محرك أحادي القطب

المحرك أحادي القطب هو محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر وله قطبان مغناطيسيان ، حيث يقطع موصلاه دائمًا خطوط التدفق المغناطيسي أحادية الاتجاه عن طريق تدوير موصل حول محور ثابت بحيث يكون الموصل عموديًا على مجال مغناطيسي ثابت . ولأن القوة الناتجة مستمرة في اتجاه واحد، فإن المحرك أحادي القطب لا يحتاج إلى مبدل، ولكنه مع ذلك يتطلب حلقات انزلاق . ^{[ 1 ]} تشير كلمة "أحادي القطب" إلى أن القطبية الكهربائية للموصل وأقطاب المجال المغناطيسي لا تتغير (أي أنه لا يتطلب تبديلًا).

عند تشغيله في الاتجاه المعاكس، يُعرف الجهاز باسم مولد أحادي القطب ، ويقوم بتوليد الكهرباء من الحركة الدورانية.

كان المحرك أحادي القطب أول محرك كهربائي يُصنع. وقد أثبت مايكل فاراداي تشغيله عام 1821 في المؤسسة الملكية بلندن. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

في عام ١٨٢١، بعد فترة وجيزة من اكتشاف الفيزيائي والكيميائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد لظاهرة الكهرومغناطيسية ، حاول همفري ديفي والعالم البريطاني ويليام هايد ولاستون تصميم محرك كهربائي ، لكنهما فشلا . ^{[ ٥ ]} بعد أن تحدّاه ديفي على سبيل المزاح ، شرع فاراداي في بناء جهازين لإنتاج ما أسماه "الدوران الكهرومغناطيسي". أحد هذين الجهازين، المعروف الآن باسم المحرك أحادي القطب ، كان يُحدث حركة دائرية مستمرة ناتجة عن القوة المغناطيسية الدائرية حول سلك يمتد إلى حوض من الزئبق حيث وُضع مغناطيس. ثم يدور السلك حول المغناطيس عند تزويده بتيار كهربائي من بطارية كيميائية. شكّلت هذه التجارب والاختراعات أساس تكنولوجيا الكهرومغناطيسية الحديثة. وفي غمرة حماسه، نشر فاراداي نتائج أبحاثه. أدى ذلك إلى توتر علاقته مع ديفي، بسبب غيرة ديفي من إنجازات فاراداي، وهو السبب وراء تكليف فاراداي بأنشطة أخرى، مما حال دون مشاركته في أبحاث الكهرومغناطيسية لعدة سنوات. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

وصف بي جي لام في عام 1913 آلة أحادية القطب بقدرة 2000  كيلوواط، وجهد 260 فولت، وتيار 7700 أمبير، وسرعة دوران 1200 دورة في الدقيقة، مزودة بـ 16 حلقة انزلاق تعمل بسرعة محيطية تبلغ 67  مترًا في الثانية. وتم تركيب مولد أحادي القطب بقدرة 1125  كيلوواط، وجهد 7.5 فولت، وتيار 150000 أمبير، وسرعة دوران 514 دورة في الدقيقة، تم بناؤه عام 1934، في مصنع للصلب في الولايات المتحدة لأغراض لحام الأنابيب. ^{[ 8 ]}

تتميز المحركات أحادية القطب بعزم دوران عالٍ، وقد اقتُرح استخدامها مع مراوح السفن. ^{[ 9 ]} بدأت التجارب على هذه المحركات باستخدام الموصلية الفائقة في ستينيات القرن العشرين ^{[ 10 ]} ، وما زالت مستمرة في القرن الحادي والعشرين. ^{[ 11 ]}

يُدار المحرك أحادي القطب بقوة لورنتز . عند وضع موصل يمر به تيار كهربائي في مجال مغناطيسي عمودي على اتجاه التيار، فإنه يتعرض لقوة في الاتجاه العمودي على كل من المجال المغناطيسي والتيار. تُشكل هذه القوة عزم دوران يُولد حركة حول محور الدوران. ^{[ 12 ]} ولأن محور الدوران موازٍ للمجال المغناطيسي، ولأن قطبية المجالين المغناطيسيين المتعاكسين ثابتة، فلا حاجة إلى تبديل التيار لاستمرار دوران الموصل. تتحقق هذه البساطة بسهولة أكبر في تصميمات اللفة الواحدة، مما يجعل المحركات أحادية القطب غير مناسبة لمعظم التطبيقات العملية.

كغيرها من الآلات الكهروميكانيكية، يتميز المحرك أحادي القطبية بخاصية الانعكاس: فإذا تم تدوير الموصل ميكانيكيًا، فإنه سيعمل كمولد أحادي القطبية ، منتجًا جهد تيار مستمر بين طرفي الموصل. وينتج هذا التيار المستمر نتيجةً لطبيعة التصميم أحادي القطبية. وقد خضعت مولدات أحادية القطبية (HPGs) لأبحاث مكثفة في أواخر القرن العشرين كمصادر طاقة تيار مستمر منخفضة الجهد وعالية التيار، وحققت بعض النجاح في تشغيل مدافع السكك الحديدية التجريبية .

يُعدّ المحرك أحادي القطب سهل الصنع. يُستخدم مغناطيس دائم لتوفير المجال المغناطيسي الخارجي الذي يدور فيه الموصل، وتُمرّر بطارية تيارًا كهربائيًا عبر سلك موصل. ليس من الضروري أن يتحرك المغناطيس، أو حتى أن يكون على اتصال ببقية أجزاء المحرك؛ فغرضه الوحيد هو توفير مجال مغناطيسي يتفاعل مع المجال المغناطيسي الناتج عن التيار في السلك. يمكن تثبيت المغناطيس بالبطارية والسماح للسلك الموصل بالدوران بحرية مع إغلاق الدائرة الكهربائية عن طريق ملامسة الجزء العلوي من البطارية والمغناطيس المثبت في الجزء السفلي منها. قد يسخن السلك والبطارية إذا تم تشغيلهما باستمرار. ^{[ 13 ]}

• 
  محرك أحادي القطب ثلاثي الأبعاد
• 
  محرك أحادي القطب ثنائي الأبعاد
• 
  التيار وخطوط المجال المغناطيسي وقوة لورنتز على المحرك أحادي القطب
• فيديو
• فيديو

• مدفع كهرومغناطيسي
• محرك ذو محامل كروية
• مغناطيس

• مولدات متجانسة الأقطاب
• عجلة بارلو
• قوة لورنتز
• محرك كهربائي ثنائي القطب

• لورين، بول؛ كورسون، ديل ر. (1979). الكهرومغناطيسية . سان فرانسيسكو: دبليو إتش فريمان. ISBN 0-7167-0064-6.
• باركر، إيرل راندال؛ كولومبو، أومبرتو (1973). علم المواد المستخدمة في التكنولوجيا المتقدمة . وايلي. ISBN 978-0-471-66350-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-10-2025 .
• ثوم، آر جيه؛ كريدون، دبليو؛ ريد، إم؛ بولز، إي؛ شوبل، كيه (2002). تطوير تقنية المحركات أحادية القطب . المجلد  1. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. doi : 10.1109/PESS.2002.1043229 . ISBN 978-0-7803-7518-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-10-2025 .