وزارة التربية و التعليم..
تقرير لمــادة الفيزياء بعنوان:
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
المـــــــــــــــــقدمة:
إن المولدات الكهربائية التي توجد عند السد توفر كميات هائلة من القدرة الكهربائية، وتدير التوربينات المائية تلك المولدات. ويشير المهندسون عادة إلى الجهاز الميكانيكي الذي يدير المولد بالمحرك الأساسي.
المولِّد الكهربائي آلة لإنتاج الكهرباء، و تنتج المولدات معظم الكهرباء التي يستخدمها الناس. فهي توفر القدرة الكهربائية التي تدير الآلات في المصانع، وتضيء المصابيح، وتشغِّل الأدوات المنزلية الكهربائية. وقد أطلق على المولد لفظ الدينامو اختصارًا للدينامو الكهربائي..
والمولد يمكن أن يكون صغير الحجم، بحيث يُمْسَك بيد واحدة. وتُستخدَم هذه المولدات الصغيرة في بعض الأجهزة العلمية لتوليد كهرباء تكفي لتحريك مؤشِّر، وقد يكون حجم المولد أكبر من حجم منزل، ويستطيع تزويد أكثر من مليون منزل بالقدرة الكهربائية..
وهناك نوعان رئيسيان من المولدات: مولدات التيار المستمر التي تنتج تياراً كهربائياً مستمرًا يسري في اتجاه واحد، ومولدات التيار المتناوب وتنتج تياراً كهربائياً يعكس اتجاهه مرات عديدة في كل ثانية. وكلا النوعين من المولدات تعمل بالمبادئ العلمية نفسها، ولكنهما يختلفان في كيفية التركيب والاستخدام، وفي هذا التقرير عرضٌ لآلية عمل المولد، و أجزائه واستخداماتهإلى غير ذلك من المعلومات الهامةعن هذا الجهاز البسيط الذي غير مجرى التاريخ...
كيف يعمل المولــــد؟
إن المولد لا يَستحدِث الطاقة، ولكنه يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، ويشير المهندسون عادة إلى الأداة الميكانيكية التي تدير المولد بالمحرك الأساسي. ولكي نحصل على طاقة كهربائية إضافية من المولد يلزم للمحرك الأساسي أن يبذل طاقة ميكانيكية إضافية. فإذا كان المحرك الأساسي توربينًا بخاريًا، على سبيل المثال، يلزم زيادة سريان البخار في التوربين للحصول على كهرباء بكمية أكبر..
وفي عام 1831م اكتشف عالمان عمِلا منفردين ـ وهما فارادي وهنري جوزيف ـ الأسس التي تحدد إنتاج الكهرباء من المولد الكهربائي؛ حيث وجدا أنه من الممكن توليد كهرباء في ملف من سلك نحاسي بوساطة تحريك الملف بالقرب من مغنطيس أو تحريك المغنطيس بالقرب من الملف. ويطلق على هذه العملية الحث (التأثير) الكهرومغنطيسي. وعندما يكون السلك جزءاً من دائرة مغلقة من الأسلاك، فإن الجهد التأثيري يسبب مرور تيار كهربائي في الدائرة..
المولــد البســـــيط..
يتكون من مغنطيس على شكل U ولفة واحدة من السلك تسمى ملفًا. وتعرف المنطقة المحيطة بالمغنطيس، والتي يستشعر فيها بقوته بالمجال المغنطيسي. وللمساعدة في وصف المجال المغنطيسي علينا أن نتخيل بأن هناك خطوطاً من القوى خارجة من القطب الشمالي للمغنطيس، ثم تعود للمغنطيس خلال القطب الجنوبي. وتزداد خطوط القوى بزيادة قوة المغنطيس. فلو أدرت حلقة من السلك بين قطبي المغنطيس فإن جانبي الحلقة ستقطعان خطوط القوى المغنطيسية فَتُحَثُّ (تتولد) الكهرباء في الحلقة.
وفي منتصف الدورة تدور الحلقة موازية لخطوط القوى فلا تقطعها ولا تتولد الكهرباء. إن كل دورة كاملة يكون فيها سريان اتجاه الجهد والتيار المولدين في نصف الدورة معاكسين للاتجاه في النصف الآخر. ويطلق على الجهد والتيار الجهد المتناوب والتيار المتناوب. ويمكن زيادة الجهد المتناوب الذي ينتجه المولد بزيادة
1- قوة المجال المغنطيسي (عدد خطوط القوى)
2- السرعة التي يدور بها الملف
3- عدد لفات السلك التي تقطع المجال المغنطيسي.
أجــزاء المولـــــد..
يتكون المولد من جزئين رئيسيّن هما : الحافظة ، و المغناطيس. وتحتوي الحافظة على ملفات من الأسلاك وتقوم بالأداء نفسه للملف في المولد البسيط. أما المغنطيس في المولد فينتج خطوط القوى المغنطيسية.
وتتولد الكهرباء إما بجعل الحافظة تقطع خطوط القوى، أو جعل خطوط القوى تمر خلال الحافظة، ولذا يمكن لأي من الحافظة أو المغنطيس أن يكون الجزء الذي يدور في المولد..
المولدات وكفاءتها..
لا تتحول كل الطاقة الميكانيكية التي تدير المولدات إلى طاقة كهربائية. فبعضها يتحول إلى حرارة نتيجة للاحتكاك في كُرسي تحميل الجزء الدوار في المولد، وبعضها الآخر يفقد في مقاومة التيار في الملفات النحاسية وفي مقاومة خطوط القوى المغنطيسية في القلب الحديدي. ولذلك يلزم تبريد المولدات إما بدفع الهواء إلى داخلها أو بتمرير سائل بارد أو غاز حول الملفات والقلب الحديدي. وتشير فعالية المولد إلى كفاءته في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وتعني كفاءة قدرها 90% أن 90% من الطاقة الميكانيكية الداخلة قد تحولت إلى طاقة كهربائية و 10% من الطاقة المتبقية قد تحولت إلى حرارة، ويلزم التخلص منها بنظام تبريد. ويمكن أن تصل كفاءة المولدات الكبيرة إلى 97%. أما كفاءة المولدات الصغيرة فتقل عن هذا بكثير.
مولدات التيار المتناوب
يمكن أن يتكون المولد البسيط من حلقة سلكية تدور في مجال مغنطيسي، ويتكون المجال المغنطيسي من سريان خطـوط القوى من القطب الشمالي إلى القطـب الجنـوبي للمغنطيس. وعندما يـدار السلك بين القطـبين يقطـع خطـوط القـوى ويتـولد التيـار الكهربائي في الحلقة
يُنتج المولد البسيط الذي سبق ذكره تياراً متناوبًا في حلقة السلك. ولكونه مولد تيار متناوب فإنه يحتاج إلى طريقة ما ليرسل التيار الذي ينتجه إلى الجهاز. وهذا يتم بوساطة حلقات تجميع أو حلقات انزلاق وقطع ثابتة من الكربون تسمى الفُرش. ويتصل طرفا نهاية كل ملف من الأسلاك بحلقة تدور مع دوران ملف الأسلاك. وتلامس الفرشاة كل حلقة ثم تنقل الكهرباء من الفرشاة بسلك يتصل بالأجهزة التي تستخدم الكهرباء. وبالتالي فالتيار الذي ينتج في ملف الأسلاك يسري إلى داخل المولد وخارجه خلال الحلقات والفرش.
الخاتمــــــــــــة...
إن المولد الكهربائي لجهاز بسيط التركيب ولكنه عظيم الفائدة، وله العديد من الاستعمالات الهامة بدءاً من ألعاب الأطفال مروراً بالأجهزة الكهربائية المنـزلية ، وحتى الأجهزة العملاقة. وكل هذا من جهاز صغير ومن عبقرية عالم الفيزياء فاراداي و غيره من العلماء فيجب علينا أن نتبنى المواهب في المدارس والكليات لأن عالمنا العربي يزخر بالعديد من المواهب الفذة اللتي تحتاج إلى تبني من قبلنا حتى لا يلجأوا إلى الهجرة إلى الخارج و تضيع من بين أيدنا أهم الثروات.. ألا و هي ثروة العقول...
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
التوصيـــات...
يحب علينا التجربة والاستفادة من المناهج الدراسية لا نظرياً فقط بل تطبيقاً لهذه العلوم في حياتنا اليومية..
اكتشاف الجاذبية كان من مجرد سقوط تفاحة، فعلينا أن نفتح عقولنا وأسماعنا و أبصارنا لكل ما في الكون لربما اكتشفنا شيئاً يفيد البشرية فهناك شيء ما يحدث من حولنا، لكننا لا نستطيع دائماً أن نلاحظ كل ما يحدث!!
لا تأخذ برأي الأغلبية و ليكن لك رأيك الخاص فإجماع الناس – قديماً – على أن الأرض مسطحة و ليست كروية لا يعني بالضرورة أنها ذلك!!
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
المصـادر و المــــراجع...
الكهرباء والمغناطيسية، إبراهيم حداد ، دمشق، مديرية الكتب الجامعية 1973
الفيزياء للجامعات ،هارفي ، القاهرة، مترجم، مؤسسة فرانكلين 1967
تحليل الدوائر الكهربائية، المؤلف: نور الدين محمود الجالي ، سنة النشر 2003، الطبعة رقم 1 ، الناشر : دار الكتاب الجديد المتحدة..
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
ومن الإنترنت...
www.google.comhttp://www.physics.comwww.ask.comhttp://www.uae.ii5ii.com - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
الأربعاء سبتمبر 03, 2008 11:19 pm