المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الفيزياء

الفصل الأول - التيار الكهربي وقانون أوم وقانونا كيرشوف

0/36

الفصل الثاني - التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي وأجهزة القياس

0/32

الفصل الثالث - الحث الكهرومغناطيسي

0/45

الفصل الرابع - دوائر التيار المتردد

0/23

الفصل الخامس - ازدواجية الموجة والجسيم

0/31

الفصل السادس - الأطياف الذرية والأشعة السينية

0/17

الفصل السابع - الليزر وتطبيقاته

0/17

الفصل الثامن - الإلكترونيات الحديثة

0/25

دروس إضافية

0/145
نص الدرس

الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور)

الفيزياء

الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور)

مقدمة

مقدمة

  • تركيب المحول الكهربي وفكرة عمله بالحث المتبادل، والعلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات.
  • أنواع المحولات (رافع وخافض) واستخداماتها في نقل الطاقة الكهربية، وأسباب فقد الطاقة وكفاءة المحول.
  • تركيب المحرك الكهربي ذي التيار المستمر وفكرة عمله ودور نصفي الأسطوانة المعدنية والفرشاتين.

🌳 شجرة المفاهيم

الدرس الرابعالمحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور)
├── أولًاالمحول الكهربي — الفكرة والتركيب

│ ├── التعريف

│ ├── تركيب المحول

│ └── نوعا المحول

├── ثانيًا←طريقة عمل المحول

│ ├── توليد القوة الدافعة في الملف الثانوي

│ └── القوة الدافعة العكسية في الملف الابتدائي

├── ثالثًا←العلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات

│ ├── العلاقة بين الجهدين

│ ├── العلاقة بين شدتي التيار

│ └── ملخص المقارنة

├── رابعًا←استخدامات المحول ونقل الطاقة الكهربية

│ ├── نقل الطاقة من محطات التوليد

│ ├── استخدامات أخرى

│ └── أسئلة “علل” يجيب عنها الدرس

├── خامسًا←كفاءة المحول وأسباب فقد الطاقة

│ ├── التعريف

│ ├── أسباب الفقد وطرق الحد منه

│ └── أمثلة محلولة

├── سادسًا←المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب

│ ├── التعريف

│ └── أجزاء المحرك
├── سابعًاطريقة عمل المحرك واستمرار الدوران
│ ├── الوضع الأولالملف موازٍ لخطوط الفيض
│ ├── الوضع العموديانعدام العزم
│ ├── الوضع الثانيانعكاس التيار

│ └── أسئلة “علل”

└── ثامنًا←تحسين أداء المحرك وانتظام سرعته

├── الحصول على عزم ثابت

├── القوة الدافعة العكسية وانتظام السرعة

└── مقارنة بين المحرك والمحول

الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 1 / 10
أولًا: المحول الكهربي — الفكرة والتركيب

أولًا: المحول الكهربي — الفكرة والتركيب

  • شكل 1 رسم توضيحي — النقطة 1: المحول الكهربي — الفكرة والتركيب
  • يعرض الشكل مجسمًا ثلاثي الأبعاد للمحول الكهربي، فيظهر القلب الحديدي المصنوع من شرائح معزولة، والملف الابتدائي المتصل بالمصدر المتردد، والملف الثانوي المتصل بالحمل.
  • وتقلل الشرائح المعزولة التيارات الدوامية في القلب، كما تبيّن خطوط الفيض المشتركة بين الملفين التي تنقل الطاقة من ملف إلى آخر.
المحول الكهربي — الفكرة والتركيب
المحول الكهربي — الفكرة والتركيب

🧊 مجسم ثلاثي الأبعاد للمحول الكهربي ذو القلب الحديدي السيليكوني المقسم لشرائح معزولة

D Scientific Model

  • شكل 2 مجسم ثلاثي الأبعاد للمحول الكهربي ذو القلب الحديدي السيليكوني المقسم لشرائح معزولة
  • يركّز الشكل على القلب الحديدي السيليكوني نفسه، إذ يتكون من شرائح رقيقة متراصة ومعزولة عن بعضها بطبقة عازلة.
  • ويولّد الفيض المتغير في القلب تيارات دوامية تسبب الحرارة، فيقلل تقسيم القلب إلى شرائح هذه التيارات ويقلل الفقد في الطاقة.
  • مجسم فراغي ثلاثي الأبعاد يوضح تركيب المحول الكهربي القلب الحديدي المصنوع من شرائح رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية (Eddy Currents)، والملف الابتدائي المتصل بمصدر متردد، والملف الثانوي المتصل بالحمل، مع توضيح خطوط الفيض المغناطيسي المتبادل وعلاقة الجهد وعدد اللفات.

التعريف

  • المحول الكهربي جهاز يُستخدم لرفع القوة الدافعة الكهربية المترددة أو خفضها.
  • تعتمد فكرة عمله على الحث المتبادل بين ملفين متجاورين.
  • لا يعمل المحول إلا على تيار متردد، لأن التيار المستمر لا يغيّر الفيض فلا تتولد قوة دافعة مستحثة.

تركيب المحول

  • ملف ابتدائي (Primary) عدد لفاته Nₚ يتصل بالمصدر المتردد.
  • ملف ثانوي (Secondary) عدد لفاته Nₛ يتصل بالجهاز المطلوب تشغيله.
  • الملفان من سلك نحاس معزول ومفروشان حول قلب حديدي واحد.
  • القلب مصنوع من شرائح رقيقة معزولة عن بعضها من الحديد المطاوع السليكوني.
  • وظيفة القلب الحديدي تركيز خطوط الفيض الناتجة عن الملف الابتدائي لتقطع الملف الثانوي كلها.
  • وظيفة تقسيم القلب إلى شرائح معزولة الحد من التيارات الدوامية وبالتالي الحد من الطاقة المفقودة.
نوعا المحول
محول رافع للجهديزيد الجهد، ويكون عدد لفات ملفه الثانوي أكبر من عدد لفات الابتدائي.
محول خافض للجهديقلل الجهد، ويكون عدد لفات ملفه الثانوي أقل من عدد لفات الابتدائي.
مجسم ثلاثي الأبعاد للمحول الكهربي ذو القلب الحديدي السيليكوني المقسم لشرائح معزولة
مجسم ثلاثي الأبعاد للمحول الكهربي ذو القلب الحديدي السيليكوني المقسم لشرائح معزولة
  1. يعرض الشكل مجسمًا ثلاثي الأبعاد للمحول الكهربي
  2. فيظهر القلب الحديدي المصنوع من شرائح معزولة
  3. والملف الابتدائي المتصل بالمصدر المتردد
  4. والملف الثانوي المتصل بالحمل.
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 2 / 10
ثانيًا: طريقة عمل المحول

ثانيًا: طريقة عمل المحول

  • شكل 3 رسم توضيحي — النقطة 2: طريقة عمل المحول
  • يوضح الشكل مبدأ عمل المحول، فالتيار المتردد في الابتدائي يولّد فيضًا متغيرًا يركّزه القلب الحديدي، فيقطع لفات الثانوي ويحثّ فيه قوة دافعة بالتردد نفسه.
  • ووفق قانون فاراداي تتناسب القوة الدافعة الثانوية مع عدد لفات الثانوي ومعدل تغير الفيض، فتنتقل الطاقة بالحث دون اتصال مباشر بين الملفين.

توليد القوة الدافعة في الملف الثانوي

  • عند توصيل الملف الابتدائي بمصدر جهد متردد يمر فيه تيار متغير فيتولد حوله مجال مغناطيسي متغير.
  • يركّز القلب الحديدي هذا المجال فيقطع خطوط الفيض الملف الثانوي بالكامل.
  • يؤدي التغير في الفيض إلى توليد قوة دافعة مستحثة في الملف الثانوي لها تردد المصدر نفسه.
  • تحسب القوة الدافعة في الثانوي من قانون فاراداي:
  • Vs = – (Ns Δ Φ) / (Δ t)

القوة الدافعة العكسية في الملف الابتدائي

  • يتولد أيضًا في الملف الابتدائي قوة دافعة مستحثة (عكسية) ترتبط بمعدل تغير الفيض نفسه.
  • تتزن هذه القوة تقريبًا مع جهد المصدر، ولا يضيع منه سوى ما تستهلكه مقاومة السلك.
  • بهذا تحدد هذه القوة العكسية شدة التيار في الملف الابتدائي فلا يزداد عن اللازم ولا يحترق الملف.
  • ويُعبَّر عن ذلك بالعلاقة:
  • Vp = – (Np Δ Φ) / (Δ t)
طريقة عمل المحول
طريقة عمل المحول
شكل 3رسم توضيحي — النقطة 2: طريقة عمل المحول
├── ثانيًاطريقة عمل المحول
نقل الطاقة بالمحولات
نقل الطاقة بالمحولات
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•
  • أنواع المحولات (رافع وخافض) واستخداماتها في نقل الطاقة الكهربية
  • وأسباب فقد الطاقة وكفاءة المحول
أنواعالمحولاترافعوخافض
├── رابعًااستخدامات المحول ونقل الطاقة الكهربيةاستخداماتالمحولونقلالطاقة
├── خامسًاكفاءة المحول وأسباب فقد الطاقةكفاءةالمحولوأسبابالطاقة
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 3 / 10
ثالثًا: العلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات

ثالثًا: العلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات

  • شكل 4 رسم توضيحي — النقطة 3: العلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات
  • يبين الشكل العلاقة بين الجهدين وعدد اللفات، فنسبة الجهد الثانوي إلى الابتدائي تساوي نسبة عدد لفاتهما.
  • فإذا كان الثانوي أكثر لفات يكون المحول رافعًا للجهد، وإذا كان أقل لفات يكون خافضًا له، وفي المحول المثالي تتساوى القدرة الداخلة والخارجة فتقل شدة التيار عند الجهد المرتفع.
العلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات
العلاقات بين الجهدين والتيارين وعدد اللفات

العلاقة بين الجهدين

  • بقسمة علاقة الثانوي على علاقة الابتدائي (مع افتراض أن كل الفيض يقطع الملفين) نحصل على:

Vs / Vp = Ns / Np

  • النسبة بين القوتين الدافعتين = النسبة بين عدد لفات الملفين.
  • إذا كان Nₛ > Nₚ كان Vₛ > Vₚ (محول رافع)، وإذا كان Nₛ < Nₚ كان Vₛ < Vₚ (محول خافض).
  • مثال إذا كان عدد لفات الثانوي ضعف عدد لفات الابتدائي كان جهد الثانوي ضعف جهد الابتدائي.

العلاقة بين شدتي التيار

  1. في المحول المثالي تكون الطاقة المستهلكة في الابتدائي مساوية للطاقة الناتجة في الثانوي
  2. أي قدرة الدخل = قدرة الخرج:

Vp Ip = Vs Is

  • ومنها:

Is / Ip = Vp / Vs = Np / Ns

  • شدة التيار في أي ملف تتناسب عكسيًا مع عدد لفاته.
  • فالمحول الرافع للجهد يكون خافضًا للتيار، والمحول الخافض للجهد يكون رافعًا للتيار.
  • مثال إذا كان عدد لفات الثانوي ضعف الابتدائي فإن تيار الثانوي نصف تيار الابتدائي.
وجه المقارنة المحول الرافع للجهد المحول الخافض للجهد
عدد اللفات Nₛ > Nₚ Nₛ < Nₚ
جهد الثانوي أكبر من جهد الابتدائي أقل من جهد الابتدائي
تيار الثانوي أقل من تيار الابتدائي أكبر من تيار الابتدائي
مكان الاستخدام عند محطات توليد الكهرباء عند مناطق التوزيع والاستهلاك
سُمك سلك الملف الثانوي رفيع نسبيًا سميك نسبيًا
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 4 / 10
رابعًا: استخدامات المحول ونقل الطاقة الكهربية

رابعًا: استخدامات المحول ونقل الطاقة الكهربية

نقل الطاقة من محطات التوليد

  • تُنقل الطاقة الكهربية من محطات التوليد إلى أماكن الاستخدام عبر أسلاك معدنية طويلة.
    شكل 5: نقل الطاقة بالمحولات

    يوضح الشكل نقل الطاقة الكهربية من محطات التوليد عبر أسلاك طويلة بعد رفع الجهد بمحول رافع. فبرفع الجهد تقل شدة التيار، ويقل الفقد بالحرارة المساوي I2R لأنه يتناسب مع مربع شدة التيار، ثم يُخفض الجهد بمحول خافض قبل وصوله إلى المستهلك.

  • عند محطة التوليد يُستخدم محول رافع يرفع الجهد إلى قيمة عالية جدًا فتقل شدة التيار كثيرًا.
  • قلة شدة التيار تقلل الفقد في القدرة على شكل حرارة في الأسلاك، وهو يساوي I2R حيث R مقاومة الأسلاك.
    شكل 6: تصفيح قلب المحول وتقليل الفقد

    يشرح الشكل تصفيح قلب المحول بوصفه وسيلة لتقليل فقد الطاقة، لأن جزءًا منها يتحول إلى حرارة بفعل التيارات الدوامية. فالشرائح المعزولة تقطع مسارات هذه التيارات وتزيد مقاومتها، فتقل شدتها والحرارة الناتجة عنها، ويرتفع بذلك كفاءة المحول.

  • مثال لو أمكن خفض التيار في أسلاك النقل إلى جزء من مئة من قيمته، لانخفضت الطاقة المفقودة إلى جزء من عشرة آلاف.
  • عند مناطق التوزيع تُستخدم محولات خافضة تخفض الجهد إلى 220 V، وهو جهد تشغيل المصابيح ومعظم أجهزة المنزل.
  • تُستخدم محولات عملاقة في محطات الخفض والتوليد.
تصفيح قلب المحول وتقليل الفقد
تصفيح قلب المحول وتقليل الفقد

استخدامات أخرى

  • تدخل المحولات الصغيرة في بعض الأجهزة المنزلية مثل الأجراس الكهربية والثلاجات.
  • يُستخدم المحول لتحويل جهد المنزل إلى جهد صغير يلائم الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.
أسئلة "علل" يجيب عنها الدرس
يُستخدم محول رافع عند محطات التوليدلخفض شدة التيار في أسلاك النقل فيقل الفقد I2R.
لا يعمل المحول بالتيار المستمرلأن الفيض ثابت فلا تتولد قوة دافعة مستحثة في الثانوي.
يُصنع القلب من شرائح رقيقة معزولةلزيادة مقاومته للتيارات الدوامية والحد من الحرارة المفقودة.
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 5 / 10
خامسًا: كفاءة المحول وأسباب فقد الطاقة

خامسًا: كفاءة المحول وأسباب فقد الطاقة

التعريف

  • لو لم يحدث أي فقد في الطاقة لكانت كفاءة المحول 100%، ويسمى المحول المثالي، وهو غير موجود عمليًا.
  • كفاءة المحول (η): نسبة الطاقة الكهربية التي نحصل عليها من الملف الثانوي إلى الطاقة المعطاة للملف الابتدائي في الزمن نفسه.
  • η = (Vs Is) / (Vp Ip) × 100%
  • إذا كانت الطاقة المفقودة 10% من الطاقة الأصلية كانت كفاءة المحول 90%.
  • تحول جزء من الطاقة الكهربية إلى حرارة في أسلاك الملفين بسبب مقاومتها. العلاج: استخدام أسلاك معدنية (نحاس) ذات مقاومة صغيرة جدًا.
  • تحول جزء من الطاقة إلى حرارة في القلب الحديدي بسبب التيارات الدوامية. العلاج: صنع القلب من شرائح معزولة من الحديد المطاوع السليكوني ذي المقاومة النوعية الكبيرة.
  • تحول جزء من الطاقة إلى طاقة ميكانيكية تُستنفد في تغيير اتجاه مغنطة جزيئات القلب. العلاج: استخدام الحديد المطاوع السليكوني لأن جزيئاته المغناطيسية تتحرك بسهولة.

أمثلة محلولة

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 محول مثالي يخفض جهد المنزل من 220 V إلى 11 V، وعدد لفات ملفه الابتدائي 1000 لفة.
  • احسب عدد لفات الثانوي، وشدة التيار في الابتدائي إذا كان تيار الثانوي 4 A.
  • الحل:

Vs / Vp = Ns / Np ← 11 / 220 = Ns / 1000

Ns = (1000 × 11) / 220 = 50 لفة

لأنه مثالي←Vp Ip = Vs Is ← 220 × Ip = 11 × 4

Ip = 44 / 220 = 0.2 A

  • مثال 2 جرس كهربي موصل بمحول كفاءته 80% يعطي 8 V من مصدر قوته الدافعة 220 V، وعدد لفات ملفه الابتدائي 1100 لفة.
  • احسب عدد لفات الثانوي، وشدة تيار الثانوي إذا كان تيار الابتدائي 0.1 A.
  • الحل:

Ns = (Np × Vs) / Vp = (1100 × 8) / 220 = 40 لفة

  • η = (Vs Is) / (Vp Ip)

    ←

    0.8 = (8 × Is) / (220 × 0.1)

Is = (0.8 × 22) / 8 = 2.2 A

  • مثال 3 محول رافع نسبة لفاته Nₛ : Nₚ = 20 : 1 وصل ملفه الابتدائي بمصدر 230 V وتيار الابتدائي 10 A، وكفاءته 90%.
  • احسب جهد الثانوي وتيار الثانوي.
  • الحل:

Vs = 230 × 20 = 4600 V

قدرة الدخل = 230 × 10 = 2300 W

قدرة الخرج = 0.9 × 2300 = 2070 W

Is = 2070 / 4600 = 0.45 A

الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 6 / 10
سادسًا: المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب

سادسًا: المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب

  • شكل 7 المحرك الكهربي — المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب
  • يمثل الشكل المحرك الكهربي الذي يحوّل الطاقة الكهربية إلى ميكانيكية، ويعمل بمصدر مستمر كالبطارية.
  • وفكرته مطابقة للجلفانومتر ذي الملف المتحرك، أي ملف يمر فيه تيار داخل مجال مغناطيسي فيتأثر بعزم ازدواج، إلا أن المحرك يحتاج إلى عكس التيار في الملف كي يدور باستمرار في اتجاه واحد.
المحرك الكهربي — المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب
المحرك الكهربي — المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب
  • شكل توضيحي — رسم توضيحي — النقطة 6 المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب:
  • شكل 8 رسم توضيحي — النقطة 6: المحرك الكهربي (الموتور) ذو التيار المستمر — الفكرة والتركيب
  • يبيّن الشكل المكونات الأساسية للمحرك المستمر، وهي المغناطيس الثابت والملف الدوار والأسطوانة المشقوقة والفرشاتان الناقلتان للتيار.
  • وتعكس الأسطوانة المشقوقة، وتسمى المبدِّل، اتجاه التيار في الملف عند كل نصف دورة، فيستمر الدوران في اتجاه واحد.
التعريف
المحرك الكهربيجهاز يحوّل الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية، ويعمل بمصدر كهربي مستمر مثل البطارية.
فكرته هي نفسها فكرة الجلفانومتر ذي الملف المتحركملف يمر فيه تيار داخل مجال مغناطيسي فيتأثر بازدواج.
الفرق بينهماملف المحرك يجب أن يدور باستمرار في اتجاه واحد، ولذلك يلزم عكس التيار في الملف كل نصف دورة.

أجزاء المحرك

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
ملف مستطيل ABCDمن عدد كبير من لفات سلك نحاس معزولكبيرلفاتنحاسمعزول
قلب من الحديد المطاوع
  • يُلف حوله الملف
  • ويتكون من أقراص رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية
حولهالملفويتكونأقراص
مغناطيس قويعلى شكل حدوة حصان (حذاء الفرس) يدور الملف بين قطبيهحدوةحصانحذاءالفرس
أسطوانة معدنية مشقوقة
  • (عاكس التيار / Commutator) تتكون من نصفين X وY معزولين عن بعضهما
  • ويتصل بهما طرفا الملف
عاكسالتيارCommutatorتتكون
•
  • النصفان يدوران حول محور الملف نفسه
  • ويكون المستوى الفاصل بينهما عموديًا على مستوى الملف
النصفانيدورانمحورالملف
فرشاتانF₁ وF₂ من الكربون تلامسان نصفي الأسطوانة وتوصلان بقطبي البطاريةالكربونتلامساننصفيالأسطوانة
•الخط الواصل بين الفرشاتين يوازي خطوط المجال المغناطيسيالخطالواصلالفرشاتينيوازي
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 7 / 10
سابعًا: طريقة عمل المحرك واستمرار الدوران

سابعًا: طريقة عمل المحرك واستمرار الدوران

شكل 9: رسم توضيحي — النقطة 7: طريقة عمل المحرك واستمرار الدوران يوضح الشكل عمل المحرك في وضعين، فعندما يكون الملف موازيًا لخطوط الفيض يكون العزم أكبر ما يمكن، وعند الوضع العمودي يتلاشى العزم ويدور الملف بفعل القصور الذاتي. ويُطبَّق لتحديد اتجاه القوتين على ضلعي الملف قاعدة فليمنج لليد اليسرى، فينشأ ازدواج يدير الملف.
شكل 9: رسم توضيحي — النقطة 7: طريقة عمل المحرك واستمرار الدوران يوضح الشكل عمل المحرك في وضعين، فعندما يكون الملف موازيًا لخطوط الفيض يكون العزم أكبر ما يمكن، وعند الوضع العمودي يتلاشى العزم ويدور الملف بفعل القصور الذاتي. ويُطبَّق لتحديد اتجاه القوتين على ضلعي الملف قاعدة فليمنج لليد اليسرى، فينشأ ازدواج يدير الملف.

الوضع الأول: الملف موازٍ لخطوط الفيض

  • تلامس الفرشاة F₁ (القطب الموجب) النصف X والفرشاة F₂ (القطب السالب) النصف Y.
  • يمر التيار في الملف في الاتجاه DCBA.
  • بتطبيق قاعدة اليد اليسرى لفليمنج تكون القوة على الضلع AB إلى أعلى والقوة على الضلع CD إلى أسفل.
  • ينشأ ازدواج يدير الملف، ويكون عزمه أكبر ما يمكن عندما يكون مستوى الملف موازيًا للمجال.

الوضع العمودي: انعدام العزم

  • مع الدوران يقل عزم الازدواج تدريجيًا حتى ينعدم عندما يصير مستوى الملف عموديًا على خطوط الفيض.
  • يستمر الملف في الدوران بالقصور الذاتي لحظة قصيرة فيتبادل نصفا الأسطوانة موضعيهما بالنسبة للفرشاتين.

الوضع الثاني: انعكاس التيار

  • يلامس النصف X الآن الفرشاة F₂ ويلامس النصف Y الفرشاة F₁.
  • ينعكس اتجاه التيار في الملف فيمر في الاتجاه ABCD.
  • تصبح القوة على AB إلى أسفل وعلى CD إلى أعلى، فيستمر الازدواج في الدوران في الاتجاه نفسه.
  • يزداد العزم حتى نهايته العظمى عندما يوازي الملف المجال، ثم ينعدم عند الوضع العمودي، وهكذا تتكرر الدورة.
أسئلة "علل"
تستخدم الأسطوانة المشقوقة في المحركلتعكس اتجاه التيار في الملف كل نصف دورة فيستمر الدوران في اتجاه واحد.
يستمر الملف في الدوران عند الوضع العموديبسبب القصور الذاتي، فيعبر الوضع الذي ينعدم فيه العزم.
يصنع قلب المحرك من أقراص رقيقة معزولةللحد من التيارات الدوامية والطاقة المفقودة.
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 8 / 10
ثامنًا: تحسين أداء المحرك وانتظام سرعته

ثامنًا: تحسين أداء المحرك وانتظام سرعته

  • شكل 10 رسم توضيحي — النقطة 8: تحسين أداء المحرك وانتظام سرعته
  • يبين الشكل استخدام عدة ملفات مزاحة بزوايا صغيرة متساوية للحصول على عزم شبه ثابت، ويتصل طرفا كل ملف بقطعتين متقابلتين من أسطوانة مشقوقة عدد قطعها ضعف عدد الملفات.
  • وتعمل القوة الدافعة العكسية الناشئة في الملف الدوار على تنظيم السرعة، فلا تتغير كثيرًا عند تغير الحمل.
تحسين أداء المحرك وانتظام سرعته
تحسين أداء المحرك وانتظام سرعته

الحصول على عزم ثابت

  • لو استُخدم ملف واحد لتغير العزم بين نهاية عظمى وصفر في كل دورة.
  • للاحتفاظ بعزم دوران ثابت تقريبًا عند النهاية العظمى تُستخدم عدة ملفات بين مستوياتها زوايا صغيرة متساوية.
  • يتصل طرفا كل ملف بقطعتين متقابلتين من أسطوانة معدنية مشقوقة، ويكون عدد قطعها ضعف عدد الملفات.
  • في كل لحظة تلامس الفرشاتان قطعتي الملف الذي يكون في وضع أقصى عزم.

القوة الدافعة العكسية وانتظام السرعة

  • أثناء دوران الملف في المجال تتولد فيه قوة دافعة مستحثة عكسية تعاكس جهد البطارية.
  • إذا زادت سرعة الدوران زادت القوة العكسية فيقل التيار وتقل السرعة، وإذا قلت السرعة قلت القوة العكسية فيزداد التيار وتزداد السرعة.
  • بهذا تثبت سرعة المحرك تقريبًا تلقائيًا.
وجه المقارنة المحرك الكهربي المحول الكهربي
الوظيفة تحويل طاقة كهربية إلى ميكانيكية رفع أو خفض الجهد المتردد
المبدأ تأثير المجال على ملف يمر به تيار (ازدواج) الحث المتبادل بين ملفين
نوع التيار مستمر (في النوع المدروس) متردد فقط
الأجزاء المتحركة ملف يدور بين قطبي مغناطيس لا توجد أجزاء متحركة
أسطوانة مشقوقة موجودة غير موجودة
  • .egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#fff}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#fff}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 9 / 10
الموسوعة الشاملة لمفاهيم ومصطلحات وقوانين المحول والمحرك الكهربي (كتب الوزارة + الامتحان + الوسام)

الموسوعة الشاملة لمفاهيم ومصطلحات وقوانين المحول والمحرك الكهربي (كتب الوزارة + الامتحان + الوسام)

  • 📖

📌 قاموس المصطلحات والتركيب الدقيق للمحول الكهربي:

  • المحول الكهربي (Electric Transformer) جهاز كهرومغناطيسي ساكن يعمل بالحث المتبادل بين ملفين، يستخدم لرفع أو خفض الجهد الكهربي المتردد دون تغيير في التردد (f_s = f_p). (لا يعمل على التيار المستمر لانعدام التغير في الفيض المغناطيسي ΔΦ/Δt = 0).
  • التركيب الدقيق للمحول:
  • (1) القلب الحديدي المطاوع السيليكوني مصنوع من حديد مطاوع سيليكوني ذي مقاومة نوعية كهربية عالية وسهولة في حركة جزيئاته المغناطيسية، ومقسم إلى شرائح رقيقة معزولة عن بعضها للحد من التيارات الدوامية (Eddy Currents).
  • (2) الملف الابتدائي (Primary Coil) متصل بمصدر الجهد المتردد (V_p, N_p, I_p).
  • (3) الملف الثانوي (Secondary Coil) متصل بدائرة الحمل أو الجهاز المراد تشغيله (V_s, N_s, I_s).
  • أنواع المحولات الكهربية:
  • • محول رافع للجهد (Step-Up) N_s > N_p، و V_s > V_p، و I_s < I_p (خافض لشدة التيار). يُستخدم عند محطات توليد الطاقة الكهربية لتقليل الفقد الحراري في خطوط النقل.
  • • محول خافض للجهد (Step-Down) N_s < N_p، و V_s < V_p، و I_s > I_p (رافع لشدة التيار). يُستخدم عند مناطق الاستهلاك والمصانع والمنازل وشواحن الأجهزة.
  • كفاءة المحول (Efficiency – η) النسبة بين الطاقة الكهربية الناتجة في الملف الثانوي إلى الطاقة الكهربية المستهلكة في الملف الابتدائي في نفس الزمن: η = (V_s I_s / V_p I_p) × 100%.
  • أسباب فقد الطاقة في المحول الكهربي وطرق التغلب عليها (سؤال وزاري متكرر):
  • 1. فقد في صورة حرارة في الأسلاك: يُعالج بصناعة الملفات من أسلاك نحاس غليظة منخفضة المقاومة النوعية.
  • 2. فقد في صورة تيارات دوامية في القلب: يُعالج بتقسيم القلب إلى شرائح رقيقة معزولة من الحديد المطاوع السيليكوني.
  • 3. فقد في صورة طاقة ميكانيكية لترتيب الجزيئات المغناطيسية: يُعالج باستخدام الحديد المطاوع السيليكوني لسهولة تمغنطه وفقد مغنطته.
  • 4. تسرب خطوط الفيض المغناطيسي: يُعالج بلف الملف الثانوي فوق الملف الابتدائي تماماً مع عزلهما.

📌 المحرك الكهربي (الموتور DC Motor) والفنيات العلمية:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
المحرك الكهربي (DC Motor)جهاز كهرومغناطيسي يحول الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية (حركية) بالاعتماد على عزم الازدواج المغناطيسي المؤثر على ملف يمر به تيار موضوع في مجال مغناطيسي (τ = B I A N sin θ)جهازكهرومغناطيسييحولالطاقة
دور المقوم المعدني (الأسطوانة المشقوقة) في الموتور
  • عكس اتجاه التيار في ملف المحرك كل نصف دورة عند مروره بالوضع العمودي
  • فيستمر عزم الازدواج في نفس اتجاه الدوران دائماً بدلاً من أن يتأرجح الملف
اتجاهالتيارالمحركدورة
دور القصور الذاتي (Inertia)استمرار دوران الملف عند مروره بالوضع العمودي (حيث ينعدم عزم الازدواج τ = 0 وتلامس الفرشتان الشق العازل) بفعل القصور الذاتي حتى يتخطى هذا الوضع ويعود العزم للعملاستمراردورانالملفمروره
•دور القوة الدافعة الكهربية المستحثة العكسية (Back EMF)القوةالدافعةالكهربيةالمستحثة
•
  • أثناء دوران ملف المحرك يقطع خطوط الفيض
  • فيتولد فيه بالحث قوة دافعة كهربية مستحثة عكسية تعاكس جهد المصدر: I = (V_B – emf_back) / R
أثناءدورانالمحركيقطع
أهميتها القصوى
  • تعمل على انتظام سرعة دوران ملف المحرك
  • فعند زيادة السرعة تزداد emf_back فيقل التيار وتقل القوة وتتباطأ السرعة
  • وعند تباطؤ الدوران تقل emf_back فيزداد التيار وتزداد السرعة لتعود للقيمة المنتظمة
تعملانتظامسرعةدوران
الدرس الرابع: المحول الكهربي والمحرك الكهربي (الموتور) · 10 / 10