3.4 الوشائع (الصفحة 162)

 

0020

 

 

 

 

قمنا كعادتنا باستخدام طريقة المرجع المجهول. لكن إن استخدمنا طريقة معاكسة للمرجع المجهول، فتأخذ المعادلة 3.28 الشكل:

(3.29)

 

تقاس الذاتية بواحدة الهنري (. نتعامل في العادة مع أجزاء الهنري والتي تتراوح بين الميكروهنري (µH) وصولا إلى بعض العشرات من الهنري.

 

الشكل 3.16 الشكل الكهربائي والعلاقة (v-i) في الوشيعة.

مبدأ طوفان السوائل

يمكن تشبيه مبدأ عمل الوشيعة بعطالة السائل المار عبر أنبوب اختلاف الضغط بين نهايتي الأنبوب تقابل اختلاف الجهد، ومعدل الطوفان أو سرعة السائل تقابل التيار. إذا نجد أن تسارع السائل يقابل معدل تغير التيار. نلاحظ أن الفرق في الضغط بين نهايتي الأنبوب يظهر فقط عندما يكون معدل الطوفان في ازدياد أو تناقص.

إحدى الحالات التي نصادف فيها تأثير عطالة السوائل هي عندما نقوم بالإغلاق المفاجئ للصمام الذي يمر منه السائل (عادة ما يكون الصمام لولبيا)، مما يسبب قطعا مباشرا لمرور السائل. فعلى سبيل المثال، في الغسالات، يسبب الاختلاف المفاجئ في سرعة سحب الماء ضغطا شديدا يمكن أن ينتج عنه انفجار أو اهتزاز أنبوب الماء. وهو تماما ما يحدث كهربائيا عندما يتم قطع التيار عن الوشيعة بشكل مفاجئ، حيث يظهر فرق كبير في الكمون بين طرفي الوشيعة. يتم استخدام هذه الخاصية في نظام التشغيل لمحركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين، حيث يتم رفع جهد البطارية ليصل إلى قيمة كبيرة جدا قادرة على توليد شرارة كهربائية تبدأ عملية الاحتراق.

 

التيار بدلالة الكمون

لنفرض أننا نعلم القيمة البدائية للتيار  وقيمة الكمون  على طرفي وشيعة ما. ولنفرض أيضا أننا نريد حساب قيمة التيار في المجال الزمني .

بإعادة ترتيب العلاقة 3.28، نحصل على

(3.30)

 

بمكاملة الطرفين، نجد أن

(3.31)

 

لاحظ أن التكامل على الطرف اليميني للمعادلة 3.31 يتم بالنسبة للزمن. كما أن حدود التكامل هي الزمن البدائي  والزمن المتغير t. أما التكامل على الطرف اليساري للمعادلة فيتم بالنسبة للتيار وحدود التكامل تقابل التيار عند اللحظات الزمنية الموجودة على الطرف الأيمن. بإجراء التكامل والتعويض والترتيب، نحصل على

الإعلانات

3.1. المكثفات (الصفحة 145)

0003

 

 

بذات النسبة التي يتم فيها تجميع الالكترونات في الطبقة السفلية. ولهذا السبب يظهر التيار وكأنه يمر عبر المكثفة. بينما يتم بناء الشحنة, يظهر فرق في الكمون على طرفي المكثفة.

نقول عن الشحنة المتراكمة في إحدى الطبقات أنها مخزنة في المكثفة, لكن المجموع الجبري لكامل الشحنات الموجودة في المكثفة دائما يساوي الصفر وذلك لأن قيمة الشحنة الموجبة في إحدى اللبوسين تساوي قيمة الشحنة السالبة على اللبوس الثاني.

 

مبدأ طوفان السوائل

بمقارنة مبدأ عمل المكثفة مع مبدأ طوفان السوائل, نجد أن المكثفة تمثل خزانا يحتوي على غشاء مرن يفصل بين المدخل والمخرج كما في الشكل 3.2(b). عندما يمر السائل عبر المدخل, يتمدد الغشاء الموجود مما يخلق قوة (تماثل كمون المكثفة) تقوم بمنع دخول المزيد من السائل. كما أن كمية السائل الموجودة في منطقة تغير شكل الغشاء (بين وضعه الأصلي ووضعه الجديد) تكافئ كمية الشحنة المخزنة على أحد لبوسي المكثفة.

 

الشحنة المخزنة بدلالة الكمون

كمية الشحنة q المخزنة في مكثفة مثالية, تتناسب طردا مع الكمون الظاهر على طرفيها:

(3.1)

 

ثابت التناسب هو سعة المكثفة C والتي تقاس بالفاراد (F). حيث أن الفاراد يكافئ “كولون لكل فولت”.

لكي يكون كلامنا دقيقا يجب ذكر أن الشحنة q هي القيمة المطلقة للشحنة على اللبوس المحدد كالنقطة الموجبة لمرجع الكمون v. ولذلك ستكون الشحنة ذات قيمة موجبة إذا كان الكمون عند هذه النقطة موجبا, وستكون الشحنة سالبة فيما إذا كان الكمون عند هذه النقطة (المرجع الموجب للكمون) سالبا.

واحدة الفاراد كبيرة جدا بالنسبة للمكثفات, حيث أنه في أغلب التطبيقات نتعامل مع مكثفات تتراوح سعاتها ما بين البيكوفاراد أما المكثفات التي سعتها من رتبة الفيمتوفاراد femtofarad () فهي المسؤولة عن محدودية أداء الحواسيب.