الكهرباء (3)  Electricity (3)

الكهرباء (3)
التعامل مع الكهرباء	قياس الكميات الكهربائية	القوانين الحاكمة للكهرباء
القدرة الكهربائية	قواعد السلامة للتعامل مع الكهرباء
الأجزاء: (1) (2) 3

التعامل مع الكهرباء:

وصلة تحويلplug adapters :

تستخدم عند استخدام أجهزة الكهربائية مختلفة طرف نهاية plug عن مخرج الكهرباء outlet.

قياس الكميات الكهربائية electricity measuring equipment:

تستخدم العديد من الأجهزة لقياس الكميات الكهربائية ويبين الجدول بعض من الأجهزة المتعارف عليها:

الجهاز- Measuring instruments		القياس- Purpose
أميتر	Ammeter	التيار current
مبين التردد	Frequency counter	قياس التردد frequency of the current
متعدد الأغراض	Multimeter	قياس (الجهد, التيار, المقاومة,....) volt, current, resistance, ….
أوميتر	Ohmmeter	المقاومة resistance
أوسليسكوب	Oscilloscope	مبين لشكل موجة الإشارة displays waveform of signal
قياس الترانزستور	Transistor tester	قياس الترانزستور tests transistors
واتميتر	Wattmeter	قياس القدرة power
فولتميتر	Voltmeter	قياس فرق الجهد بين نقطتين بالدائرة الكهربائية potential difference between two points in circuit

القوانين الحاكمة للكهرباء:

- قانون أوم Ohm’s law:

التيار المار خلال موصل بين نقطتين يتناسب طرديا مع فرق الجهد بين تلك النقطتين

- قانون كيرشوف الأول (التيار):

مجموع التيار في أي نقطة بالدائرة يساوي صفر (التيار الداخل لأي نقطة يساوي التيار الخارج)

- قانون كيرشوف الثاني (الجهد):

مجموع الجهد في الدائرة يساوي صفر

قانون أوم:

قانون أوم يربط بين الجهد  Vوالتيار  Iوالمقاومة R . ويستخدم القانون في صورة

E = ρ J

حيث:
E = المجال الكهربائي electric field (V/m)
J = كثافة التيار current density (A/m²)
ρ = المقاومة النوعية resistivity (Ω m)

المعادلة السابقة قد تكتب في الصورة:

J = σ E

حيث:
σ = التوصيلية conductivity (1/Ω m)

مقاومة السلك electric resistance of a uniform conductor:

R = ρ L/A

حيث:
L = طول السلك conductor length
A = مساحة السلك conductor area

قوانين كيرشوف Kirchhoff’s rules:

في حالة وجود عدد من البطاريات في دائرة متعددة العروات loops multi فإن التعامل مع الدائرة وحسابتها يمكن أن تبسط وتحسب عن طريق قانون كيرشوف, الذي هو شكل من أشكل قانون المحافظة على الطاقة.

- مجموع التيار الداخل في تفريعة للأسلاك يساوي مجموع التيار الخارج من تلك التفريعة. هذا القانون يطلق عليه أحيانا قانون التفريعة junction rule. هذا يعبر عن قانون المحافظة على الشحنة, حيث أن الشحنة لا تتولد في أي مكان بالدائرة أو تغادرها, الشحنة الداخلة لأي نقطة يجب أن تساوي الشحنة الخارجة منها. 

- المجموع الجبري للفقد في الجهد عبر أي من عناصر الدائرة لأي عروة يساوي المجموع الجبري للجهد بالعروة. هذا تعبير عن قانون المحافظة على الطاقة. فإن الشحنة المتحركة داخل أي دائرة تكتسب طاقة من المصدر مماثلة للتي تفقدها خلال المقاومات.

· يجب أخذ الاعتبار الصحيح للتيار والجهد لتحديد إشارة التيار وإشارة الجهد (+, -) بالمعادلة.

بيان المعادلات لدائرة كهربائية لتوضيح تطبيق قوانين كيرشوف

- القوانين الحاكمة للتوصيل الكهربائي خلال المواد:

- يمكن استنتاج  قانون كثافة التيار المار في موصل من قانون أوم:

- I = V/R

- I/L² = (V/L)/(R A /L)

- حيث:

-
فيكون

- J = E/ρ= σ E

- حيث:
J = كثافة التيار current density,  وهي تساوي مقدار التيارI  المار بوحدة المساحات A = ℓ² ,
J = I/A = I/L² (C=A/m²)
E = المجال الكهربائي  electric field V/L (V/m)
σ = التوصيلية الكهربائية  electrical conductivity = 1/electrical resistivity = 1/ρ  (1/ Ω m)
A = المساحة area ℓ² (m²)
(A) = أمبير ampere
V = فولت volt
L = الطول meter

- وحدات أخرى:

- وحدة المجال الكهربائي E ( N/C = V/m)
وحدة التوصيلية σ =  1/ ρ = L/(A R)  (S/m = 1/Ω m) 
وحدة المقاومة النوعية resistivity R A/L (Ω m)
وحدة التوصيل (سيمنز)  electric conductance (siemens S = 1/Ω = A/V)
وحدة الشحنة (كولوم) (coulomb (C = A s)) electric charge

- الفقد في الجهد خلال الدائرة voltage drop:

- يتم فقد للجهد نتيجة المقاومة في السلك (الموصل). في دائرة الكهرباء المستمرة, مقاومة انسياب التيار تحدث نتيجة المقاومة بالسلك. ولكن في دائرة الكهرباء الترددية هناك نوع أخر من مقاومة التيار وهي المفاعلة  reactance. هذه المقاومة الكلية (المقاومة زائد المفاعلة) تسمى مقاومة التيار المتردد impedance. والتي تعتمد على الحيز والأبعاد للعنصر والموصل, وتردد التيار, والنفاذية المغناطيسية magnetic permeability للعنصر والموصل والأشياء المحيطة.

- الفقد في الجهد بدائرة التيار المتردد هي حاصل ضرب التيار في مقاومة التيار المتردد impedance (Z). والعلاقة التي تربط المتغيرات بدائرة التيار المتردد هي E = I Z  وهي مشابه لقانون أوم لدائرة التيار المستمر V = I R.

- في حالة نقل التيار لمسافة بعيدة يمكن حساب الفقد في الجهد من المعادلة

- حساب الفقد في الجهد 1 فاز single-phase voltage drop calculation:

-

- حساب الفقد في الجهد 3 فاز three-phase voltage drop calculation:

-

- حيث:
VD = الفقد في الجهد (درجة حرارة الموصل 75 درجة مئوية) volt (V)
VD% = نسبة المئوية للفقد في الجهد (مقدار فقد الجهد ÷ قيمة الجهد × 100)
L = طول السلك (length)
R = المقاومة (ohm/k length)
I = تيار الحمل  (A)
 SORCE VOLTAGE = جهد المصدر (V). قد يكون 120, 208, 240, 277, أو 480 فولت.

http://www.controlmart.com/voltage_drop.html

http://www.kilowatts.com.au/calculator-voltage-drop.php

القدرة الكهربائية electric power:

هي معدل انتقال الطاقة الكهربائية في الدائر ة الكهربائية. ووحدة القدرة هي وات watt (W), هي تساوي جول/ثانية joule per second (J/s).

القدرة الكهربائية المتولدة generated power:

تعرف القدرة الكهربائية كما القدرة الميكانيكية, وهي معدل بذل الشغل, ويرمز لها في العادة بالرمز P. القدرة الكهربائية P (W)  تعرف بأنها نتيجة مرور تيار كهربائي I (A), المكون من شحنة كهربائية q (C) خلال زمن t (s), تحت تأثير فرق جهد مقدار  V(V). وتكون المعادلة الحاكمة تساوي:

P = Q V/t = I V

حيث:
P =  القدرة الكهربائية (وات) electric power (W)
q = الشحنة الكهربائية (كولوم)electric charge (C)
I = التيار الكهربائي (أمبير) electric current (A)
t = الزمن (ثانية) time (s)
V = الجهد الكهربائي (فولت) electric potential or volts (V)

القدرة الكهربائية المستخدمة (الضائعة) dissipated power في المقاومة resistive circuits:

في حالة حمل مقاومة, يمكن كتابة قانون القدرة كالتالي:

P = I² R = V²/R

حيث:
R = المقاومة الكهربائية (أوم) electrical resistance (Ω)

جهد وقدرة الأجهزة تكون مدونة على الأجهزة, ولكن في بعض الأجهزة يكتفي بتدوين الجهد والأمبير, وليس القدرة, في هذه الحالة ببساطة قم بضرب الجهد بالمعدل التيار لإيجاد القدرة (230 فولت × 1 أمبير = 230 وات).

وفيما يلي قائمة بقدرة العديد من الأجهزة الكهربائية وذلك لإعطاء فكرة تقريبية عن قدرة الأجهزة الكهربائية. هذه القائمة للاستدلال فقط, يجب الرجوع إلى المعلومات المدونة على الأجهزة دائما.

الأجهزة والمعدات	القدرة الكهربائية (وات)
الأجهزة الصغيرة مثل الراديو, والمسجل, وبعض التليفزيونات.	75 وات
الراديو الكبير, أجهزة الاستريو, البطانية الكهربائية, ماكينات التطريز, الخلاط اليدوي, المراوح الصغيرة, ومعظم التليفزيونات.	300 وات
الثلاجات, مجفف الشعر, الخلاط الثابت	500 وات
آلة عرض الصور, بعض ماكينات التطريز, وبعض المكانس الكهربائية الصغيرة.	750 وات
ماكينات الغسيل, الدفايات الصغيرة, بعض معد القهوة, والمكانس الكهربائية.	1000 وات
غسلات الصحون, معظم عناصر التسخين مثل محمص الخبر, ومقلاة الزيت, والمكواة والشوايات.	1600- 2000 وات
أجهزة التدفئة والتكييف.	3000 وات

قواعد السلامة في التعامل الكهرباءsafety tips  :

يجب أخذ الحذر عند التعامل مع الكهرباء حيث التعرض لها يصيب الشخص بالصعق الكهربائي, أو تكون مصدر للحريق. تبين الاحصائيات بأمريكا 300 حالة وفاة نتيجة الكهرباء وأكثر من 4000 إصابة سنويا نتيجة التعامل الخاطئ للكهرباء في مناطق العمل, وتمثل النسبة إنه كل 30 دقيقة خلال فترة العمل اليومية يصاب عامل إصابة بالغة نتيجة الكهرباء.

وهذه بعض القواعد التي يجب العمل بها عند التعامل مع الكهرباء بالمنزل أو بالعمل:

- تعود دائما على غلق turn off جميع الاجهزة الكهربائية في حالة عدم استخدامها

- لا تحمل مخرج التيار بأحمال كهربائية أكثر من اللازم. وفي حالة استخدام وصلة متعددة مع مخرج التيار تأكد إن بها فيوز حماية من زيادة التيار. 

- استخدم المقاس السليم للأسلاك الذي يتناسب مقدار الكهرباء المنقولة عبره من التيار المطلوب للجهاز.

- لا تستخدم أسلاك ذات عزل سيئ أو توصيلات غير سليمة.

- يجب عدم التعامل مع الكهرباء في وجود الماء. تجنب العمل على أرضية مبتلة, لا تتعامل مع أجهزة كهربائية بيد مبلولة.

- استخدم العدة الصحيحة والسليمة أثناء التعامل مع الكهرباء.

- التعامل مع إصلاح الأجهزة والتوصيلات الكهربائية يحتاج إلى عمالة مدربة وواعية بقواعد السلامة.

- في حالة عمل إصلاحات بأجهزة كهربائية يجب التأكد من فصل الجهاز عن مصدر التيار بنفسك.

- بعد الانتهاء من عملية الإصلاح للأجهزة الكهربائية, تأكد من صحة التوصيلات بالجهاز قبل إيصال التيار الكهربائي, التوصيلات الخاطئة مصدر للحريق والصعق الكهربائي.

- تأكد من توصيل الوصلة الأرضية للأجهزة التي تتطلب ذلك, كغسالة الملابس.

- تأكد من جهد وقدرة الجهاز المكتوب عليه قبل توصيله بمصدر الكهرباء.

- لا تترك أجهزة كهربائية غير محكمة الأغلاق أو أسلاك مكشوفة.