التيار المباشر
 | تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . ( يونيو 2009 ) |
التيار المستمر ( DC ) هو تدفق أحادي الاتجاه للشحنة الكهربائية . والخلية الكهروكيميائية هي مثال رئيسي على طاقة التيار المستمر. قد يتدفق التيار المستمر عبر موصل مثل السلك، ولكن يمكن أن يتدفق أيضًا عبر أشباه الموصلات أو العوازل أو حتى عبر الفراغ كما هو الحال في حزم الإلكترونات أو الأيونات . يتدفق التيار الكهربائي في اتجاه ثابت، مما يميزه عن التيار المتناوب (AC). كان المصطلح المستخدم سابقًا لهذا النوع من التيار هو التيار الجلفاني . [1]
غالبًا ما يتم استخدام الاختصارات AC و DC للإشارة ببساطة إلى التيار المتناوب والمباشر ، كما هو الحال عندما تقوم بتعديل التيار أو الجهد . [2] [3]
يمكن تحويل التيار المستمر من مصدر تيار متناوب باستخدام مقوم يحتوي على عناصر إلكترونية (عادةً) أو عناصر كهروميكانيكية (تاريخيًا) تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط. يمكن تحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب عبر عاكس .
للتيار المستمر العديد من الاستخدامات، من شحن البطاريات إلى إمدادات الطاقة الكبيرة للأنظمة الإلكترونية والمحركات والمزيد. تُستخدم كميات كبيرة جدًا من الطاقة الكهربائية المقدمة عبر التيار المستمر في صهر الألومنيوم وغيرها من العمليات الكهروكيميائية . كما يُستخدم أيضًا في بعض السكك الحديدية ، وخاصة في المناطق الحضرية . يُستخدم التيار المستمر عالي الجهد لنقل كميات كبيرة من الطاقة من مواقع توليد بعيدة أو لربط شبكات الطاقة ذات التيار المتناوب.
| مقالات عن |
| الكهرومغناطيسية |
|---|
 |
تاريخ
تم إنتاج التيار المستمر في عام 1800 بواسطة بطارية الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا ، وهي البطارية الفولتية الخاصة به . [5] لم يتم فهم طبيعة كيفية تدفق التيار بعد. افترض الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير أن التيار ينتقل في اتجاه واحد من الموجب إلى السالب. [6] عندما بنى صانع الأدوات الفرنسي هيبوليت بيكسي أول مولد كهربائي دينامو في عام 1832، وجد أنه عندما يمر المغناطيس المستخدم عبر حلقات الأسلاك كل نصف دورة، فإنه يتسبب في عكس تدفق الكهرباء، مما يؤدي إلى توليد تيار متناوب . [7] بناءً على اقتراح أمبير، أضاف بيكسي لاحقًا محولًا ، وهو نوع من "المفتاح" حيث تعمل جهات الاتصال على العمود مع جهات اتصال "الفرشاة" لإنتاج تيار مستمر.
شهدت أواخر سبعينيات القرن التاسع عشر وأوائل ثمانينيات القرن التاسع عشر بدء توليد الكهرباء في محطات الطاقة . تم إنشاؤها في البداية لتشغيل إضاءة القوس (نوع شائع من إضاءة الشوارع) التي تعمل بتيار مستمر أو تيار متناوب عالي الجهد (عادةً أعلى من 3000 فولت). [8] تبع ذلك الاستخدام الواسع النطاق للتيار المستمر منخفض الجهد للإضاءة الكهربائية الداخلية في الشركات والمنازل بعد أن أطلق المخترع توماس إديسون " مرفقه " الكهربائي القائم على المصباح المتوهج في عام 1882. ونظرًا للمزايا الكبيرة للتيار المتناوب على التيار المستمر في استخدام المحولات لرفع وخفض الفولتية للسماح بمسافات نقل أطول بكثير، فقد تم استبدال التيار المستمر على مدى العقود القليلة التالية بالتيار المتناوب في توصيل الطاقة. في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، تم تطوير نقل التيار المستمر عالي الجهد ، وهو الآن خيار بدلاً من أنظمة التيار المتناوب عالي الجهد لمسافات طويلة. بالنسبة للكابلات البحرية لمسافات طويلة (على سبيل المثال بين البلدان، مثل NorNed )، فإن خيار التيار المستمر هذا هو الخيار الوحيد الممكن من الناحية الفنية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب تيارًا مستمرًا، مثل أنظمة الطاقة بالسكك الحديدية الثالثة ، يتم توزيع التيار المتناوب على محطة فرعية، والتي تستخدم مقومًا لتحويل الطاقة إلى تيار مستمر.
تعريفات مختلفة
يستخدم مصطلح التيار المستمر للإشارة إلى أنظمة الطاقة التي تستخدم قطبية كهربائية واحدة فقط للجهد أو التيار، وللإشارة إلى القيمة المتوسطة المحلية الثابتة أو ذات التردد الصفري أو المتغيرة ببطء للجهد أو التيار. [9] على سبيل المثال، يكون الجهد عبر مصدر جهد التيار المستمر ثابتًا كما هو الحال مع التيار عبر مصدر التيار المستمر . حل التيار المستمر للدائرة الكهربائية هو الحل حيث تكون جميع الفولتات والتيارات ثابتة. يمكن تحليل أي شكل موجة ثابت للجهد أو التيار إلى مجموع مكون تيار مستمر ومكون متغير زمنيًا بمتوسط صفري؛ يتم تعريف مكون التيار المستمر على أنه القيمة المتوقعة، أو القيمة المتوسطة للجهد أو التيار على مدار الوقت.
على الرغم من أن DC تعني "التيار المباشر"، إلا أن DC يشير غالبًا إلى "القطبية الثابتة". وفقًا لهذا التعريف، يمكن أن تختلف جهد التيار المستمر بمرور الوقت، كما هو الحال في الناتج الخام لمقوم التيار أو إشارة الصوت المتقلبة على خط الهاتف.
بعض أشكال التيار المستمر (مثل ذلك المنتج بواسطة منظم الجهد ) لا تحتوي على أي اختلافات في الجهد تقريبًا ، ولكن قد لا تزال تحتوي على اختلافات في طاقة الخرج والتيار.
الدوائر
دائرة التيار المستمر هي دائرة كهربائية تتكون من أي مجموعة من مصادر الجهد الثابت ومصادر التيار الثابت والمقاومات . في هذه الحالة، تكون جهدات وتيارات الدائرة مستقلة عن الزمن. لا يعتمد جهد أو تيار دائرة معين على القيمة السابقة لأي جهد أو تيار دائرة. وهذا يعني أن نظام المعادلات التي تمثل دائرة التيار المستمر لا تتضمن تكاملات أو مشتقات فيما يتعلق بالزمن.
إذا تمت إضافة مكثف أو محث إلى دائرة تيار مستمر، فإن الدائرة الناتجة ليست، بالمعنى الدقيق للكلمة، دائرة تيار مستمر. ومع ذلك، فإن معظم هذه الدوائر لها حل تيار مستمر. يعطي هذا الحل للدائرة الفولتية والتيارات عندما تكون الدائرة في حالة تيار مستمر ثابتة . يتم تمثيل هذه الدائرة بنظام من المعادلات التفاضلية . يحتوي حل هذه المعادلات عادةً على جزء متغير زمنيًا أو مؤقتًا بالإضافة إلى جزء ثابت أو ثابت. هذا الجزء الثابت هو حل التيار المستمر. هناك بعض الدوائر التي لا تحتوي على حل تيار مستمر. مثالان بسيطان هما مصدر تيار ثابت متصل بمكثف ومصدر جهد ثابت متصل بمحث.
في مجال الإلكترونيات، من الشائع الإشارة إلى الدائرة التي يتم تشغيلها بواسطة مصدر جهد مستمر مثل البطارية أو خرج مصدر طاقة التيار المستمر كدائرة تيار مستمر على الرغم من أن المقصود هو أن الدائرة تعمل بالتيار المستمر.
في دائرة التيار المستمر، يحتوي مصدر الطاقة (مثل البطارية أو المكثف وما إلى ذلك) على طرف موجب وآخر سالب، وبالمثل، يحتوي الحمل أيضًا على طرف موجب وآخر سالب. لإكمال الدائرة، يجب أن تتدفق الشحنات الموجبة من مصدر الطاقة إلى الحمل. ستعود الشحنات بعد ذلك إلى الطرف السالب للحمل، والذي سيتدفق بعد ذلك إلى الطرف السالب للبطارية، لإكمال الدائرة. إذا تم فصل الطرف الموجب أو السالب، فلن تكتمل الدائرة ولن تتدفق الشحنات.
في بعض تطبيقات دوائر التيار المستمر، لا تهم القطبية، مما يعني أنه يمكنك توصيل الموجب والسالب بشكل معكوس وستظل الدائرة مكتملة وسيظل الحمل يعمل بشكل طبيعي. ومع ذلك، في معظم تطبيقات التيار المستمر، تهم القطبية، وسيؤدي توصيل الدائرة بشكل معكوس إلى عدم عمل الحمل بشكل صحيح.
التطبيقات
المباني السكنية والتجارية
يوجد التيار المستمر بشكل شائع في العديد من تطبيقات الجهد المنخفض للغاية وبعض تطبيقات الجهد المنخفض ، وخاصةً حيث يتم تشغيلها بواسطة البطاريات أو أنظمة الطاقة الشمسية (نظرًا لأن كلاهما يمكنه إنتاج تيار مستمر فقط).
تتطلب معظم الدوائر أو الأجهزة الإلكترونية مصدر طاقة مستمر .
عادةً ما تحتوي التركيبات المنزلية للتيار المستمر على أنواع مختلفة من المقابس والموصلات والمفاتيح والتجهيزات عن تلك المناسبة للتيار المتناوب. ويرجع هذا في الغالب إلى انخفاض الفولتية المستخدمة ، مما يؤدي إلى تيارات أعلى لإنتاج نفس كمية الطاقة .
من المهم عادةً مع أجهزة التيار المستمر ملاحظة القطبية، ما لم يكن الجهاز مزودًا بجسر ثنائي لتصحيح ذلك.
السيارات
تستخدم معظم تطبيقات السيارات التيار المستمر. توفر بطارية السيارة الطاقة لبدء تشغيل المحرك والإضاءة ونظام الإشعال والتحكم في المناخ ونظام المعلومات والترفيه من بين أمور أخرى. المولد هو جهاز تيار متردد يستخدم مقومًا لإنتاج تيار مستمر لشحن البطارية. تستخدم معظم مركبات الركاب على الطرق السريعة أنظمة 12 فولت اسميًا . تستخدم العديد من الشاحنات الثقيلة أو المعدات الزراعية أو معدات تحريك الأرض بمحركات الديزل أنظمة 24 فولت. في بعض المركبات القديمة، تم استخدام 6 فولت، كما هو الحال في فولكس فاجن بيتل الكلاسيكية الأصلية . في مرحلة ما، تم النظر في نظام كهربائي 42 فولت للسيارات، لكن هذا لم يجد استخدامًا كبيرًا. لتوفير الوزن والأسلاك، غالبًا ما يتم توصيل الإطار المعدني للسيارة بقطب واحد من البطارية واستخدامه كموصل عائد في الدائرة. غالبًا ما يكون القطب السالب هو اتصال "الأرض" للهيكل، ولكن يمكن استخدام الأرض الموجبة في بعض المركبات ذات العجلات أو البحرية. في السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية ، يوجد عادةً نظامان منفصلان للتيار المستمر. يعمل نظام التيار المستمر "منخفض الجهد" عادةً عند 12 فولت، ويخدم نفس الغرض كما هو الحال في مركبة بمحرك احتراق داخلي. [10] يعمل نظام "الجهد العالي" عند 300-400 فولت (حسب السيارة)، ويوفر الطاقة لمحركات الجر . [11] يؤدي زيادة الجهد لمحركات الجر إلى تقليل التيار المتدفق من خلالها، مما يزيد من الكفاءة.
اتصالات
تستخدم معدات الاتصالات الهاتفية مصدر طاقة قياسيًا بقوة −48 فولت تيار مستمر. يتم تحقيق القطبية السلبية عن طريق تأريض الطرف الموجب لنظام إمداد الطاقة ومجموعة البطاريات . يتم ذلك لمنع ترسبات التحليل الكهربائي . تحتوي تركيبات الهاتف على نظام بطارية لضمان الحفاظ على الطاقة لخطوط المشتركين أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
يمكن تشغيل أجهزة أخرى من نظام الاتصالات DC باستخدام محول DC-DC لتوفير أي جهد مناسب.
تتصل العديد من الهواتف بزوج مجدول من الأسلاك، وتستخدم وصلة تحيز لفصل مكون التيار المتردد للجهد بين السلكين (إشارة الصوت) داخليًا عن مكون التيار المستمر للجهد بين السلكين (المستخدم لتشغيل الهاتف).
نقل الطاقة ذات الجهد العالي
تستخدم أنظمة نقل الطاقة الكهربائية ذات التيار المستمر عالي الجهد (HVDC) التيار المستمر لنقل الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة، على النقيض من أنظمة التيار المتناوب الأكثر شيوعًا. بالنسبة للنقل لمسافات طويلة، قد تكون أنظمة التيار المستمر عالي الجهد أقل تكلفة وتعاني من خسائر كهربائية أقل.
آخر
إن التطبيقات التي تستخدم خلايا الوقود (خلط الهيدروجين والأكسجين معاً باستخدام محفز لإنتاج الكهرباء والماء كمنتجات ثانوية) تنتج أيضاً التيار المستمر فقط.
تكون الأنظمة الكهربائية للطائرات الخفيفة عادةً بجهد 12 فولت أو 24 فولت تيار مستمر، على غرار السيارات.
انظر أيضا
- تخزين وتخزين الكربون
- تحيز التيار المستمر
- التيار الكهربائي
- نقل الطاقة الكهربائية ذات التيار المستمر عالي الجهد .
- نظام التلغراف المحايد ذو التيار المستمر
- رموز القطبية
- لوحة شمسية
- حالة الصحة
- حالة الشحنة
- بطارية ذكية
- نظام إدارة البطارية
مراجع
- ^ Andrew J. Robinson, Lynn Snyder-Mackler (2007). Clinical Electrophysiology: Electrotherapy and Electrophysiologic Testing (الطبعة الثالثة). Lippincott Williams & Wilkins . ص. 10. ISBN 978-0-7817-4484-3.
- ^ NN Bhargava و DC Kulshrishtha (1984). Basic Electronics & Linear Circuits. Tata McGraw-Hill Education . ص 90. ISBN 978-0-07-451965-3.
- ^ الرابطة الوطنية للإضاءة الكهربائية (1915). دليل عداد الكهرباء. دار نشر ترو. ص 81.
- ^ ميل جورمان. "تشارلز ف. بروش وأول نظام إنارة شوارع كهربائية عام في أمريكا". تاريخ أوهايو . 70. مطبعة جامعة ولاية كنت : 142.[ رابط ميت دائم ]
- ^ "Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta – grants.hhp.coe.uh.edu". مؤرشف من الأصل في 2017-08-28 . تم الاسترجاع في 2017-05-29 .
- ^ بريثوبت ، جيم (2010). فيزياء . بالجريف ماكميلان. ص. 175. ردمك 9780230231924.
- ^ "آلة Pixii التي اخترعها هيبوليت بيكسي، مختبر المجال المغناطيسي العالي الوطني". مؤرشف من الأصل في 2008-09-07 . تم استرجاعه في 2008-06-12 .
- ^ "الشكل الأول للضوء الكهربائي تاريخ مصباح القوس الكربوني (1800-1980)".
- ^ روجر س. آموس، جيفري ويليام أرنولد دومر (1999). قاموس نيونس الإلكتروني (الطبعة الرابعة). نيونس. ص. 83. رقم ISBN 0-7506-4331-5.
- ^ برادان، إس كيه؛ تشاكرابورتي، بي. (2022-07-01). "استراتيجيات إدارة البطارية: مراجعة أساسية لتقنيات مراقبة حالة البطارية الصحية". مجلة تخزين الطاقة . 51 : 104427. doi :10.1016/j.est.2022.104427. ISSN 2352-152X.
- ^ Arcus, Christopher (8 July 2018). "فحص حزم بطاريات Tesla Model 3 وChevy Bolt". CleanTechnica . تم الاسترجاع في 6 يونيو 2022 .
روابط خارجية
الوسائط المتعلقة بـ التيار المباشر في ويكيميديا كومنز- AC/DC: ما الفرق بينهما؟ أرشيف 2017-08-26 على موقع Wayback Machine – PBS Learning Media
- تم أرشفة إمدادات التيار المستمر والتيار المتردد في 2016-12-28 على موقع Wayback Machine – ITACA
