3.6. الوشائع العملية

0026

0027

0028

0029

  • الوشائع العملية

للوشائع الحقيقية عدة أشكال، تتعلق بذاتيتها وطبيعة التطبيق المستخدمة له. (قمنا بعرض بعض الأمثلة في الشكل 3.15.) فعلى سبيل المثال، وشيعة ذاتيتها 1 ميكرو هنري تتكون من 25 لفة من سلك بمواصفات قياسية (وليكن ذو الرقم 28) ملفوف على نواة من أوكسيد الحديد لها شكل حلقي (مثل حلقة الـ Doughnut) بقطر خارجي مقداره 0.5 سم.

وفي مثال آخر، قد تكون لدينا وشيعة ذاتيتها 5 هنري مؤلفة من بضعة مئات من اللفات التي تتم باستخدام سلك ذو الرقم 18 ولفه حول نواة حديدة كتلتها 1 كغ.

            عادة تكون الأشكال المعدنية المصنوعة من الحديد، نسميها أيضا بالأنوية، مصنوعة من شرائح رقيقة يطلق عليها اسم الصفائح. {انظر الشكل 3.15 (c) من أجل مثال عن ذلك.} وهذا الأمر مهم للغاية، لأن الكمونات تتحرض داخل النواة بفعل تغير الحقل المغناطيسي. تؤدي هذه الكمونات إلى ظهور تيارات إيدي “Eddy Currents” (أو التيارات الإعصارية) في النواة، مما يسبب ضياعا في الطاقة. عادة ما يكون هذا الضياع في النواة غير مرغوب به. إن استخدام الصفائح المعزولة عن بعضها يساعد في التقليل من الضياع الناتج عن تيارات إيدي.

            توجد طريقة أخرى للتخلص من هذه التيارات المرفوضة، ويتم ذلك عن طريق استخدام نواة مصنوعة من مادة الـ ferrite والتي هي مادة من أوكسيد الحديد تعتبر عازلا للتيار الكهربائي. أيضا، في طريقة أخرى، قد يتم جمع برادة الحديد بمادة لاصقة وعازلة.

التأثيرات الطفيلية

تتصف الوشائع الحقيقية بوجود تأثيرات طفيلية بالإضافة إلى الذاتية المطلوبة. يبين الشكل 3.22 نموذجا لدارة الوشيعة الحقيقية. تظهر الممانعة التسلسلية  بسبب ممانعة مادة السلك الذي تتشكل منه الوشيعة. (يمكن التخلص من هذا الأثر الطفيلي باستخدام مواد عالية الناقلية، والتي تتميز بممانعة صفرية.) تظهر المكثفة التفرعية بسبب وجود حقل كهربائي في العازل المحيط بالسلك والذي يتوضع في النهاية بين كل لفتين من الوشيعة، وتسمى بـ السعة البينية للملف Interwinding Capacitance. تمثل الممانعة التفرعية  الضياعات في النواة، والتي تظهر لعدة أسباب، منها تيارات إيدي في النواة.

الشكل 3.22 نموذج دارة للوشيعة الحقيقية، يظهر عليه بعض تأثيراتها الطفيلية.

مثال تطبيقي   3,1

ضوء الصورة الالكترونية

يبين شكل المثال التطبيقي 3.1 الدارة الكهربائية الخاصة بضوء الصورة الالكترونية، مثل ذلك الضوء الذي ربما قد رأيته سابقا على الكاميرا. مهمة هذه القطعة هي إصدار ومضة باهرة من الضوء عن طريق تمرير تيار عالي في الأنبوب الضوئي عندما يكون غطاء عدسة الكاميرا مفتوحا. يتم إيصال حوالي 1000 واط من الطاقة إلى الأنبوب الضوئي ولمدة لا تتجاوز الميللي ثانية. على الرغم من أن الاستطاعة المرسلة للأنبوب كبيرة بعض الشيء، إلّا أن الطاقة الواصلة لا تكون كبيرة بسبب قصر الفاصل الزمني. (تكون الطاقة من رتبة الـ جول.)

شكل المثال التطبيقي 3.1.

            لا يمكن إيصال الاستطاعة بشكل مباشر من البطارية إلى الأنبوب الضوئي لعدة أسباب. أولا، تقدم البطاريات العادية عدة عشرات من الفولتات في أقصى الحالات، بينما يحتاج الأنبوب الضوئي إلى مئات الفولتات لكي يعمل. ثانيا، عند تطبيق مبدأ الاستطاعة الأعظمية المنقولة، نجد أن أكبر استطاعة يمكن استجرارها من البطارية تكون محدودة بـ 1 واط، وذلك بسبب مقاومة ثيفينين الداخلية. (انظر العلاقة 2.67 والنقاش المتعلق بها.) وذلك لا يمكن أن يكون كافيا بالمرة لتشغيل الأنبوب الضوئي. عوضا عن ذلك، تقوم البطارية بتقديم الاستطاعة خلال زمن يبلغ بضعة ثوان ليتم تخزينها في مكثفة. يمكن استخراج تلك الطاقة المخزنة بسرعة كبيرة من المكثفة لأن قيمة المقاومة الطفيلية التسلسلية صغيرة للغاية.

            يغير المفتاح الالكتروني حالته بين الفتح والإغلاق حوالي 10,000 (عشرة آلاف) مرة كل ثانية. (في بعض الدارات يمكن سماع صوت ذو حدة عالية، يكون ناتجا عن التحويل العابر لبعض الطاقة إلى الشكل الصوتي.) عندما يكون المفتاح الالكتروني مغلقا، تسبب البطارية تزايدا في تيار الوشيعة، وعندما يفتح المفتاح، تقم الوشيعة بإجبار التيار على المرور من خلال الديود، بحيث تشحن المكثفة. (تذكر أن التيار المار عبر الوشيعة لا يمكن أن يتغير لحظيا.) لا يمكن للتيار أن يمر عبر الديود إلا في اتجاه السهم. ولذلك فسيسمح الديود للشحنة بالمرور إلى المكثفة عندما يفتح المفتاح الالكتروني ويمنعها من الاتجاه خارج المكثفة عندما يكون المفتاح الالكتروني مغلقا. لهذا السبب، ستزداد الشحنة المخزنة في المكثفة مع كل مرة يفتح فيها المفتاح الالكتروني. وفي النهاية، سيصل فرق الجهد على طرفي المكثفة إلى بضعة مئات من الفولت. وعندما تفتح عدسة الكاميرا غطاءها (أثناء التقاط الصورة)، يتم إغلاق القاطع الموجود بعد المكثفة، مما يسمح للمكثفة بتفريغ شحنتها عبر الأنبوب الضوئي.

            لدى أحد أصدقاء المؤلف منزل بعيد على الشاطئ الشمالي لبحيرة Lake Superior حيث يتم تغذيتها بالماء عن طريق نظام فريد من نوعه (موضح في شكل المثال التطبيقي 3.2) مبدأ عمله شبيه بمبدأ عمل الأنبوب الضوئي الالكتروني. يمر الماء عبر أنبوب كبير مغمور في النهر. يتم فتح صمام في قعر الأنبوب من حين لآخر ثم يتم إغلاقه فجأة ليتسبب بإيقاف مرور الماء. تتولد موجة من الضغط الكبير عند إغلاق الصمام بسبب عطالة الماء المار. يؤدي هذا الضغط إلى تمرير الماء عبر صمام ذو كرة بجهة وحيدة، إلى خزان. يقوم الماء بضغط الهواء في الخزان مما يجعل الهواء يعاود ضغط الماء، لكن إلى المنزل هذه المرة (بسبب وجود صمام الجهة الوحيدة)، وبذلك يمكن استخدام الماء في المنزل حسب الطلب.

            هل تستطيع التعرف على الميزات الموجودة في شكل المثال التطبيقي 3.2 وتطابقها مع شبيهاتها من عناصر الدارة في شكل المثال التطبيقي 3.1؟

شكل المثال التطبيقي 3.2.

            في الحقيقة، دارة الوشيعة الحقيقية المبينة في الشكل 3.22 هي مجرد تقريب. حيث يتم توزيع الممانعة التسلسلية على طول السلك، كما هو الأمر بالنسبة للسعة البينية للملف. يمكن الحصول على تمثيل أكثر دقة للوشيعة عن طريق تقسيم كل واحد من العناصر الطفيلية إلى عدة أجزاء أخرى (قد يكون عددا لا نهائيا). كحل نهائي، يمكن ترك طريقة التمثيل واستخدام نظرية الحقل بشكل مباشر.

            من النادر استخدام هذه الدرجة من الدقة. عادة يكون كافيا تمثيل الوشيعة الحقيقية بذاتية وبعض العناصر الطفيلية مما يعطي الدقة المطلوبة. بدون شك، تسمح برامج تحليل الدارات باستخدام الحاسب بتمثيل أشكال أكثر تعقيدا وتعطي نتائج أكثر قربا للحقيقة من طرق التحليل الرياضي التقليدية.

Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار وردبرس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d مدونون معجبون بهذه: