تحميل الأسس النظرية للهندسة الكهربائية للمدارس الفنية. دليل مرجعي لأساسيات الهندسة الكهربائية والإلكترونيات: كتاب مدرسي للتخصصات غير الكهروتقنية للجامعات. العلاقة بين الكميات الثلاث المدروسة في الدائرة مستمرة باستمرار

لنبدأ بمفهوم الكهرباء. التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة تحت تأثير المجال الكهربائي. يمكن أن تعمل الإلكترونات الحرة للمعدن كجسيمات إذا كان التيار يتدفق عبر سلك معدني ، أو أيونات إذا كان التيار يتدفق في غاز أو سائل.
يوجد أيضًا تيار في أشباه الموصلات ، لكن هذا موضوع منفصل للمناقشة. مثال على ذلك هو محول الجهد العالي من فرن الميكروويف - أولاً ، تمر الإلكترونات عبر الأسلاك ، ثم تتحرك الأيونات بين الأسلاك ، على التوالي ، يمر التيار أولاً عبر المعدن ، ثم عبر الهواء. تسمى المادة الموصل أو أشباه الموصلات إذا كانت تحتوي على جسيمات قادرة على حمل شحنة كهربائية. إذا لم يكن هناك مثل هذه الجسيمات ، فإن هذه المادة تسمى عازل ، فهي لا توصل الكهرباء. تحمل الجسيمات المشحونة شحنة كهربائية تقاس بـ q في كولوم.

تسمى وحدة قياس القوة الحالية أمبير ويُشار إليها بالحرف I ، ويتشكل تيار قدره 1 أمبير عند المرور عبر نقطة دائرة كهربائيةشحنة مقدارها 1 كولوم في الثانية ، أي تقريبًا ، يتم قياس القوة الحالية بوحدة كولوم في الثانية. وفي الواقع ، القوة الحالية هي كمية الكهرباء المتدفقة لكل وحدة زمنية عبر المقطع العرضي للموصل. كلما زادت الجسيمات المشحونة عبر السلك ، زاد التيار المقابل.

لجعل الجسيمات المشحونة تنتقل من قطب إلى آخر ، من الضروري إنشاء فرق جهد بين القطبين أو - الجهد. يُقاس الجهد بالفولت ويُشار إليه بالحرف V أو U. للحصول على جهد 1 فولت ، تحتاج إلى نقل شحنة 1 C بين القطبين ، أثناء القيام بعمل 1 J. أوافق ، إنه أمر غير مفهوم بعض الشيء .

من أجل الوضوح ، تخيل وجود خزان ماء على ارتفاع معين. يخرج أنبوب من الخزان. يتدفق الماء عبر الأنبوب تحت تأثير الجاذبية. دع الماء يكون شحنة كهربائية ، ويكون ارتفاع عمود الماء هو الجهد وسرعة تدفق الماء كهرباء. بتعبير أدق ، ليس معدل التدفق ، ولكن كمية المياه المتدفقة في الثانية. أنت تدرك أنه كلما ارتفع مستوى الماء ، زاد الضغط في الأسفل وكلما زاد الضغط في الأسفل ، زاد تدفق الماء عبر الأنبوب ، لأن السرعة ستكون أعلى .. وبالمثل ، كلما زاد الجهد ، ال أكثر حداثةسوف تتدفق في الدائرة.

تحدد العلاقة بين جميع الكميات الثلاثة المدروسة في دائرة التيار المستمر قانون أوم ، والذي يتم التعبير عنه بمثل هذه الصيغة ، ويبدو أن التيار في الدائرة يتناسب طرديًا مع الجهد ، ويتناسب عكسياً مع المقاومة. كلما زادت المقاومة ، قل التيار ، والعكس صحيح.

اسمحوا لي أن أضيف بضع كلمات أخرى عن المقاومة. يمكن قياسه ولكن يمكن حسابه. افترض أن لدينا موصلًا بطول ومساحة معروفين مقطع عرضي. مربع ، دائري ، أيا كان. المواد المختلفة مختلفة المقاومة النوعية، وبالنسبة للموصل التخيلي لدينا مثل هذه الصيغة التي تحدد العلاقة بين الطول ومنطقة المقطع العرضي والمقاومة. يمكن العثور على مقاومة المواد على الإنترنت في شكل جداول.

يمكنك مرة أخرى رسم تشابه مع الماء: يتدفق الماء عبر أنبوب ، دع الأنبوب يكون له خشونة محددة. من المنطقي أن نفترض أنه كلما كان الأنبوب أطول وأضيق ، قل تدفق المياه خلاله لكل وحدة زمنية. انظر كيف بسيط هو؟ لا تحتاج حتى إلى حفظ الصيغة ، فقط تخيل أنبوبًا به ماء.

بالنسبة لقياس المقاومة ، فأنت بحاجة إلى جهاز ، مقياس الأومتر. في الوقت الحاضر ، أصبحت الأجهزة العالمية أكثر شيوعًا - أجهزة القياس المتعددة ، فهي تقيس المقاومة والتيار والجهد ومجموعة من الأشياء الأخرى. لنقم بتجربة. سآخذ قطعة من سلك نيتشروم بطول معروف ومنطقة المقطع العرضي ، وأجد المقاومة في الموقع الذي اشتريته منه وأحسب المقاومة. الآن سأقيس نفس القطعة بمساعدة الجهاز. لمثل هذه المقاومة الصغيرة ، سأضطر إلى طرح مقاومة مجسات جهازي ، والتي تساوي 0.8 أوم. هذا هو!

يتم تقسيم مقياس المالتيميتر على حجم القيم المقاسة ، ويتم ذلك من أجل دقة قياس أعلى. إذا كنت أرغب في قياس مقاومة 100 kΩ ، فأنا أدر المقبض إلى أقرب مقاومة أعلى. في حالتي ، هذا 200 كيلو أوم. إذا كنت أرغب في قياس 1 كيلو أوم ، فأنا أضع 2 كوم. هذا صحيح بالنسبة لقياس الكميات الأخرى. أي أن حدود القياس التي تحتاج إلى الحصول عليها يتم تعيينها على المقياس.

دعنا نواصل اللعب بالمقياس المتعدد ونحاول قياس باقي الكميات المدروسة. سآخذ بعض المصادر المختلفة. التيار المباشر. فليكن مصدر طاقة 12 فولت ومنفذ USB ومحول صنعه جدي في شبابه.

يمكننا قياس الجهد في هذه المصادر في الوقت الحالي عن طريق توصيل الفولتميتر بالتوازي ، أي مباشرة مع موجب وناقص من المصادر. مع التوتر ، كل شيء واضح ، يمكن أخذه وقياسه. لكن لقياس قوة التيار ، تحتاج إلى إنشاء دائرة كهربائية يتدفق من خلالها التيار. يجب أن يكون هناك مستهلك أو حمل في الدائرة الكهربائية. دعنا نربط المستهلك بكل مصدر. شريحة قطاع الصماموالمحرك والمقاوم على (160 اوم).

دعونا نقيس التيار المتدفق في الدوائر. للقيام بذلك ، أقوم بتبديل جهاز القياس المتعدد إلى وضع القياس الحالي وتحويل المسبار إلى الإدخال الحالي. يتم توصيل مقياس التيار الكهربائي في سلسلة بالكائن المقاس. هنا هو الرسم التخطيطي ، يجب أيضًا تذكره وعدم الخلط بينه وبين توصيل الفولتميتر. بالمناسبة ، هناك شيء مثل المشابك الحالية. إنها تسمح لك بقياس التيار في الدائرة دون الاتصال مباشرة بالدائرة. أي أنك لست بحاجة إلى فصل الأسلاك ، فقط قم برميها على السلك وقياسها. حسنًا ، عد إلى مقياس التيار المعتاد.

لذلك ، قمت بقياس كل التيارات. الآن نحن نعرف مقدار التيار المستهلك في كل دائرة. هنا لدينا مصابيح LED متوهجة ، وهنا المحرك يدور ، وهنا .... لذا قف ، ولكن ماذا يفعل المقاوم؟ لا يغني لنا الأغاني ، ولا يضيء الغرفة ولا يدور بأي آلية. إذن ما الذي ينفق عليه ما يصل إلى 90 ملي أمبير؟ لن ينجح ذلك ، دعنا نرى. استمع لي! عفوًا ، إنه مثير! هذا هو المكان الذي تذهب فيه الطاقة! هل من الممكن حساب نوع الطاقة الموجودة هنا بطريقة ما؟ اتضح - إنه ممكن. تم اكتشاف القانون الذي يصف التأثير الحراري للتيار الكهربائي في القرن التاسع عشر من قبل عالمين ، جيمس جول وإميل لينز.

يسمى القانون قانون جول لينز. يتم التعبير عنه بهذه الصيغة ، ويوضح عدديًا عدد جول الطاقة التي يتم إطلاقها في الموصل الذي يتدفق فيه التيار ، لكل وحدة زمنية. من هذا القانون ، يمكنك العثور على القوة التي يتم إطلاقها على هذا الموصل ، يتم الإشارة إلى القوة خطاب باللغة الإنجليزية R يقاس بالواط. لقد وجدت هذا الجهاز اللوحي الرائع جدًا الذي يربط بين جميع الكميات التي درسناها حتى الآن.

وهكذا ، على طاولتي ، تذهب الطاقة الكهربائية إلى الإضاءة ، لأداء الأعمال الميكانيكية وتسخين الهواء المحيط. بالمناسبة ، بناءً على هذا المبدأ ، تعمل العديد من السخانات والغلايات الكهربائية ومجففات الشعر ومكواة اللحام وما إلى ذلك. يوجد حلزون رفيع في كل مكان ، والذي يسخن تحت تأثير التيار.

يجب أن تؤخذ هذه اللحظة في الاعتبار عند توصيل الأسلاك بالحمل ، أي أن مد الأسلاك في المقابس حول الشقة مدرج أيضًا في هذا المفهوم. إذا كنت تأخذ سلكًا رقيقًا جدًا للمخرج وقمت بتوصيل جهاز كمبيوتر وغلاية وميكروويف في هذا المنفذ ، يمكن أن يسخن السلك إلى نقطة نشوب حريق. لذلك ، هناك مثل هذه اللوحة التي تربط منطقة المقطع العرضي للأسلاك بأقصى طاقة تمر عبر هذه الأسلاك. إذا قررت سحب الأسلاك - لا تنسى ذلك.

في إطار هذه المسألة أيضًا ، أود أن أذكر ميزات الاتصال المتوازي والمتسلسل للمستهلكين الحاليين. في اتصال تسلسليالقوة الحالية هي نفسها على جميع المستهلكين ، والجهد مقسم إلى أجزاء ، والمقاومة الإجمالية للمستهلكين هي مجموع كل المقاومة. في اتصال موازيةالجهد على جميع المستهلكين هو نفسه ، ويتم تقسيم القوة الحالية ، ويتم حساب المقاومة الإجمالية باستخدام هذه الصيغة.

تتبع نقطة مثيرة للاهتمام للغاية من هذا ، والتي يمكن استخدامها لقياس القوة الحالية. لنفترض أنك بحاجة إلى قياس التيار في الدائرة بحوالي 2 أمبير. لا يتعامل مقياس التيار الكهربائي مع هذه المهمة ، لذا يمكنك استخدام قانون أوم في أنقى صوره. نحن نعلم أن القوة الحالية هي نفسها عند الاتصال في سلسلة. خذ مقاومًا بمقاومة صغيرة جدًا وأدخله في سلسلة مع الحمولة. دعونا نقيس الجهد عليها. الآن ، باستخدام قانون أوم ، نجد القوة الحالية. كما ترون ، فإنه يتزامن مع حساب الشريط. الشيء الرئيسي الذي يجب تذكره هنا هو أن هذا المقاوم الإضافي يجب أن يكون صغيرًا قدر الإمكان حتى يكون له تأثير ضئيل على القياسات.

هناك جدا آخر نقطة مهمةالتي تحتاج إلى معرفتها. جميع المصادر لها أقصى تيار خرج ، إذا تم تجاوز هذا التيار ، فقد يسخن المصدر ويفشل ، وفي أسوأ الحالات ، قد يشتعل النيران. النتيجة الأكثر ملاءمة هي عندما يكون للمصدر حماية ضد التيار الزائد ، وفي هذه الحالة سيتم ببساطة إيقاف التيار. كما نتذكر من قانون أوم ، كلما انخفضت المقاومة ، زاد التيار. بمعنى ، إذا أخذنا قطعة من السلك كحمل ، أي أغلقنا المصدر من نفسه ، فإن التيار في الدائرة سوف يقفز إلى قيم ضخمة، وهذا يسمى ماس كهربائى. إذا كنت تتذكر بداية الإصدار ، فيمكنك رسم تشبيه بالماء. إذا عوضنا عن المقاومة الصفرية في قانون أوم ، فسنحصل على تيار كبير بشكل لا نهائي. في الممارسة العملية ، بالطبع ، هذا لا يحدث ، لأن المصدر لديه مقاومة داخلية متصلة في سلسلة. يسمى هذا القانون قانون أوم لدائرة كاملة. وبالتالي ، فإن تيار الدائرة القصيرة يعتمد على قيمة المقاومة الداخلية للمصدر.

لنعد الآن إلى الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن ينتجه المصدر. كما قلت ، فإن القوة الحالية في الدائرة تحدد الحمل. كتب لي الكثيرون على VK وسألوا شيئًا كهذا ، أبالغ فيه قليلاً: سانيا ، لدي مصدر طاقة 12 فولت و 50 أمبير. إذا قمت بتوصيل قطعة صغيرة من شريط LED بها ، ألن تحترق؟ لا ، بالطبع لن يحترق. 50 أمبير هو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن للمصدر توصيله. إذا قمت بتوصيل قطعة من الشريط بها ، فستأخذ جيدًا ، دعنا نقول 100 مللي أمبير ، وهذا كل شيء. سيساوي التيار في الدائرة 100 مللي أمبير ، ولن يحترق أحد في أي مكان. شيء آخر هو ، إذا أخذت كيلومترًا واحدًا من شريط LED وقمت بتوصيله بمصدر الطاقة هذا ، فسيكون التيار هناك أعلى من المسموح به ، ومن المرجح أن يسخن مزود الطاقة ويفشل. تذكر أن المستهلك هو الذي يحدد مقدار التيار في الدائرة. يمكن أن توفر هذه الكتلة 2 أمبير كحد أقصى ، وعندما أقصرها على الترباس ، لا يحدث شيء للمسمار. لكن مصدر الطاقة لا يعجبه ، فهو يعمل فيه الظروف القاسية. ولكن إذا أخذت مصدرًا قادرًا على توصيل عشرات الأمبيرات ، فلن يحب الترباس هذا الموقف.

دعنا ، على سبيل المثال ، نحسب مصدر الطاقة المطلوب لتشغيل جزء معروف من شريط LED. لذلك ، اشترينا ملفًا من شريط LED من الصينيين ونريد تشغيل ثلاثة أمتار من هذا الشريط بالذات. أولاً ، نذهب إلى صفحة المنتج ونحاول معرفة عدد الواط الذي يستهلكه متر واحد من الشريط. لم أتمكن من العثور على هذه المعلومات ، لذلك توجد مثل هذه العلامة. دعونا نرى أي نوع من الشريط لدينا. الثنائيات 5050 ، 60 قطعة لكل متر. ونلاحظ أن القوة تساوي 14 واط لكل متر. أريد 3 أمتار ، لذا ستكون الطاقة 42 واط. يُنصح بأخذ مصدر الطاقة بهامش 30٪ من حيث الطاقة حتى لا يعمل في وضع حرج. نتيجة لذلك ، نحصل على 55 واط. سيكون أقرب مصدر طاقة مناسب 60 واط. من معادلة الطاقة ، نعبر عن القوة الحالية ونجدها ، مع العلم أن المصابيح تعمل بجهد 12 فولت. اتضح أننا بحاجة إلى كتلة بتيار 5 أمبير. نذهب ، على سبيل المثال ، إلى علي ، ونجد ، ونشتري.

من المهم جدًا معرفة الاستهلاك الحالي عند صنع أي من منتجات USB محلية الصنع. الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أخذه من USB هو 500 مللي أمبير ، ومن الأفضل عدم تجاوزه.

وأخيراً ، القليل عن السلامة. هنا يمكنك معرفة القيم التي تعتبر الكهرباء غير ضارة بحياة الإنسان.

في الحياة اليومية ، نتعامل باستمرار مع الكهرباء. بدون تحريك الجسيمات المشحونة ، يكون عمل الأدوات والأجهزة التي نستخدمها مستحيلًا. ومن أجل التمتع الكامل بإنجازات الحضارة هذه وضمان خدمتها على المدى الطويل ، فأنت بحاجة إلى معرفة وفهم مبدأ العمل.

تجيب الهندسة الكهربائية على الأسئلة المتعلقة بإنتاج واستخدام الطاقة الحالية لأغراض عملية. ومع ذلك ، ليس من السهل على الإطلاق وصف العالم غير المرئي لنا بلغة يسهل الوصول إليها ، حيث يسود التيار والجهد. لهذا السبب المنح في طلب مستمر"الكهرباء للدمى" أو "الهندسة الكهربائية للمبتدئين".

ماذا يدرس هذا العلم الغامض ، وما هي المعارف والمهارات التي يمكن اكتسابها نتيجة تطورها؟

وصف تخصص "الأسس النظرية للهندسة الكهربائية"

يمكنك رؤية الاختصار الغامض "TOE" في سجلات الطالب للتخصصات الفنية. هذا هو بالضبط العلم الذي نحتاجه.

يمكن اعتبار تاريخ ميلاد الهندسة الكهربائية الفترة التاسع عشر في وقت مبكرالقرن عندما تم اختراع أول مصدر تيار مباشر. أصبحت الفيزياء أمًا لفرع المعرفة "حديثي الولادة". أثرت الاكتشافات اللاحقة في مجال الكهرباء والمغناطيسية هذا العلم بحقائق ومفاهيم جديدة ذات أهمية عملية كبيرة.

الخاص بي نظرة حديثةكصناعة مستقلة ، تم تبنيها في نهاية القرن التاسع عشر ، ومنذ ذلك الحين متضمن في منهاج دراسيالجامعات التقنيةويتفاعل بنشاط مع التخصصات الأخرى. لذلك ، من أجل الدراسة الناجحة للهندسة الكهربائية ، من الضروري أن يكون لديك قاعدة معرفية نظرية من الدورة المدرسية للفيزياء والكيمياء والرياضيات. في المقابل ، تعتمد مثل هذه التخصصات المهمة على TOE ، مثل:

• الالكترونيات والراديو الالكترونيات.
• الميكانيكا الكهربائية.
• الطاقة وهندسة الإضاءة وما إلى ذلك.

التركيز الرئيسي للهندسة الكهربائية هو ، بالطبع ، التيار وخصائصه. علاوة على ذلك ، تخبر النظرية المجالات الكهرومغناطيسية وخصائصها وتطبيقها العملي. في الجزء الأخير من النظام ، تتم تغطية الأجهزة التي تعمل فيها الإلكترونيات النشطة. بعد أن أتقن هذا العلم ، سوف يفهم الكثير في العالم من حوله.

ما هي أهمية الهندسة الكهربائية اليوم؟ لا يمكن لعمال الكهرباء الاستغناء عن معرفة هذا الانضباط:

• عامل الكهرباء؛
• مجرب؛
• طاقة.

إن الوجود الكلي للكهرباء يجعل من الضروري لشخص عادي بسيط أن يدرسها حتى يكون شخصًا متعلمًا ويكون قادرًا على تطبيق معرفته في الحياة اليومية.

من الصعب أن تفهم ما لا يمكنك رؤيته و "الشعور به". معظم الكتب المدرسية الكهربائية مليئة بالمصطلحات الغامضة والمخططات المرهقة. لذلك ، غالبًا ما تظل النوايا الحسنة للمبتدئين في دراسة هذا العلم مجرد خطط.

في الواقع ، تعد الهندسة الكهربائية علمًا مثيرًا للاهتمام ، ويمكن ذكر الأحكام الرئيسية للكهرباء بلغة يسهل الوصول إليها للدمى. إذا تعاملت مع العملية التعليمية بشكل خلاق وبالعناية الواجبة ، فستصبح أشياء كثيرة مفهومة ومثيرة. فيما يلي بعض النصائح المفيدة لتعلم الكهرباء للدمى.

رحلة إلى عالم الإلكترونات يجب أن تبدأ بالتعلم الأسس النظرية - المفاهيم والقوانين. احصل على برنامج تعليمي ، مثل "الهندسة الكهربائية للدمى" ، والذي سيتم كتابته بلغة تفهمها ، أو العديد من هذه الكتب المدرسية. التوفر أمثلة جيدةوالحقائق التاريخية تنوع عملية التعلم وتساعد على استيعاب المعرفة بشكل أفضل. يمكنك التحقق من تقدمك بمساعدة العديد من الاختبارات والواجبات وأسئلة الامتحان. عد مرة أخرى إلى تلك الفقرات التي ارتكبت فيها أخطاء أثناء الفحص.

إذا كنت متأكدًا من أنك قد درست القسم المادي للتخصص بشكل كامل ، فيمكنك الانتقال إلى مادة أكثر تعقيدًا - وصف الدوائر الكهربائيةوالأجهزة.

هل تشعر بما يكفي من "الذكاء" من الناحية النظرية؟ حان الوقت لتطوير المهارات العملية. يمكن العثور بسهولة على المواد اللازمة لإنشاء أبسط الدوائر والآليات في متاجر الأدوات الكهربائية والمنزلية. لكن، لا تتعجل لبدء النمذجة على الفور- تعرف أولاً على قسم "السلامة الكهربائية" حتى لا تضر بصحتك.

للحصول على فائدة عملية من معرفتك المكتشفة حديثًا ، حاول إصلاح الأجهزة المنزلية المعطلة. تأكد من دراسة متطلبات التشغيل ، أو اتباع التعليمات ، أو دعوة كهربائي متمرس ليكون شريكك. لم يحن وقت التجريب بعد ، ولا ينبغي العبث بالكهرباء.

جرب ، لا تتسرع ، كن فضوليًا ومجتهدًا ، ادرس جميع المواد المتاحة ثم من "الحصان الأسود" سوف يتحول التيار الكهربائي إلى صديق لطيف ومخلصلك. وربما يمكنك حتى إجراء اكتشاف كهربائي مهم وتصبح ثريًا ومشهورًا بين عشية وضحاها.

نوصي بالقراءة

القياسات والحسابات

قضية الفتى الساقط في بالشيخا: تفاصيل جديدة وأسئلة جديدة كيف تتقدم قضية الصبي المخمور

لإنتاج

اخسر 3 كجم في شهرين

أجهزة أخرى

أليكسي بانين - السيرة الذاتية والصور والأفلام والفضائح والحياة الشخصية للممثل أليكسي بانين السيرة الذاتية والحياة الشخصية والزوجة

لإنتاج

الكعوب المتشققة - الأسباب والعلاج في المنزل

التشريعات والقوانين

هاجم رجل مخمور صحفي NTV على الهواء مباشرة

تصاعد

غسل الصحون وصحتك استعراض الجنية لغسل الصحون