محاضرة التيار المباشر والمتناوب جامعة موسكو الحكومية لفنون الطباعة

10.12.2023

مجرد حالة صافي الرموز الترويجية مقابل المال

تحميل برنامج كاسبيرسكي المضاد للفيروسات مجانا - كاسبيرسكي مجانا

عند تنشيط جهاز iPhone، تظهر رسالة أن بطاقة SIM غير صالحة.

ما هو VDS؟ VPS - ما هو؟ تصنيف أفضل خوادم VPS للفوركس. خوادم VPS المجانية اختيار استضافة vps

§ 8 - 1 توليد التيار المتردد .

التيار المتردد هو تيار يتغير اتجاهه بشكل دوري مع مرور الوقت. الجهاز الرئيسي الذي يستخدم للحصول على التغييرات هو

حيث a هي الزاوية بين اتجاه المجال المغناطيسي B والعمودي لمنطقة الإطار S. ويتم تحديد اتجاه التيار في الإطار في لحظة زمنية محددة بواسطة قاعدة اليد اليمنى. من السهل أن نرى أن اتجاه التيارات في الموصلات العلوية والسفلية متعارض مع بعضها البعض. يتم توصيل نهايات الإطار بالحلقات، والتي بدورها متصلة بأطراف إخراج المولد باستخدام جهات الاتصال المنزلقة. في المولدات القوية، يحتوي الإطار على عدة عشرات أو مئات المنعطفات، وتصل التيارات فيه إلى قيم كبيرة، لذلك يصبح الإطار نفسه بلا حراك لتجنب فرك جهات الاتصال، ويدور النظام المغناطيسي حول الإطار. يعد تردد الدوران معيارًا وطنيًا: في الولايات المتحدة الأمريكية يبلغ 60 هرتز، وفي روسيا 50 هرتز.

§ 8 –2 التيارات شبه الثابتة.

شبه ثابتةيسمى التيار المتردد، والذي في أي وقت يكون قانون أوم، الذي تمت صياغته مسبقًا للتيار المباشر، صالحًا. هذا يعني أنه في الدوائر غير المتفرعة، يكون التيار المتدفق عبر أي عنصر من عناصر الدائرة في لحظة زمنية معينة هو نفسه بالنسبة لجميع العناصر. تصبح التيارات غير شبه ثابتة عندما يصل تردد التذبذب إلى قيم عالية جدًا - بحيث يصبح الطول الموجي المقابل l = cT، حيث c هي سرعة الضوء وT هي فترة التذبذب، قابلاً للمقارنة مع الأبعاد الهندسية للدائرة . على سبيل المثال، بالنسبة لتيار صناعي قدره 50 هرتز، يكون الطول الموجي 6000 كيلومتر.

تبين في الفصل الدراسي الماضي أنه عند الطول الموجي تختلف سعات الاهتزازات عند نقاط مختلفة في الفضاء، وتتغير من الحد الأقصى إلى الصفر وتعود كل لتر/4. ولذلك فإن القيم اللحظية للعين ستكون هي نفسها عند l>> ل، أين ل- طول السلسلة.

بافتراض استيفاء شرط شبه الاستقرار. ثم

حيث = U C هو الجهد الكهربي على المكثف، وإجمالي EMF هو مجموع EMF للمصدر الحالي وEMF EMF ذاتي الحث:

ه ك = E L + E (ر)، E L = - .

عادة ما تسمى القيمة انخفاض الجهد عبر الحث ويشار إليها بـ U L، أي. U L = , المنتج IR =U R – انخفاض الجهد عبر المقاومة. وبأخذ ذلك في الاعتبار، يمكن تحويل المعادلة (XX):

U R + U L + U C = E (ر). (XXX)

تذكر ذلك واستبدال الكميات U C و U L ، نحصل عليها

ه(ر). (¨¨¨)

لنفترض أن التيار في دائرتنا يتغير وفقًا للقانون الجيبي: I = I 0 sinwt.

ثم U R = I 0 R sinwt , U L = wLI 0 coswt = wLI 0 sin(wt -p/2),

يجب أن تكون هذه العلاقات صالحة في أي وقت، وبالتالي فهي صالحة أيضًا لقيم السعة، أي.
.

وبمعاملة هذه التساويات كقانون أوم لقسم من الدائرة، يمكن ملاحظة أن القيم Z L = wL و Z C = متشابهة في القيمة مع المقاومة R. باستخدام هذا

في التفسير، يمكن للمرء أن يرى أن المعادلة (¨¨¨) تأخذ معنى مثلثيًا: يتضح أن الفولتية عبر السعة والتحريض تتحول إلى طور بمقدار ±p/2 بالنسبة إلى الجهد عبر المقاومة R. وهنا يكون الأمر أكثر من السهل استخدام التمثيل المتجه للتذبذبات، والذي تمت مناقشته في الفصل الدراسي الماضي. يمكن تمثيل أي تذبذب توافقي y(t) = Asin(wt + j) في شكل متجه: يتم تحديد طول المتجه من خلال سعة التذبذبات A، وتحدد المرحلة الأولية زاوية انحراف المتجه عن الاتجاه الأفقي المحور، وw هو التردد الذي يدور به المتجه حول إحداثيات الأصل في هذا التمثيل، يتم تصوير الجهد عبر المقاومة R على أنه أفقي

أو، معبراً عن U R و U L و U C بدلالة منتج التيار والمقاومات المقابلة،

وبأخذ الجذر التربيعي لطرفي المساواة الأخيرة نحصل على:

عند استخلاص هذا التعبير، تم أخذ في الاعتبار أنه بالنسبة لدائرة تسلسلية I R = I L = I C =I. التعبير الناتج مشابه في بنيته لقانون أوم لدائرة التيار المباشر. لهذا السبب يطلق عليه قانون أوم للتيار المتردد. من المهم ملاحظة أن هناك تحولًا في الطور بين التيار والجهد، ويتم تحديد حجمه من الشكل 30:

§ 8 - 4 طاقة تيار متردد.

سيتم تحديد قيمة القدرة اللحظية W عن طريق القياس مع قانون Joule-Lenz للتيار المباشر: W =IU = I 0 U 0 sinwt sin(wt +j). ومع ذلك، من الناحية العملية، من المفيد حساب متوسط الطاقة لكل وحدة زمنية. دعونا نحدد القيمة المتوسطة خلال فترة تذبذب واحد لأي متغير y(t) كمتوسط متكامل خلال الفترة: . ثم =

التكاملات في الأخير تعبيركلها تساوي الصفر، لأن القيمة المتوسطة لفترة من أي قيمة دورية هي صفر، لذلك، حيث U eff = ; I eff = - ما يسمى بالقيم الفعالة للجهد والتيار.

تختلف صيغة القدرة للتيار المتردد عن الصيغة المماثلة للتيار المباشر فقط بمعامل cosj، والذي يسمى عادة بعامل القدرة. تعتبر زيادة هذا المعامل مهمة عملية مهمة. حيث يصل إزاحة الطور بين التيار والجهد إلى 90 0، فإن متوسط القدرة يساوي الصفر.

المحاضرة 9 الدائرة التذبذبية.. § 9 –1 الذبذبات المخمده في الدائرة التذبذبية.

خذ بعين الاعتبار دائرة تسلسلية تحتوي على ملف حث L، وسعة C، ومقاومة R، ومفتاح. لنفترض أن السعة في اللحظة الأولى من الزمن تحمل بعض الشحن. إذا أغلقت الدائرة، يحدث تيار كهربائي في الدائرة. يؤدي وجود مغو إلى ظهور emf ذاتي الحث، والذي يمنع من خلال عمله زيادة تيار تفريغ المكثف. في اللحظة التي يصبح فيها الجهد عبر المكثف صفراً، يصل التيار عبر الحث إلى الحد الأقصى. بعد ذلك، يميل EMF الحث الذاتي إلى الحفاظ على هذا التيار، مما يؤدي إلى إعادة شحن المكثف إلى جهد معين من القطبية العكسية. تتكرر عملية إعادة شحن المكثف عدد معين من المرات حسب مقدار فقدان الطاقة في المقاومة. تتميز قدرة الدائرة على إعادة الشحن بجودة الدائرة أو عامل الجودة. يتم تحديد عامل جودة الدائرة Q بنسبة الطاقة المخزنة في المكثف أو المحث إلى كمية الطاقة المفقودة في المقاومة خلال الفترة:

للوصف الكمي للعمليات في دائرة تذبذبية متسلسلة، يتم استخدام المعادلة التي تم الحصول عليها سابقًا عند النظر في التيار المتردد:

مع الفارق أنه في حالتنا لا يوجد مجال EMF خارجي بحيث تأخذ المعادلة الشكل:

دعونا نقدم الترميز التالي: ; ب = ونأخذ في الاعتبار أنه بحكم التعريف I = فإن معادلتنا تأخذ الشكل المألوف من الدورة الفصل الماضي:

حيث المتغير هو تهمة ف. حل هذه المعادلة التفاضلية هو الدالة q(t) = q 0 e - b t cos(wt + j)، حيث يتم تحديد قيم q 0 و j بالشروط الأولية، و w 2 = مع الأخذ بعين الاعتبار حقيقة أنه في معظم الحالات ب<

كما يتبين من تعبير نصف العمر، يتم تحديد قيمة عامل الجودة فقط من خلال معلمات الدائرة L وC وR.

§ 9 –2 التذبذبات القسرية في الدائرة. صدى.

دعونا ندرج في دائرة الدائرة قيد النظر المتغير الخارجي EMF E = E 0 sin(wt+j).

وبتكرار إجراء الفصل الماضي سنجد حلاً بيانياً للمعادلة (++). سنبحث عن حل للمعادلة

في النموذج ف(ر) = ف 0 الخطيئة بالوزن. ثم

وبالتعويض بهذه الكميات في المعادلة الأصلية نحصل على:

يتضح من التعبير الناتج أن سعة الشحنة على المكثف تختلف اعتمادًا على تردد القوة الدافعة الكهربية الخارجية، وتصل إلى الحد الأقصى عندما يكون التعبير الجذري في حده الأدنى. ويتحقق ذلك عندما ; إذا ب<

يسمى تردد الرنين. في لحظة الرنين ف 0 = ، والجهد على المكثف

Q مرات أكبر من الجهد emf الخارجي. الاعتماد الرسومي للجهد على

ويترتب على هذه العلاقة أن Dw =b. ثم يمكن كتابة الجهد عبر المكثف على النحو التالي:

بمقارنة هذا التعبير بالصيغة (*)، يمكنك أن ترى أن Q = . الصيغة الأخيرة لها معنى عملي مهم. يسمح لك بحساب عامل الجودة من منحنى الرنين الذي تم الحصول عليه تجريبياً. للقيام بذلك، يكفي رسم خط مستقيم أفقي على المستوى q res حتى يتقاطع مع منحنى الرنين ويسقط نقاط التقاطع على محور التردد. سيحدد هذا الفاصل عرض النطاق الترددي.

تستخدم الدوائر التذبذبية على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون، وأجهزة الراديو، وأجهزة الإرسال، ومختلف أجهزة الراديو الانتقائية، وما إلى ذلك. سننظر بمزيد من التفصيل في إحدى الظواهر الجوية، والتي يمكن تمثيلها على أنها تفريغ مكثف في دائرة متأرجحة. هذه الظاهرة هي عاصفة رعدية، أو بشكل أكثر دقة ظهور البرق.

§ 9 –3 أبسط نظرية للعواصف الرعدية.

وينجم المطر، كما هو معروف، عن حقيقة أن التدفقات العمودية للهواء الرطب الساخن تحمل الرطوبة إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي، حيث يتكاثف بخار الماء في قطرات صغيرة. يتم حمل القطرات إلى أعلى بواسطة تيار الهواء، ويزداد حجمها تدريجيًا. حجم (وزن) القطرة ينمو بما يتناسب مع مكعب نصف قطرها، في حين أن قوة الرفع لتدفق الهواء تتناسب فقط مع مربع نصف قطر القطرة. ولذلك، تأتي لحظة يتوقف فيها الهبوط عن الارتفاع ويبدأ في الانخفاض. عند سقوطها تشكل القطرات تيارًا كاملاً يدفع الهواء البارد من طبقات الجو العليا أمامها. وعندما تصل القطرات إلى سطح الأرض، يتشكل المطر. يسبق هطول الأمطار زوبعة باردة. ويعتمد حدوث عاصفة رعدية على ما إذا كانت القطرات تحمل شحنة كهربائية أم لا. اقترح العالم الأمريكي ويليامز وصفًا لآلية نقل الشحنة. وفقا لفرضيته، يتم تحديد كل شيء من خلال هيكل الرعد. وقد أظهرت رحلات الطائرات داخل هذه السحب

الشكل 33. هيكل السحابة الرعدية.

أن الأجزاء المختلفة من السحابة تحمل شحنات مختلفة (انظر الشكل 33). الطبقة السفلية من السحابة، كقاعدة عامة، تحمل شحنة سالبة، ولكن في منتصف الطبقة توجد منطقة ذات شحنة موجبة. هذه المنطقة هي مثل قلب عاصفة رعدية. يؤدي المجال الكهربائي الموجود حوله إلى تأين الهواء المحيط، مما يؤدي إلى توليد شحنات موجبة وسالبة باستمرار، وتكون قطرات المطر التي تتحرك نحو الأرض مستقطبة. تحمل الأرض شحنة سالبة، فتظهر شحنة موجبة في أسفل القطرة. تظهر صورة مكبرة للهبوط على الجانب الأيمن من الشكل. عندما تتحرك القطرة إلى الأسفل، يكون الجزء السفلي منها موجبًا، وينجذب إلى السالب

الأيونات، في حين تتنافر الأيونات الموجبة. الجزء العلوي من القطرة له تأثير أقل على الأيونات، ونتيجة لذلك، تجذب القطرات النغمات السلبية وتكتسب شحنة سالبة. يتم نقل الشحنة الموجبة إلى الجزء العلوي من السحابة وتنتقل تدريجياً إلى طبقة الأيونوسفير. يؤدي تراكم الشحنات في أجزاء مختلفة من السحابة الرعدية إلى ظهور فرق جهد كبير يصل إلى 100 مليون فولت. يمكن أن يتشكل هذا الاختلاف المحتمل بين السحب المختلفة وبين السحابة وسطح الأرض. دعونا ننظر في الحالة الثانية. ومع تراكم الشحنات في الجزء السفلي من السحابة، يتشكل حقل كهربائي بالقرب من حافتها السفلية، مما يؤدي إلى تأين الهواء. يختلف المجال عند نقاط مختلفة، وبالتالي فإن درجة الاستقطاب ستكون مختلفة. عندما يتأين الهواء بالكامل، تتشكل حالة جديدة من المادة - البلازما. تبدأ البلازما في التوهج، ولتقليل فقدان الطاقة بسبب الإشعاع، تميل إلى تكوين شكل كروي. ظاهريًا، يبدو الأمر كما يلي: كتلة صغيرة مضيئة، تسمى القائد الأبيض، تسقط فجأة من السحابة وتندفع نحو الأرض. وتصل سرعتها إلى 50 ألف كيلومتر في الثانية. لكن القائد يتحرك بتوقف قد يحدث خلاله انقسامه. حركة القائد تجهز القناة للتصريف الرئيسي. إذا انقسم القائد، فمن الممكن تفرع التفريغ. عندما تبقى حوالي 100 متر من الأرض، ترتفع شحنة من سطح الأرض باتجاه القائد، وتميل إلى التحرك على طول الأجسام الحادة الطويلة. وعندما ينغلق القائد بهذه الشحنة، تتشكل قناة تصل من خلالها الشحنة السالبة إلى الأرض. وتتشكل شرارة عملاقة، ولكن مدة تفريغ هذه الشرارة تكون قصيرة. بعد جزء من الثانية، يظهر كتلة جديدة من السحابة - ما يسمى بالزعيم المظلم. يندفع نحو الأرض بسرعة عالية ودون توقف عبر قناة معدة. بعد ذلك يأتي التفريغ الرئيسي. تظهر الشرارة مرة أخرى. يمكن أن يتشكل القائد المظلم عدة مرات، مسبباً عدة ضربات صاعقة (الرقم القياسي هو 42 مرة).

تحمل كل ضربة برق ما يصل إلى 40 كولوم، ولكن لا يتم الاحتفاظ بالشحنة السالبة على الأرض. يوجد بين سطح الأرض والأيونوسفير فرق جهد يبلغ حوالي 400 كيلو فولت، لذلك يوجد تيار صاعد ثابت في الغلاف الجوي. كثافتها منخفضة - بضعة ميكروأمبيرات لكل متر مربع. متر (1 μA = 10–6 A)، لكن القيمة الحالية الإجمالية تصل إلى 1800 أمبير. وتتجاوز الطاقة المطورة في مثل هذه الدائرة 700 ميجاوات. العواصف الرعدية تعوض فقط عن تسرب الشحنة. تحدث حوالي 300 عاصفة رعدية على الأرض كل ثانية. ويبلغ متوسط \u200b\u200bتيار التفريغ فيها أيضًا 1800 أمبير، مما يضمن الشحن المستمر للأرض.

§ 9 –4 نظرية ماكسويل.

لنفترض ملفًا موصلًا موضوعًا في مجال مغناطيسي متغير. ل

ه = - ; ف = .

إذا لم يتغير شكل الملف، فيمكن إدراج علامة المشتق تحت علامة التكامل. ثم نحصل على:

حيث تعني المنحدرات المشتق الجزئي (من المفترض أن قيم B يمكن أن تعتمد على الوقت والإحداثيات).

وفقا لتعريفه، يميز EMF العمل الذي تقوم به القوى الخارجية على طول الدائرة المغلقة بأكملها (المنعطف)، أي. ه =، حيث هيمثل شدة القوى الخارجية التي تخلق تيارًا مستحثًا. الملف مغلق ومتجانس، لذا يجب أن تكون خطوط المجال الكهربائي مغلقة أيضاً، أي. المجال الكهربائي المتولد في الموصل هو دوامة. اقترح ماكسويل أن وجود موصل ليس ضروريا: خطوط المجال الكهربائي ستبقى مغلقة في الفضاء الحر. وعلى هذا استنتج ذلك يولد كل مجال مغناطيسي متغير بمرور الوقت مجالًا كهربائيًا دواميًا حول نفسه.. يُطلق على هذا الموقف اسم فرضية ماكسويل الأولى، ويُكتب الآن قانون فاراداي على النحو التالي:

بالإضافة إلى ذلك، هناك فرضية ثانية لنظرية ماكسويل، والتي تنبع من النظر في نظرية دوران المجال المغناطيسي. كما هو موضح، فإن دوران المجال المغناطيسي له الشكل التالي:

يظل حجم الحث المغناطيسي صالحًا للدائرة L نظرًا لحقيقة أنه يوجد أيضًا تيار "سحري" معين في الفراغ بين الألواح I، والتيار الإجمالي في الدائرة هو مجموع تيار التوصيل I السلك و هذا التيار "السحري" أي ه.
.

في الموصلات أقوم بالاسلاك = امتلأ، وفي المسافة بين اللوحات أقوم بإجمالي = أقوم بالتلويح. ومن السهل أن نرى أنه في ظل هذه الظروف فإن نظرية الدوران صالحة في كل مكان.

دعونا ننتقل إلى النظر في "التيار السحري" داخل لوحات المكثف. نحن نعلم أن التيار I سلك =dQ/dt. على المكثف Q = Ss (s هي كثافة الشحنات السطحية، وS هي مساحة ألواح المكثف). قوة المجال الكهربائي داخل المكثف تساوي E = s/e 0 أو D 0 = s، حيث D 0 = e 0 E هو ناقل الإزاحة الكهربائية. مع أخذ هذا في الاعتبار، نكتب

وفي الوقت نفسه، من الواضح أنني prov = أنا موجة، لذلك أطلق ماكسويل على التيار الأخير اسم تيار الإزاحة. الآن تأخذ نظرية الدوران شكلاً جديدًا، حيث يوجد تحت علامة المجموع تيار إجمالي I كامل:

بالنسبة للموصلات ذات المقطع العرضي العشوائي ولوحات المكثفات ذات الشكل العشوائي، يتم التعبير عن التيارات من خلال الجمع المقابل لكثافة التيار:

أنا المثل = ; أنا أعوض =،

لذا فإن نظرية التيار الإجمالي تأخذ الشكل التالي:

في حالة عدم وجود موصلات، يكون تيار التوصيل صفراً، والمعادلة (II) هي:

وهكذا يمكن صياغة الفرضية الثانية لنظرية ماكسويل على النحو التالي:

أي مجال كهربائي يتغير مع مرور الوقت يولد مجال دوامة مغناطيسية حول نفسه.

تسمى المعادلتان (I) و (II) بمعادلات ماكسويل. جنبا إلى جنب مع المعادلات

الشكل 36. لحساب التداولات للمتجهين E و B.

إنها تشكل ما يسمى بنظام معادلات ماكسويل، الذي يصف بشكل كامل خصائص المجالات الكهربائية والمغناطيسية. § 9-5 الموجات الكهرومغناطيسية. من معادلات ماكسويل يترتب على ذلك الاستنتاج حول وجود الموجات الكهرومغناطيسية. ولتوضيح ذلك، ضع في الاعتبار المعادلتين (I) و(III) المطبقتين على مجالات محددة. فليكن هناك نظام إحداثي معين X، Y، Z، كما هو مبين في الشكل. 36، وعند أصل الإحداثيات، بسبب بعض الأسباب الخارجية، يتم إنشاء مجالات كهربائية ومغناطيسية، تتميز بالمتجهات E و B، على التوالي. وتظهر اتجاهات هذه المتجهات في الشكل.

دعونا نختار مستطيلات صغيرة ذات جوانب dx و dy و dz (انظر الشكل) لنحسب عمليات التوزيع

المتجهان E و B على طول محيط المستطيلات. بالنسبة للحساب، نستخدم نفس التقنية التي تم من خلالها تحديد حجم ناقل الحث المغناطيسي على محور الملف اللولبي الطويل. نختار اتجاه اجتياز الخطوط في اتجاه عقارب الساعة، ونأخذ في الاعتبار أن قيم E و B قد تعتمد على x. على مسافة dx من الأصل، يأخذون القيم E + dE و B + dB، على التوالي. في ظل هذه الظروف

وبالمثل بالنسبة للمتجه B

يتم أخذ قيم (E+dE)dy وBdz بعلامة الطرح لأن الرياح الموجودة على الأجزاء المقابلة موجهة ضد مسار الدائرة المحدد. باستبدال قيم التداول المحسوبة في المعادلتين (I) و (III) نحصل على:

و أين

; ، حيث يكون للمشتق بالنسبة لـ x معنى المنتج الجزئي

الماء، لذلك الأصح استبدال الإشارة بعلامة المشتق الجزئي:

بتفاضل المعادلة الأولى بالنسبة إلى x، والثانية بالنسبة إلى t، ومقارنة النتائج المتحصل عليها نحصل على:

ومن المعروف من سياق الميكانيكا أن هذه المعادلة تنتمي إلى ما يسمى بالمعادلات الموجية، والتي يتوافق حلها مع موجة متنقلة. يتم تحديد سرعة انتشار الموجة من خلال المعامل الموجود أمام المشتق الثاني بالنسبة للزمن:

يمكن الحصول على معادلة مماثلة لمتجه الحث المغناطيسي B. من المعادلتين (I) و (III) يتبع أن المتجهات الكهربائية والمغناطيسية مرتبطة ببعضها البعض، من خلال

أمواج مستعرض،لأن . يتم توجيه المتجهات E وB على طول المحورين Y وZ، بينما تنتشر الموجة على طول المحور X.

أمواج مستقطب، لأن المجال المغناطيسي المتغير عمودي على المجال الكهربائي الناتج عنه.

يخلق هذا المجال الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا، يتطابق مستوى تذبذباته مع مستوى المجال المغناطيسي الأولي (انظر الشكل 37) بحيث يحافظ المجال المغناطيسي على اتجاهه في الفضاء. إذا كانت قيم E و B في أي مستوى متعامد مع اتجاه الانتشار لا تعتمد على الإحداثيات، فإن الموجة تسمى مستوى، ويمكن كتابتها على النحو التالي:

في هذا التعبير هو رقم الموجة، l = cT، w = 2p/T. غالبًا ما يتم استخدام صيغة الموجة الكهرومغناطيسية المستوية عند النظر في الظواهر البصرية. موجات الضوء هي موجات يتراوح طولها بين 0.4 إلى 0.7 ميكرون. تسمى الموجة التي يكون للاهتزازات فيها نفس التردد أحادية اللون (لون واحد). يحتوي الضوء الأبيض على سبعة ألوان أساسية على الأقل. لتبسيط الحسابات الرياضية، غالبًا ما نقتصر على النظر في الموجات أحادية اللون.

§ 12 - 1 توليد التيار المتردد .

§ 12 –2 التيارات شبه الثابتة.

بافتراض استيفاء شرط شبه الاستقرار. ثم

ه ك، (XX)

حيث = U C هو الجهد الكهربي على المكثف، وإجمالي EMF هو مجموع EMF للمصدر الحالي وEMF EMF ذاتي الحث:

ه ك = E L + E (ر)، E L = - .

U R + U L + U C = E (ر). (XXX)

تذكر ذلك واستبدال الكميات U C و U L ، نحصل عليها

ه(ر). (¨¨¨)

لنفترض أن التيار في دائرتنا يتغير وفقًا للقانون الجيبي: I = I 0 sinwt.

ثم U R = I 0 R sinwt , U L = wLI 0 coswt = wLI 0 sin(wt -p/2),

يجب أن تكون هذه العلاقات صالحة في أي وقت، وبالتالي فهي صالحة أيضًا لقيم السعة، أي.
.

أو، معبراً عن U R و U L و U C بدلالة منتج التيار والمقاومات المقابلة،

وبأخذ الجذر التربيعي لطرفي المساواة الأخيرة نحصل على:

. (·)

أو .

§ 12 – 4 تيار متردد.

دعونا نفكر بشكل منفصل في حالات توصيل مصدر تيار متردد خارجي بمقاوم ذو مقاومة ر، سعة المكثف جوالمحاثات ل. في جميع الحالات الثلاث، تكون الفولتية عبر المقاومة والمكثف والملف مساوية لجهد مصدر التيار المتردد.

1. المقاوم في دائرة التيار المتردد

تسمى المقاومة R نشطة لأن الدائرة ذات هذه المقاومة تمتص الطاقة.

المقاومة النشطة - جهاز يتم فيه تحويل طاقة التيار الكهربائي بشكل لا رجعة فيه إلى أنواع أخرى من الطاقة (الداخلية والميكانيكية)

دع الجهد في الدائرة يتغير حسب القانون: ش = أومكوس ωt ,

ثم تتغير القوة الحالية وفقًا للقانون: i = u/R = I R التكلفة

ش - قيمة الجهد اللحظي؛

ط – القيمة الحالية لحظية.

أنا ر- سعة التيار المتدفق عبر المقاومة.

يتم التعبير عن العلاقة بين سعة التيار والجهد عبر المقاوم بالعلاقة ري ر = يو آر

التقلبات الحالية في المرحلة مع تقلبات الجهد. (أي أن تحول الطور بين التيار والجهد عبر المقاومة هو صفر).

2. مكثف في دائرة التيار المتردد

عندما يتم توصيل مكثف بدائرة جهد تيار مستمر، يكون التيار صفرًا، وعندما يتم توصيل مكثف بدائرة جهد تيار متردد، فإن التيار ليس صفرًا. ولذلك، فإن المكثف الموجود في دائرة جهد التيار المتردد يخلق مقاومة أقل مما هو عليه في دائرة التيار المستمر.

أنا جوالجهد

يتقدم التيار على الجهد في الطور بزاوية π/2.

3. الملف في دائرة التيار المتردد

في الملف المتصل بدائرة جهد متناوب، تكون قوة التيار أقل من قوة التيار في دائرة جهد ثابت لنفس الملف. وبالتالي، فإن الملف الموجود في دائرة الجهد المتناوب يخلق مقاومة أكبر من تلك الموجودة في دائرة الجهد المباشر.

العلاقة بين السعات الحالية اناوالجهد يو إل:

ω لي ل = يو إل

يتأخر التيار في الطور عن الجهد بزاوية π/2.

يمكننا الآن إنشاء مخطط متجه لدائرة RLC المتسلسلة التي تحدث فيها التذبذبات القسرية عند التردد ω. نظرًا لأن التيار يتدفق عبر المقاطع المتصلة بالسلسلة من الدائرة هو نفسه، فمن الملائم إنشاء مخطط متجه بالنسبة إلى المتجه الذي يمثل التذبذبات الحالية في الدائرة. نحن نشير إلى السعة الحالية بواسطة أنا 0 . من المفترض أن تكون المرحلة الحالية صفراً. هذا مقبول تمامًا، نظرًا لأن قيم الطور المطلقة ليست هي التي لها أهمية فيزيائية، ولكن تحولات الطور النسبية.

تم إنشاء مخطط المتجه في الشكل للحالة عندما أو في هذه الحالة، يكون جهد المصدر الخارجي متقدمًا في طور التيار المتدفق في الدائرة بزاوية معينة φ.

مخطط متجه لدائرة RLC التسلسلية

ومن الشكل يتضح ذلك

من أين يتبع

من التعبير ل أنا 0 فمن الواضح أن السعة الحالية تأخذ قيمة قصوى في ظل الشرط

تسمى ظاهرة زيادة سعة تذبذبات التيار عندما يتزامن تردد ω لمصدر خارجي مع التردد الطبيعي ω 0 للدائرة الكهربائية الرنين الكهربائي . عند الرنين

يصبح تحول الطور φ بين الجهد المطبق والتيار في الدائرة صفراً عند الرنين. يسمى الرنين في دائرة RLC التسلسلية رنين الجهد. بطريقة مماثلة، باستخدام مخطط متجه، يمكنك دراسة ظاهرة الرنين عند توصيل العناصر بالتوازي ر, لو ج(ما يسمى الرنين الحالي).

عند الرنين المتسلسل (ω = ω 0) السعات يو سيو يو إلتزداد الفولتية على المكثف والملف بشكل حاد:

الشكل يوضح ظاهرة الرنين في دائرة كهربائية متتالية. يوضح الشكل بيانياً مدى اعتماد نسبة السعة يو سيالجهد على المكثف إلى السعة 0 لجهد المصدر من تردده ω. تسمى المنحنيات الموجودة في الشكل منحنيات الرنين.

لنفكر في دائرة كهربائية تتكون من مكثف متصل على التوالي بالسعة C، وملف ذو محاثة L، ومقاومة كهربائية R، ومفتاح K، الشكل 1. 56.

إذا كان المفتاح K مفتوحًا، فسيتم شحن المكثف إلى فرق جهد ملحوظ ">I، يتغير مع مرور الوقت I = I(t).

يجب أن تستوفي القيم اللحظية لقوة التيار المتردد جميع القوانين الموضوعة أعلاه لدوائر التيار المستمر. تسمى هذه التيارات المتناوبة شبه ثابتة.

دعونا نجد شكل اعتماد قوة التيار شبه الثابت على الزمن، بافتراض أن المقاومة الكهربائية للملف وأسلاك التوصيل والمفتاح تساوي الصفر.

وفقا لقانون أوم، لدينا قسم الدائرة 1LR 2

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/117-1.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "- على التوالي، القيم اللحظية للتيار في الدائرة، والفرق المحتمل، والمجموع الجبري للقوة الدافعة الكهربية المؤثرة على القسم.

في قسم الدائرة 1LR 2، يتم تطبيق القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية فقط، والتي تنشأ في الملف عندما يتدفق التيار المتردد فيه..gif" border="0" align="absmiddle" alt="

إذا كانت الشحنة على لوحات المكثف في الوقت الأولي t = 0 هي q، فإن قوة التيار المتناقص في الدائرة I:

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/117-5.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "

الفرق المحتمل بين لوحات المكثفات

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/117-7.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "

تشبه هذه المعادلة التفاضلية في شكلها المعادلة التفاضلية للتذبذبات الحرة المخمدة للبندولات الرياضية أو الفيزيائية

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/118.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "- التردد الطبيعي للتذبذبات غير المخمدة، العلامة ">m هي الحث L، التناظرية لمعامل المقاومة r هي مقاومة الدائرة R، التناظرية لمعامل مرونة الزنبرك k (أو معامل القوة شبه المرنة) هي مقلوب السعة ج.

حل المعادلة (13.4) له الصيغة التالية:

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/118-3.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "

وهكذا، عندما يتم إغلاق مكثف مشحون أمام دائرة تتكون من محاثة ومقاومة كهربائية متصلة على التوالي، فإن الشحنة الموجودة على ألواح المكثف تؤدي إلى اهتزازات مخمد. لذلك، هو مبين في الشكل. تم تسمية 56 سلسلة الدائرة التذبذبية.

فترة التذبذبات المخمدة في الدائرة التذبذبية تساوي

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/118-5.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "تتحول العلامة ">R إلى ما لا نهاية تدريجيًا، ثم سينخفض أيضًا تخميد التذبذبات فيها. في الحد عند R = 0، تصبح التذبذبات الكهرومغناطيسية الحرة غير مخمدة. فترة التذبذبات الحرة غير المخمدة هي

محددة بواسطة صيغة طومسون.

دعونا نفكر في العمليات العابرة في دائرة كهربائية مغلقة تتكون من مصدر تيار ومفتاح K وملف L مع عدد كبير من اللفات وجلفانومتر عند إغلاق المفتاح وفتحه (الشكل 57).

إذا قمت بفتح المفتاح K، فإن القوة الحالية i في المنعطفات، وبالتالي التدفق المغناطيسي F، الذي اخترق المنعطفات، ستنخفض..gif" border="0" align="absmiddle" alt=" (!اللغة المحلية:، مُسَمًّى تيارات خارجة عن الحث الذاتي.في هذه الحالة، يظهر في الدائرة فتح التيار الزائد I.وفقاً لقاعدة لينز، يتم دائماً توجيه التيارات الزائدة وذلك لمنع حدوث تغيرات في التيار في الدائرة i. في هذه الحالة، يقوم الجلفانومتر برمي الإبرة في الاتجاه المعاكس للاتجاه الأصلي.

عندما يتم إغلاق المفتاح K في الدائرة، يزداد التدفق المغناطيسي. في المنعطفات من الملف، يظهر تيار ماس كهربائى إضافي، والذي له اتجاه يمنع الزيادة في التيار أنا.

لنجد القانون الذي بموجبه يتغير التيار في الدائرة عند فتح المفتاح K، دع تيارًا يتدفق بشكل ثابت في الدائرة، ضع علامة ">t = 0، افتح الدائرة، سوف ينخفض التيار عبر المحث، مما سيؤدي إلى ذلك. لظهور الصيغة" src="http://hi -edu.ru/e-books/xbook785/files/120-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt="(!LANG) :معادلة الحث الذاتي emf من معادلات مختلفة، نحصل على ذلك

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/120-4.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "

بدمج هذا التعبير على I و t، نحصل على

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/120-6.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "

وبالتالي، عندما يتم إيقاف تشغيل مصدر التيار، تنخفض قوة التيار في الدائرة وفقًا للقانون الأسي (الشكل 58). الوقت الذي تنخفض فيه قوة التيار بمقدار e مرات يسمى علامة وقت الاسترخاء">L وكلما انخفضت المقاومة الكهربائية R، زادت علامة وقت الاسترخاء">I = 0 إلى صيغة قيمة ثابتة" src="http: //hi-edu .ru/e-books/xbook785/files/121-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

لنفكر في دائرة تحتوي على الحث L، والمقاومة R، ومصدر القوة الدافعة الكهربية المميز بـ "> K (الشكل 59).

دع المفتاح يكون في الموضع 1 في الحالة الأولية. عندما يتم نقل المفتاح إلى الموضع 2، فإن القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية فقط هي التي تعمل في الدائرة، والتي تحافظ على التيار. العمل الأولي في هذه الحالة

mark">I to 0، لنجد إجمالي العمل المنجز أثناء التدفق الحالي:

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/Wm.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = ":

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/122-2.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "بضرب هذه المساواة في Idt، نجد عمل مصدر المجالات الكهرومغناطيسية:

mark">dI mark">dI =0)، يتم إنفاق طاقة المصدر فقط على حرارة الجول، ولكن يتم الاحتفاظ باحتياطي طاقة المجال المغناطيسي في الملف. عند نقل المفتاح إلى الموضع 2، يبدأ العمل بالتيار ويتناقص تدريجيًا.

بالنسبة لملف لولبي يعتمد على (12.6) و (13.6)، فإن طاقة المجال المغناطيسي

الصيغة" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/122-5.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

حيث يتم الحصول على تعبيرات مختلفة مع الأخذ في الاعتبار أن العلامة "> التيار الكهربائي الناشئ تحت تأثير القوة الدافعة الكهربية، والذي يتغير وفقًا لقانون توافقي، يسمى التيار المتناوب.

التيار المتناوب هو تذبذبات قسرية للتيار في الدوائر الكهربائية.

المقاومة الكهربائية لأي دائرة تذبذبية حقيقية هي غير صفر. ولذلك، فإن التذبذبات الكهرومغناطيسية الحرة تتلاشى تدريجيا. للحصول على تذبذبات كهرومغناطيسية غير مخمدة، من الضروري توفير الطاقة من الخارج للتعويض عن الخسائر. في هذه الحالة، ستحدث تذبذبات كهرومغناطيسية قسرية في الدائرة (الشكل 60).

يتم تنفيذ دور القوة الدافعة في الدائرة التذبذبية بواسطة مصدر حالي ذو مجال EMF متغير بشكل دوري.

دع المجال الكهرومغناطيسي يتغير وفقًا للقانون التوافقي

علامة ">تحدث صيغة emf للحث الذاتي" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/123-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt= "( !اللغة المحلية:

ثم يمكن تمثيل المجال الكهرومغناطيسي للمصدر الحالي كمجموع قطرات الجهد:

صيغة" src = "http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/123-4.gif" border = "0" align = "absmiddle" alt = "

الجهد عبر صيغة المفاعلة السعوية" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/123-6.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

بدلاً من عمل ثلاثة مجالات على مقاومة نشطة واحدة، فإننا نعتبر عمل مجال خارجي واحد على ثلاث مقاومات: R النشط وصيغتين تفاعليتين سعويتين" src="http://hi-edu.ru/e-books/ xbook785/files/Xl" gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

التيار المتردد يتدفق عبر المقاومة R

يتحدد بواسطة رنين الجهد، والتردد يحدده تردد الرنين.

يجب أن تؤخذ ظاهرة رنين الجهد في الاعتبار عند حساب عزل الخطوط الكهربائية التي تحتوي على محاثات ومكثفات، وإلا فقد يحدث انهيارها.

إن رنين التذبذبات الكهرومغناطيسية يكمن وراء جميع تقنيات الراديو. ومع ذلك، فإن امتصاص الرنين للاهتزازات الكهرومغناطيسية موجود أيضًا عند ترددات أعلى بكثير من ترددات الراديو. يمكن تشكيل النظام التذبذبي، على سبيل المثال، من خلال شبكة بلورية من ملح الطعام. تحت تأثير المجال الكهربائي المتناوب، يتردد صدى عند الترددات العنوان الفرعي">أسئلة ومهام الاختبار

ارسم مخططًا لدائرة تذبذبية كهربائية. ما تردد الاهتزازات الطبيعية غير المخمدة في مثل هذه الدائرة؟
ما هو تردد التذبذبات الكهرومغناطيسية المخمده؟
تعريف التيار الكهربائي المتناوب.
ما الدور الذي يلعبه المصدر الحالي ذو المجالات الكهرومغناطيسية المتغيرة في الدائرة التذبذبية؟
سجل المعاوقة في دائرة التيار المتردد.
ما هي دائرة القصر وكسر التيارات الإضافية تسمى؟
وفق أي قانون تتغير شدة التيار في الدائرة عند فتحها؟
ما الذي يحدد معدل تغير التيار في الدائرة عندما تكون الدائرة مغلقة أو مفتوحة؟
أثبت أن المجال المغناطيسي له طاقة وأوجد تعبيرًا لكثافة الطاقة الحجمية للمجال المغناطيسي.
حدد المدة التي سيستغرقها تيار الدائرة ليصل إلى 0.95 من القيمة الحدية إذا كان المصدر الحالي متصلاً بملف مقاومته R = 12 أوم ومحاثة L = 0.5 H.
ماذا يسمى التيار الكهربائي المتردد؟
ارسم دائرة كهربائية يمكن الحصول فيها على تذبذبات كهرومغناطيسية قسرية.

ه الكهرباء مجال- هذا نوع من المادة يتكون حول أجسام مشحونة تتفاعل من خلالها مع بعضها البعض.

يتم تحديد قوة التفاعل بين شحنتين نقطيتين بواسطة قانون كولوم: F = k·q 1 ·q 2 /r 2 . علاوة على ذلك، إذا كانت الأجسام المشحونة لها شحنات متطابقة، فإنها تتنافر، وتتجاذب الأجسام المضادة. تتفاعل الأجسام المشحونة مع بعضها البعض من خلال مجالاتها الكهربائية.

تتميز الخصائص التالية للمجال الكهربائي:

1. خاصية القوة - التوترالمجال الكهربائي هو القوة المؤثرة على وحدة الشحن الموضوعة في مجال كهربائي معين: E = F/q. تم القياس بـ [الخامس/م]

إذا تهمة نقطة معينة سيشكل مجالا كهربائيا، ثم شدة هذا المجال عند نقطة تقع على مسافة صمن الشحنة يتم حسابها بالصيغة: E = Q/(4πε 0 εr 2) حيث س- الشحنة التي تشكل مجالًا كهربائيًا معينًا؛ ε 0 = 8.84*10 -12 فهرنهايت/م - ثابت كهربائي؛ ε هي السماحية الكهربائية للوسط الذي يتكون فيه المجال؛ ص- المسافة من نقطة الشحن إلى النقطة التي تتم دراسة الجهد عندها.

يعتبر اتجاه التوتر هو اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الموجبة.

يتم تمثيل حجم شدة المجال الكهربائي بيانيا على النحو التالي خطوط الكهرباء- تلك الخطوط التي يتطابق اتجاه مماساتها في أي نقطة مع اتجاه شدة المجال الكهربائي. كلما زاد عدد الخطوط، كلما زاد التوتر.

2. خاصية الطاقة للمجال الكهربائي هي الإمكانات.

عند كل نقطة من المجال الكهربائي، تؤثر قوة معينة على الشحنة المدخلة إلى هذا المجال. عندما تتحرك شحنة في مجال كهربائي، سيتم بذل شغل. في هذه الحالة، ستتميز كل نقطة من نقاط المجال الكهربائي بالجهد.

إمكانات المجال عند نقطة معينة- هذه هي الطاقة الكامنة للمجال الكهربائي عند هذه النقطة، لكل وحدة شحن موضوعة عند هذه النقطة: φ = W p /q [V] يصف جهد المجال الشغل المحتمل الذي يقوم به المجال الكهربائي أو الذي يتم القيام به على المجال الكهربائي عند تحريك هذه الشحنة إلى نقطة ذات جهد مختلف: Δφ = A/q.

نظرًا لأن الشغل لن يتم إلا عندما تتحرك الشحنة بين نقاط ذات إمكانات غير متساوية، فإن فرق الجهد فقط هو الذي له معنى فيزيائي، أو الجهد االكهربىبين نقطتين من المجال الكهربائي. ولذلك، عندما يستخدم مصطلح "الجهد" فإنه يعني فرق الجهد بين نقطة معينة، والتي يتم قياس إمكاناتها، ونقطة بعيدة لا نهاية لها في الفضاء، والتي يمكن اعتبار إمكاناتها مساوية للصفر. المحتملة عند نقطة معينة من الحقل الناتج عن شحنة نقطية س، يساوي: φ = Q/(4πε 0 εγ) وإذا تم إنشاء الإمكانات بواسطة عدد كبير من الشحنات، فإن φ = ∑φ.

يمكن قياس فرق الجهد فقط باستخدام الفولتميتر. ويعتقد أن شدة المجال الكهربائي هي تدرج محتمل سلبي.

2. تأثير المجال الكهربائي على المواد

تأثير المجال الكهربائي على المواد المختلفة ليس هو نفسه ويعتمد على بنيتها الداخلية. ووفقاً لهذا الإجراء تنقسم جميع المواد إلى:
- موصلات للتيار الكهربائي
- أشباه الموصلات
- العوازل، أو العوازل.

تتميز الموصلات بحقيقة أنها تحت تأثير المجال الكهربائي يتشكل فيها تيار كهربائي - الحركة الموجهة للجزيئات المشحونة. يحدث هذا بسبب وجود رسوم مجانية في الموصلات. هناك موصلات من النوع الأول (معادن تحتوي على إلكترونات حرة) والنوع الثاني (محاليل إلكتروليتات تكون فيها الشحنات الحرة عبارة عن أيونات موجبة الشحنة - كاتيونات وأيونات سالبة الشحنة - أنيونات).

تحتوي أشباه الموصلات في درجات الحرارة العادية على عدد قليل من الشحنات المجانية. علاوة على ذلك، عندما تصبح الإلكترونات في أشباه الموصلات حرة، يتم تشكيل ثقب في مكانها - فائض من الشحنة الموجبة. ولذلك، فإن حاملات الشحنة في أشباه الموصلات هي الإلكترونات والثقوب.

لا توجد ناقلات شحن مجانية في العوازل الكهربائية، لذلك، تحت تأثير المجال الكهربائي، لا ينشأ تيار كهربائي فيها، ولكن ظاهرة تسمى الاستقطاب العازل- اكتساب العازل للقطبية نتيجة لفصل الشحنات الموجبة والسالبة فيه تحت تأثير المجال الكهربائي. يوجد الاستقطاب في ثلاثة أشكال: اتجاهي، إلكتروني وأيوني.

تم وصف هذه الاختلافات بشكل جيد من خلال نظرية النطاق للمواد الصلبة، أو النظرية الكمية لطيف طاقة الإلكترونات في البلورة. وفقا للنظرية، هناك نطاقات طاقة محظورة ومسموح بها للإلكترونات في البلورة. تمتلئ المناطق السفلية بالكامل بالإلكترونات. يتم تحديد الخصائص الفيزيائية للبلورات من خلال المناطق العليا التي تحتوي على الإلكترونات. إذا كانت فجوة النطاق ضيقة بين النطاق العلوي والنطاق المسموح به التالي (فاصل الطاقة صغير)، تكون المادة موصلة، وإذا كانت فجوة النطاق كبيرة، فهي عازلة.

3. التيار الكهربائي

السمة الرئيسية للتيار الكهربائي هي القوة الحالية - مقدار الشحنة التي تعبر المقطع العرضي للموصل في وحدة الزمن. I av = Δq/Δt أو للتيار اللحظي: I = dq/dt. وحدة قياس التيار هي أمبير ( أ). 1 أمبير هي شدة التيار عندما تمر شحنة قدرها 1 كولوم عبر المقطع العرضي للموصل خلال ثانية واحدة. غالبًا ما يتم استخدام المللي أمبير ( أماه). 1 أماه = 0,001 أ. عادة، يعتبر اتجاه التيار الكهربائي في الموصل هو اتجاه حركة الشحنات الموجبة.

كمية أخرى تميز التيار الكهربائي هي كثافة التيار - القوة الحالية لكل وحدة مساحة الموصل. تقاس بالأمبير لكل متر مربع: J = I/S.

هناك:

- التيار المباشر- تيار كهربائي لا تتغير معالمه (القوة والاتجاه) بمرور الوقت. مصادر التيار المباشر هي المولدات التي تحافظ على فرق جهد ثابت عند طرفي الموصل.

ص التيار المتردد -التيار الكهربائي الذي تتغير معلماته بمرور الوقت وفقًا لقانون الجيب أو جيب التمام. التيار الكهربائي المنقول في الشبكة الكهربائية للمستهلك هو تذبذب جيبي بتردد 50 هرتز: أنا = أنا ماكس جتا (ωt + φ 0).

القانون الأساسي الذي يصف التيار الكهربائي المباشر هو قانون أوم : تتناسب شدة التيار في الموصل بشكل مباشر مع فرق الجهد بين طرفيه، أو الجهد الكهربائي (ش): أنا = ش/ر.

ضخامة رمُسَمًّى المقاومة الكهربائية. المقاومة هي خاصية الموصلات لمنع مرور التيار الكهربائي خلالها، وتتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. تنشأ المقاومة بسبب اصطدام الجزيئات المشحونة (الحاملات الحالية) بالهياكل الداخلية للموصل - الذرات والجزيئات. وحدة المقاومة هي أوم. تسمى المقاومة المتبادلة التوصيل الكهربائي (د).

بالنسبة للعديد من المواد، تكون المقاومة قيمة ثابتة، مستقلة عن التيار. تعتمد مقاومة الموصل على حجمه وشكله وبنيته ودرجة حرارته. قيمة مقاومة السلك: R = ρ(1/S) (5)

أين ل- طول الموصل، س- مساحة المقطع العرضي للموصل. يسمى ثابت التناسب المباشر ρ المقاومة [أوم م]. ذلك يعتمد فقط على خصائص المادة ودرجة الحرارة. متبادل المقاومة هو التوصيل (γ ) [أوم -1 م -1 ] .

بناءً على الموصلية الكهربائية المحددة، يتم تحديد قدرة المواد على توصيل التيار الكهربائي. الموصلات الحالية الجيدة لديها الموصلية الكهربائية العالية. العوازل، أو العوازل، لديها موصلية كهربائية منخفضة. أشباه الموصلات لديها الموصلية الكهربائية المتوسطة. باستخدام موصلية كهربائية محددة كخاصية للمادة، يمكننا تقديم قانون أوم في شكل آخر: J = γ ه.

ويترتب على الصيغة أن كثافة التيار في الموصل تتناسب طرديا مع شدة المجال الكهربائي (إي) ، مما يخلق هذا التيار، والتوصيل الكهربائي المحدد للمادة الموصلة ( γ ).

الموصلية الكهربائية المحددة من الشوارد والأنسجة البيولوجية

يتم تحديد الكثافة الحالية في محلول الإلكتروليت من خلال الشحنة الكهربائية للأيونات الموجبة والسالبة وتركيزاتها وسرعات حركتها في المجال الكهربائي: J = q + n + v + + q - n - v.

إذا افترضنا أن تركيز وحجم الشحنة الكهربائية للأيونات الموجبة والسالبة متساويان، فإن J = qn(v + + v -)(8)

تتناسب سرعة الأيونات v مع شدة المجال الكهربائي هويعتمد على حركة الأيونات ش، والتي بدورها تعتمد على الحجم ودرجة ترطيب الأيونات ولزوجة المذيب:
الخامس = الاتحاد الأوروبي (9)
ثم J = qn(u + + u -)·E (10).

هذا التعبير هو قانون أوم للحلول المنحل بالكهرباء.

على الرغم من أن مقاومة الأنسجة البيولوجية للتيار الكهربائي المباشر عالية، ومن حيث التوصيل الكهربائي النوعي، إلا أن الأنسجة البيولوجية قريبة من العوازل، لتفسير الاختلافات في التوصيل الكهربائي للأنسجة المختلفة، فإنها تعتبر موصلات من النوع الثاني، حيث تعمل الأيونات كحاملات للشحنة.

لا تختلف الأنسجة البيولوجية بشكل كبير في تركيبها الأيوني، ولكنها تختلف في ظروف حركة الأيونات. ولذلك فإن الأنسجة غير متجانسة من حيث خواصها الكهربائية. أغشية الخلايا تمنع حركة الأيونات. مقاومتهم الكهربائية هي الأكبر. يتميز الدم والليمفاوية والسائل النخاعي بمقاومة منخفضة للتيار الكهربائي. كما أن الأعضاء الداخلية التي تحتوي على الكثير من الماء (العضلات والكبد والكلى وما إلى ذلك) تتمتع أيضًا بمقاومة منخفضة نسبيًا. لكن مقاومة الأنسجة مثل الجلد والعظام عالية جدًا. التيار الكهربائي المباشر لا يخترق الجلد الجاف بشكل جيد. وينتشر في جسم الإنسان بشكل رئيسي عن طريق الأوعية الدموية واللمفاوية وعن طريق العضلات.

إن السبب في ارتفاع مقاومة الأنسجة البيولوجية للتيار الكهربائي المباشر هو وجود سعة ساكنة بسبب الخواص العازلة للأغشية وظواهر الاستقطاب التي تحدث في الخلايا، ونتيجة لذلك ينشأ مجال كهربي مضاد يمنع مرور التيار عبر الخلايا. منديل. علاوة على ذلك، عند القيم الحالية المنخفضة، لا يمر عبر الأنسجة بسبب تأثير هذا المجال الكهرومغناطيسي، وعند القيم الكبيرة، يحدث تفكك (تدمير) الهياكل الخلوية، ونتيجة لذلك تنخفض المقاومة، لكن المزيد من الأبحاث لا منطقي.

الاستقطاب هو فصل الشحنات الموجبة والسالبة. ويعتقد الكثيرون أن ظاهرة الاستقطاب ترجع إلى وجود أغشية شبه منفذة. تحت تأثير المجال الكهربائي، تبدأ الأيونات في التحرك، لكنها لا تستطيع اختراق الغشاء، مما يؤدي إلى فصل الشحنات على السطح الداخلي للغشاء. يتشكل مجال الاستقطاب داخل الخلية. وبمجرد أن تعوض شدتها المجال الخارجي، تتوقف حركة الأيونات. وبناء على ذلك، تتركز الجزيئات المشحونة بشكل معاكس على الجانب الخارجي للغشاء.

آخرون، الذين يعتبرون الخلايا عازلة ذات طبقات، ينظرون إلى ظاهرة الاستقطاب نتيجة لعدم تجانس العناصر الخلوية في التوصيل الكهربائي، ويربطون أيضًا الاستقطاب بجزيئات ثنائي القطب (اتجاه ثنائيات القطب على طول خطوط المجال).

يستخدم التيار المباشر في الممارسة الطبية لتنفيذ طريقتين - الجلفنة والرحلان الكهربائي الطبي.

الجلفنة

الجلفنة هي طريقة علاجية تعتمد على استخدام التيار الكهربائي المباشر. وقد سُميت هذه الطريقة على اسم الطبيب والعالم الإيطالي لويجي جالفاني، مؤسس دراسة التيارات الكهربائية التي تولدها الأنسجة البيولوجية.

تتضمن طريقة الجلفنة تمرير تيار مباشر عبر مناطق معينة من جسم الإنسان. يجب ألا يزيد الجهد عن 50-80 فولت. يتم وضع وسادات الفانيلا المبللة تحت الأقطاب الكهربائية المصنوعة من المعدن. يمكن أن يتراوح التيار من بضعة مللي أمبير إلى 50 مللي أمبير. لكن كثافة التيار يجب ألا تتجاوز 0.1 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع. يجب ألا يزعج التيار المريض.

تتحرك الأيونات غير العضوية وأيونات الماء تحت تأثير المجال الكهربائي. حركة الأيونات العضوية أقل بكثير من حركة الأيونات غير العضوية. تحدث أكبر التغييرات أثناء الجلفنة في أغشية الخلايا. وهي تتألف من تنفيذ العمليات الكهروكيميائية التي تغير استقطاب الغشاء وتؤثر على نفاذية الغشاء وقيمة إمكانات الغشاء. تحفز هذه العمليات المستقبلات، مما يسبب تفاعلات فسيولوجية مختلفة وتغيرات أيضية. يستخدم الجلفنة في الغالب لعلاج الأمراض الجهازية للجهاز العصبي.

الرحلان الكهربائي للدواء

عادة ما تكون الجلفنة مصحوبة بالرحلان الكهربائي الطبي. في هذه الطريقة، يتم استخدام التيار الكهربائي المباشر لحقن الأدوية في أنسجة الجسم لأغراض علاجية. يمكن لعدد كبير من الأدوية أن تنفصل في المحاليل المائية إلى أيونات موجبة وسالبة. ومن هذه الأدوية: الأملاح، والمضادات الحيوية، والمخدرات الموضعية، والقلويدات وغيرها الكثير. يؤدي المجال الكهربائي إلى تحركها: الأيونات الموجبة (الكاتيونات) إلى القطب السالب (الكاثود) والعكس. تحت تأثير المجال الكهربائي، يمكن للأدوية اختراق الجلد السليم. المسارات الرئيسية للأيونات لاختراق الجلد هي من خلال قنوات الغدد العرقية. غالبية الأيونات تخترق الفضاء بين الخلايا، والجزء الأصغر من خلال الخلايا. تتركز الأدوية بشكل رئيسي في الجلد والأنسجة تحت الجلد وتشكل مستودعًا. يمكن أن يكون التركيز المحلي للأدوية في مثل هذا المستودع مرتفعًا نسبيًا. ومن هناك، يتم امتصاص الأدوية ببطء في الدم، مما يساعد على إطالة التأثير العلاجي.

التيار المتناوب. معاوقة

تشمل الدوائر الكهربائية المتناوبة المكونات الكهربائية الأساسية مثل المقاومات والمكثفات والمحاثات. خصائصها المحددة هي المقاومة والسعة والمحاثة.

سعة. إذا تم فصل اثنين من الموصلات (ألواح معدنية) في المنتصف عن طريق العزل، فإنهما قادران على تجميع كمية معينة من الشحنة الكهربائية. تسمى القيمة المساوية لنسبة الشحنة الكلية المتراكمة على الصفائح إلى فرق الجهد بين الصفائح سعة(تقاس فارادة (ف): ج = ف/ش (13).

الحث. الحث ليشير إلى وجود مجال مغناطيسي حول سلك أو ملف يمر من خلاله تيار كهربائي. يولد المجال المغناطيسي المتناوب emf (القوة الدافعة الكهربائية) للحث الذاتي، مما يمنع حدوث تغيير في القوة الحالية في الموصل:
ε = -L dl/dt (14)، حيث ε هي القوة الدافعة الكهربائية، dl/dt هو المعدل اللحظي لتغير التيار، ل- الحث الذي يعتمد على هندسة الدائرة وعلى الخواص المغناطيسية للمادة الموصلة والوسط. يتم قياس الحث في هنري (ز).

المفاعلة (أو المفاعلة). سبق أن ذكرنا أن المقاومة هي خاصية للدائرة الكهربائية تمنع مرور التيار الكهربائي خلالها وتتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. المفاعلة هي مقياس لمقاومة التيار الكهربائي المتناوب. ترتبط المفاعلة بالسعة والتحريض لبعض أجزاء الدائرة. ولا يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. المفاعلة موجودة بالإضافة إلى المقاومة عندما يتدفق التيار المتردد عبر الموصلات. عندما يتدفق تيار كهربائي ثابت في الدائرة، فإنه يتعرض فقط ل المقاومة النشطة، ولكن ليس رد الفعل. هناك نوعان من المفاعلة: الحثية والسعوية.

مفاعلة سعوية اكس جهو مقلوب منتج التردد الزاوي (الدوري) للتيار وسعة هذا الجزء من الدائرة: X C = 1/(ω·C)(15).

مفاعلة حثي XLيساوي منتج التردد الزاوي للتيار المتردد ومحاثة الموصل: XL= ωL (16).

لقد ثبت أن المفاعلة الحثية تؤدي إلى تغيرات في الجهد في الدائرة الكهربائية قبل تغير التيار بمقدار ربع الدورة (π/2). يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن القوى الدافعة الكهربية ذاتية الحث تمنع زيادة قوة التيار في الدائرة.

على العكس من ذلك، فإن المفاعلة السعوية تتسبب في تأخر التغيرات في الجهد في الدائرة الكهربائية عن التغيرات في التيار بمقدار ربع دورة (π/2). في التين. 3. تم توضيح هذه الظاهرة.

لهذا المفاعلة الكلية Xيمثل الفرق بين المفاعلة الحثية والسعوية: X = X L - X C.

إذا قمنا بجمع المقاومة النشطة والمفاعلة الكلية التي تمنع مرور التيار المتردد في الدائرة الكهربائية، نحصل على قيمة تسمى المقاومة الكلية Z - المعاوقة:

الأسس الفيزيائية الحيوية للريوغرافيا

التصوير الحراري هو طريقة تسمح لك بقياس تدفق الدم إلى الأطراف والدماغ والقلب والعديد من الأعضاء الأخرى.

عندما يتدفق حجم معين من الدم عبر أوعية أي عضو أثناء الانقباض، فإن حجم ذلك العضو يزداد. تمت دراسة مثل هذه التغييرات في الحجم في الماضي باستخدام ما يسمى تخطيط التحجم، والتي كانت تعتمد على القياسات الميكانيكية. لكن إمكانيات هذه الطريقة كانت محدودة. ولا يمكن استخدامه إلا لدراسة تدفق الدم في الأطراف العلوية.

وفي وقت لاحق اكتشف أنه عندما تتغير كمية الدم في أوعية الأعضاء، تتغير مقاومتها الكهربائية. يتم تحديد هذا التغيير من خلال صيغة كيدروف:

هنا الخامس- حجم العضو وΔV - التغير في الحجم أثناء الانقباض، ر- المقاومة النشطة و - تغير ΔR في المقاومة النشطة للعضو أثناء الانقباض، ك- معامل التناسب المباشر. ΔR لها قيمة سالبة لأن المقاومة الكهربائية للدم أقل من مقاومة العضلات والأنسجة الضامة والجلد وما إلى ذلك. ولذلك، فإن المقاومة النشطة للأعضاء تتناقص أثناء الانقباض وتزداد أثناء الانبساط.

يؤدي التغير في المقاومة الكهربائية النشطة إلى تغير في المعاوقة. لأسباب فنية، من الأفضل قياس التغيرات في المعاوقة بدلاً من قياس التغيرات في المقاومة النشطة للتيار المباشر. في علم الريغرافيا، تعكس حركية المقاومة الكلية لجسم الإنسان تواتر وحجم تدفق الدم المحلي إلى الأعضاء.

لقياس التغيرات في مقاومة جسم بيولوجي، يتم تمرير تيار متردد عالي التردد من خلاله. التردد الأمثل المستخدم في التصوير الحراري هو 100 - 500 كيلو هرتز.عند الترددات التي تزيد عن 500 كيلو هرتز، يتم حل الاختلافات في التوصيل الكهربائي بين الدم والأنسجة المحيطة. التغيرات في المعاوقة صغيرة جدًا، حجمها هو: 0.08 أومللجزء السفلي من الساق والساعد 0.1 أومللكتف والقدم.

رسم تخطيطي أساسي (متكامل).يعكس التغير في مقاومة العضو قيد الدراسة أثناء ملء الدم. الجزء الصاعد من المنحنى يرجع إلى الانقباض، والجزء النازل يرجع إلى الانبساط. عادة ما يتم تسجيلها في وقت واحد رسم تخطيطي تفاضلي. وهو مشتق من الدرجة الأولى فيما يتعلق بوقت الرسم البياني المتكامل ويصف معدل التغير في إمدادات الدم إلى العضو قيد الدراسة.

يستخدم التصوير الحراري لدراسة حركية المقاومة الكهربائية الكلية للأعضاء المختلفة: القلب (تخطيط القلب)، الدماغ (تصوير الدماغ)، الكبد (تصوير الكبد)، العيون (تصوير الأوعية الدموية)، إلخ.