المحوّلة ونقل الطاقة

في نشاط الكتاب، الصفحة 155، وشيعةٌ من $N_p=\mathrm{3<!--\; -->0<!--\; -->0}$ لفّة موصولةٌ بمنبع تيّارٍ متناوب، ووشيعةٌ من $N_s=\mathrm{6<!--\; -->0<!--\; -->0}$ لفّة، ملفوفتان حول نواةٍ مغلقة من الحديد اللين. حين نطبّق على الأولى $\mathrm{1<!--\; -->0}\mathrm{V}$ و$\mathrm{2<!--\; -->0}\mathrm{V}$ و$\mathrm{4<!--\; -->0}\mathrm{V}$ نقرأ على الثانية $\mathrm{2<!--\; -->0}\mathrm{V}$ و$\mathrm{4<!--\; -->0}\mathrm{V}$ و$\mathrm{8<!--\; -->0}\mathrm{V}$، وشدّة الأولى ضعف شدّة الثانية. وحين نبدّل بين الوشيعتين ينقلب الأمر.

تذكّر: «نسمّي دارةَ الوشيعةِ التي تتلقّى التيّارَ المُتناوِبَ بالوشيعةِ الأوّليّة» ونرمز لعدد لفّاتها $N_p$، و«نسمّي دارةَ الوشيعةِ التي نتلقّى منها التيّارَ المُتناوِبَ (التي تطبّقُ عليها الحمولة) بالثّانويّة» ونرمز لعدد لفّاتها $N_s$. الكتاب، الصفحة 155. ونكتب للقيم المنتجة فيهما $U_p$ و$I_p$ و$U_s$ و$I_s$.

«تُسمّى النّسبةُ ${\displaystyle \frac{N_s}{N_p}}$ نسبةَ التّحويلِ ويُرمزُ لها بالرّمز $\mu$» الكتاب، الصفحة 155. وفي المحوّلة المثاليّة، بإهمال الاستطاعات الضائعة:

«تكونُ المُحوِّلةُ رافعةً للتّوتُّر خافضةً للشِّدّة إذا كانت $\mu >1$»، و«خافضةً للتّوتُّر رافعةً للشِّدّة إذا كانت $\mu <1$». الكتاب، الصفحة 156. والوشيعة ذات عدد اللفّات الأقلّ تُصنع من سلكٍ مقطعه أكبر، لأنّ شدّتها أكبر.

انتبه: 🚨 التوتّر يُضرب في $\mu$، والشدّة تُقسم عليه: $U_s=\mu U_p$ لكنّ $I_s={\displaystyle \frac{I_p}{\mu }}$. وهذا الرمز $\mu$ غير عامل النفاذيّة المغناطيسيّ $\mu ={\displaystyle \frac{B_t}{B}}$ في الدرس الأوّل من الوحدة: الرمز واحد والمقداران مختلفان.

عند تطبيق توتّرٍ متناوبٍ جيبيّ بين طرفي الدارة الأوّليّة يمرّ فيها تيّارٌ متناوب، فيتولّد داخلها حقلٌ مغناطيسيٌّ متناوب. تمرّر النواة الحديديّة تدفّقه كاملاً تقريباً إلى الدارة الثانويّة، فتتولّد فيها قوّةٌ محرّكةٌ كهربائيّة تساوي التوتّر بين طرفيها بإهمال مقاومة الأسلاك، ويمرّ فيها تيّارٌ متناوب له تواتر تيّار الأوّليّة. الكتاب، الصفحة 156.

تذكّر: «المُحوِّلةُ جهازٌ كهربائيٌّ يعتمدُ على حادثةِ التّحريضِ الكهرطيسيّ، يعملُ على تغييرِ التّوتُّرِ المُنتِجِ، والشِّدّةِ المُنتِجةِ للتيّارِ المُتناوِب، دونَ أن يغيّرَ تقريباً منَ الاستطاعةِ المنقولة، أو من تواتُرِ التيّار، أو شكلِ اهتزازِ التيّار.» الكتاب، الصفحة 156.

و«لا تعملُ المُحوِّلاتُ الكهربائيّةُ عندَ تطبيقِ توتُّرٍ كهربائيٍّ مُتواصِلٍ بينَ طرفَي دارتِها الأوّليّة»: التيّار المتواصل يولّد حقلاً ثابتاً، فلا يتغيّر التدفّق في الثانويّة، ولا تحريض. الكتاب، الصفحة 156.

تصنَّف الاستطاعة الضائعة في المحوّلة، كما في الكتاب، الصفحة 156، إلى استطاعةٍ ضائعةٍ حراريّاً بفعل جول في الدارتين، مجموعها $P_E=R_p{I}_p^2+R_s{I}_s^2$، واستطاعةٍ ضائعةٍ مغناطيسيّاً $P_M$ نتيجة هروب جزءٍ من خطوط الحقل المغناطيسيّ خارج النواة الحديديّة.

تذكّر: إثراء، الكتاب، الصفحة 157: يسخن شاحن الهاتف بسبب ضياع جزءٍ من الطاقة حراريّاً بفعل جول، وبسبب تيّارات فوكو التحريضيّة في النواة. لذلك تُصنع «أسلاكُ الوشيعةِ من النّحاسِ ذي المُقاوَمةِ النّوعيّةِ الصّغيرة»، و«النّواةُ الحديديّةُ من شرائحَ رقيقةٍ من الحديدِ اللّينِ معزولةٍ عن بعضِها البعض لتقليلِ أثرِ التيّاراتِ التّحريضيّة».

وللمحوّلات الخافضة للتوتّر استخداماتٌ عديدة، الكتاب، الصفحة 158: شحن بعض الأجهزة الكهربائيّة، وألعاب الأطفال التي يُخفض فيها التوتّر للأمان من $\mathrm{2<!--\; -->2<!--\; -->0}\mathrm{V}$ إلى $\mathrm{1<!--\; -->2}\mathrm{V}$ أو أقلّ، وعمليّات اللحام الكهربائيّ التي تحتاج تيّاراً من رتبة مئات الأمبيرات، وأفران الصهر.