عندما تزود محطات الطاقة الطاقة للمباني والأسر ، فإنها ترسلها عبر مسافات طويلة في شكل تيار مباشر (DC). لكن الأجهزة المنزلية والإلكترونيات تعتمد بشكل عام على التيار المتردد (AC).
يمكن أن يوضح لك التحويل بين الشكلين كيف تختلف مقاومات أشكال الكهرباء عن بعضها البعض وكيف يتم استخدامها في التطبيقات العملية. يمكنك التوصل إلى معادلات التيار المستمر والتيار المتردد لوصف الاختلافات في مقاومة التيار المتردد والتيار المتردد.
بينما تتدفق طاقة التيار المستمر في اتجاه واحد في دائرة كهربائية ، فإن التيار من مصادر طاقة التيار المتردد يتناوب بين الاتجاهين الأمامي والخلفي على فترات منتظمة. يصف هذا التعديل كيف يتغير التيار المتردد ويأخذ شكل موجة جيبية.
يعني هذا الاختلاف أيضًا أنه يمكنك وصف طاقة التيار المتردد بأبعاد زمنية يمكنك القيام بها تحويل إلى بعد مكاني لتظهر لك كيف يتغير الجهد عبر مناطق مختلفة من الدائرة نفسها. باستخدام عناصر الدائرة الأساسية مع مصدر طاقة تيار متردد ، يمكنك وصف المقاومة رياضيًا.
DC مقابل. مقاومة التيار المتردد
بالنسبة لدارات التيار المتردد ، تعامل مع مصدر الطاقة باستخدام الموجة الجيبية جنبًا إلى جنبقانون أوم,
V = IR
للجهدالخامس، تيارأناوالمقاومةر، لكن استخدممعاوقة ضبدلا منتم العثور على R.
يمكنك تحديد مقاومة دائرة التيار المتردد بنفس الطريقة التي تحددها لدائرة التيار المستمر: عن طريق قسمة الجهد على التيار. في حالة دائرة التيار المتردد ، تسمى المقاومة بالمقاومة ويمكن أن تتخذ أشكالًا أخرى لعناصر الدائرة المختلفة مثل المقاومة الاستقرائية والمقاومة السعوية ، وقياس مقاومة المحاثات والمكثفات ، على التوالي. تنتج المحاثات مجالات مغناطيسية لتخزين الطاقة استجابة للتيار بينما تخزن المكثفات الشحنة في الدوائر.
يمكنك تمثيل التيار الكهربائي عبر مقاومة التيار المتردد
I = I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}
لأقصى قيمة للتيارانا، كفرق المرحلةθ، التردد الزاوي للدائرةωو الوقتر. فرق الطور هو قياس زاوية الموجة الجيبية نفسها التي توضح كيف أن التيار خارج الطور مع الجهد. إذا كان التيار والجهد في الطور مع بعضهما البعض ، فإن زاوية الطور ستكون 0 درجة.
تكررهي دالة على عدد الموجات الجيبية التي مرت على نقطة واحدة بعد ثانية واحدة. التردد الزاوي هو هذا التردد مضروبًا في 2π لحساب الطبيعة الشعاعية لمصدر القدرة. اضرب هذه المعادلة للتيار بالمقاومة للحصول على الجهد. يأخذ الجهد شكلًا مشابهًا
V = V_m \ sin {(\ omega t)}
للجهد الأقصى V. هذا يعني أنه يمكنك حساب مقاومة التيار المتردد نتيجة قسمة الجهد على التيار ، والذي يجب أن يكون
\ frac {V_m \ sin {(\ omega t)}} {I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}}
تستخدم معاوقة التيار المتردد مع عناصر الدائرة الأخرى مثل المحاثات والمكثفات المعادلات
Z = \ sqrt {R ^ 2 + X_L ^ 2} \\ Z = \ sqrt {R ^ 2 + X_C ^ 2} \\ Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L-X_C) ^ 2}
للمقاومة الاستقرائيةXإل، مقاومة بالسعةXج للعثور على مقاومة التيار المتردد Z. يتيح لك هذا قياس الممانعة عبر المحاثات والمكثفات في دوائر التيار المتردد. يمكنك أيضًا استخدام المعادلاتXإل = 2πfLوXج = 1/2 درجة مئويةلمقارنة قيم المقاومة هذه بالحثإلوالسعةجللتحريض في Henries والسعة في Farads.
DC مقابل. معادلات دائرة التيار المتردد
على الرغم من أن معادلات دوائر التيار المتردد والتيار المستمر تتخذ أشكالًا مختلفة ، إلا أن كلاهما يعتمد على نفس المبادئ. DC مقابل. يمكن أن يوضح البرنامج التعليمي لدارات التيار المتردد هذا. دوائر التيار المستمر لها تردد صفري ، لأنه إذا كنت ستلاحظ مصدر الطاقة لدائرة تيار مستمر لا تظهر أي نوع من أشكال الموجة أو الزاوية التي يمكنك عندها قياس عدد الموجات التي تمر في نقطة معينة. تُظهر دوائر التيار المتردد هذه الموجات بقمم وقيعان وسعات تتيح لك استخدام التردد لوصفها.
DC مقابل. قد تظهر مقارنة معادلات الدائرة تعبيرات مختلفة للجهد والتيار والمقاومة ، لكن النظريات الأساسية التي تحكم هذه المعادلات هي نفسها. الاختلافات في DC مقابل. تأتي معادلات دارة التيار المتردد من طبيعة عناصر الدائرة نفسها.
أنت تستخدم قانون أومV = IRفي كلتا الحالتين ، تقوم بتلخيص التيار والجهد والمقاومة عبر أنواع مختلفة من الدوائر بنفس الطريقة لكل من دوائر التيار المستمر والتيار المتردد. هذا يعني تلخيص انخفاض الجهد حول حلقة مغلقة على أنه يساوي صفرًا ، وحساب التيار يدخل كل عقدة أو نقطة في دائرة كهربائية مساوية للتيار الذي يترك ، ولكن بالنسبة لدارات التيار المتردد ، فإنك تستخدم ثلاثة أبعاد.
DC مقابل. دروس دوائر التيار المتردد
إذا كانت لديك دائرة RLC متوازية ، أي دائرة تيار متردد بها مقاوم ومحث (L) ومكثف مرتبة بالتوازي مع بعضها البعض وفي بالتوازي مع مصدر الطاقة ، يمكنك حساب التيار والجهد والمقاومة (أو ، في هذه الحالة ، المقاومة) بنفس الطريقة التي تحسب بها التيار المستمر دائرة كهربائية.
يجب أن يساوي إجمالي التيار من مصدر الطاقةالمتجهمجموع التيار المتدفق عبر كل من الفروع الثلاثة. يعني مجموع المتجه تربيع قيمة كل تيار وجمعها للحصول عليها
I_S ^ 2 = I_R ^ 2 + (I_L-I_C) ^ 2
لتوريد التيارأناس، المقاوم الحاليأنار، مغو الحاليأناإلوالمكثف الحاليأناج. هذا يتناقض مع إصدار دائرة التيار المستمر للوضع الذي سيكون
I_S = I_R + I_L + I_C
نظرًا لأن انخفاض الجهد عبر الفروع يظل ثابتًا في الدوائر المتوازية ، يمكننا حساب الفولتية عبر كل فرع في دائرة RLC الموازيةR = V / Iر, Xإل = V / أناإلوXج = V / أناج. هذا يعني أنه يمكنك تلخيص هذه القيم باستخدام إحدى المعادلات الأصليةZ = √ (R2 + (Xإل- Xج)2لتأخذ، لتمتلك
\ frac {1} {Z} = \ sqrt {\ bigg (\ frac {1} {R} \ bigg) ^ 2 + \ bigg (\ frac {1} {X_L} - \ frac {1} {X_C} \ بيك) ^ 2}
هذه القيمة1 / ضويسمى أيضًا السماح بدائرة التيار المتردد. في المقابل ، ينخفض الجهد عبر الفروع للدائرة المقابلة بمصدر طاقة DC سيكون مساوياً لمصدر الجهد لمصدر الطاقةالخامس.
بالنسبة لدائرة RLC المتسلسلة ، دائرة التيار المتردد مع المقاوم ، ومحث ومكثف مرتبة في سلسلة ، يمكنك استخدام نفس الأساليب. يمكنك حساب الجهد والتيار والمقاومة باستخدام نفس مبادئ ضبط دخول التيار و ترك العقد والنقاط متساوية مع بعضها البعض أثناء تلخيص انخفاض الجهد عبر الحلقات المغلقة على قدم المساواة صفر.
سيكون التيار عبر الدائرة متساويًا عبر جميع العناصر ويعطى بواسطة التيار لمصدر التيار المترددأنا = أنام س الخطيئة (ωt). من ناحية أخرى ، يمكن تلخيص الجهد حول الحلقة كـالخامسس - الخامسر - الخامسإل - الخامسج= 0 من أجلالخامسرلجهد الإمدادالخامسسالجهد المقاومالخامسر، الجهد مغوالخامسإلوالجهد مكثفالخامسج.
بالنسبة لدائرة التيار المستمر المقابلة ، سيكون التيار ببساطةV / Rكما هو منصوص عليه في قانون أوم ، والجهد سيكون أيضًاالخامسس - الخامسر - الخامسإل - الخامسج= 0 لكل مكون في السلسلة. الفرق بين سيناريوهات التيار المستمر والتيار المتردد هو أنه بينما بالنسبة للتيار المستمر ، يمكنك قياس جهد المقاوم كـIR، مغو الجهد مثلLdI / ديناروالجهد مكثفمراقبة الجودة(للشحنجوالسعةس)، ستكون الفولتية لدائرة التيار المترددالخامسر = IR ، VL = IXإلالخطيئة (ωt + 90°)وVC = التاسعجالخطيئة (ωt - 90°).يوضح هذا كيف أن دوائر AC RLC لها مغو قبل مصدر الجهد بمقدار 90 درجة ومكثف خلفها بمقدار 90 درجة.