = I x R] V (volts) = I (amps) x R (Ω)

· ولإيجاد التيار I :

[I = V ÷ R] I (amps) = V (volts) ÷ R (Ω)

· ولإيجاد المقاومة R :

[R = V ÷ I] R (Ω) = V (volts) ÷ I (amps)

أحيانا يكون من السهل تذكر علاقة قانون أوم باستخدام الصور . يوجد لدينا ثلاثة كميات V , I , R تركب فى مثلث (يسمى مثلث قانون أوم ) مع جعل الجهد بأعلى والتيار والمقاومة بالأسفل . هذا الترتيب يمثل الموقع الفعلى لكل كمية فى صيغ قانون أوم .

باستخدام قانون أوم يمكننا أن نرى أن جهد قيمته واحد فولت 1V عندما يطبق على مقاومة قيمتها واحد أوم 1Ω سوف يسبب سريان تيار قيمته واحد أمبير 1A , وكلما زادت المقاومة كلما قل سريان التيار عند تطبيق جهد محدد . أى جهاز كهربائى أو عنصر ينطبق علية قانون أوم أى أن التيار المار خلالة يتناسب مع الجهد عبره (I α V) , مثل المقاومات والكابلات , يطلق عليها ذات طبيعة "أومية" "Ohmic" بينما الأجهزة التى لا ينطبق عليها قانون أوم , مثل الترانزستورات والدايودات يطلق عليها أجهزة "غير أومية"
"Non-ohmic" .

القدرة فى الدوائر الكهربائية Power in Electrical Circuits :

[Admin]

القدرة فى الدوائر الكهربائية Power in Electrical Circuits :

القدرة الكهربائيةPower(P) فى دائرة هى كمية الطاقة energy التى تمتص أو تنتج بهذه الدائرة . مصدر الطاقة , مثل الجهد , سوف ينتج أو يمد بالقدرة بينما الحمل المتصل بالدائرة يمتصها . رمز كمية الطاقة هو P وهو حاصل ضرب الجهد فى التيار ووحدات قياسه هى "الوات" Watt (W) ويمكن استخدام سابقة للدلالة على "الملى وات" milliwatts (mW = 10-3W) أو"الكيلو وات" kilowatts (kW = 103W . باستخدام قانون أو وبالتعويض عن V, I ,R يمكن الحصول على صيغة القدرة الكهربائية كما يلى :

[P = V x I] P (watts) = V (volts) x I (amps)

أيضا :

[P = V2 ÷ R] P (watts) = V2 (volts) ÷ R (Ω)

أيضا :

[P = I2 x R] P (watts) = I2 (amps) x R (Ω)

مرة أخرى يمكن تركيب الكميات الثلاثة فى مثلث ولكن هذه المرة يسمى "مثلث القدرة" بوضع القدرة بالأعلى والتيار والجهد بالأسفل . هذا الترتيب يمثل الوضع الفعلى لكل كمية كما فى الشكل التالى :

نقطة أخرى حول القدرة : إذا كانت القدرة المحسوبة من أى صيغة موجبة القيمة فهذا يعنى أن العنصر يمتص القدرة , ولكن إذا كانت القدرة المحسوبة سالبة القيمة فهذا يعنى أن العنصر ينتج قدرة , وبمعنى آخر يكون مصدر للطاقة الكهربائية . أيضا عرفنا أن وحدة القدرة هى الوات ولكن بعض الأجهزة الكهربية مثل المحركات لها معدل قدرة "بالحصان" Horsepower or hp . العلاقة بين الحصان والوات تعطى بالمعادلة التالية :

1hp = 746W.
خريطة "فطيرة قانون أوم" Ohms Law Pie Chart :

الآن يمكننا أخذ جميع الكميات : الجهد والتيار والمقاومة والقدرة ونركزها فى خريطة بسيطة تسمى "خريطة فطيرة قانون أوم " والتى تستخدم فى دوائر وحسابات التيار المستمر DC .

مثال :

فى الدائرة المبينة بالشكل التالى أوجد الجهد V والتيار I والمقاومة R والقدرة P .

Voltage [ V = I x R ] = 2 x 12Ω = 24V
Current [ I = V ÷ R ] = 24 ÷ 12Ω = 2A
Resistance [ R = V ÷ I ] = 24 ÷ 2 = 12 Ω
Power [ P = V x I ] = 24 x 2 = 48W

تتواجد القدرة بالدائرة الكهربائية فقط عند تواجد كل من الجهد والتيار , على سبيل المثال : فى حالة الدائرة المفتوحة Open-circuit يوجد جهدولكن لا يوجد سريان للتيار I = 0 (zero) لذلك V x 0 = 0 أى أن القدرة المشتتة بالدائرة فى هذه الحالة تكون أيضا بصفر . وبطريقة مماثلة , إذا كان لدينا حالة دائرة قصر
Short-circuit , يوجد سريان للتيار ولكن لا يوجد جهد V = 0 لذلك 0 x I = 0 أى مرة أخرى القدرة المشتتة بالدائرة فى هذه الحالة بصفر .
القدرة الكهربائية هى حاصل الضرب V x I , القدرة المشتتة بالدائرة هى نفسها سواء أكانت الدائرة تحتوى على جهد مرتفع وتيار منخفض أو جهد منخفض وتيار مرتفع . عامة يتم تشتيت (تبديد) القدرة على شكل طاقة حرارة Heat (فى السخانات) أو شغل ميكانيكى (المحركات) أو ..ألخ.

الطاقة فى الدوائر الكهربائية Energy in Electrical Circuits :

[Admin]

الطاقة فى الدوائر الكهربائية Energy in Electrical Circuits :

الطاقة الكهربائية التى تمتص أو تنتج هى حاصل ضرب القدرة الكهربائية مقاسة بالوات والزمن بالثوانى . وحدات قياس الطاقة الناتجة تكون " بالوات – ثانية" Watt-seconds أو "بالجول" Joules .

على الرغم من أن الطاقة الكهربائية تقاس بالجول فيمكن أن تكون قيمها كبيرة جدا عند استخدامها فى حساب الطاقة المستهلكة بالمكونات . على سبيل المثال , مصباح واحد قدرته 100 وات موصل لمدة ساعة واحدة سوف يستهلك إجمالى : 100 watts x 3600 sec = 360,000 Joules . لذلك يمكن استخدام سابقة مثل "الكيلو جول " (kJ = 103J) أو "الميجا جول " (MJ = 106J) .
إذا قيست القدرة بالكيلووات والزمن بالساعات عندئذ تكون وحدات الطاقة "كيلووات ساعة " kWh وهى شائعة الاستخدالم باسم "وحدة الكهرباء" وهى التى يقوم المستهلك بشرائها من شركات الإمداد بالكهرباء .

فى الدرس القادم : سوف نتناول وحدات القياس الكهربائية القياسية المستخدمة فى الهندسة الكهربائية والإلكترونية لنتمكن من حساب القيم السابقة وسوف نرى أن كل قيمة يمكن تمثيلها بأى من مضاعفاتها أو أجزائها .

الدرس الثالث : وحدات القياس الكهربائية Electrical Units of Measure