التيار المتردد: التعريف، الخصائص، والتطبيقات
ما هو التيار المتردد؟
التيار المتردد (AC) هو تيار كهربائي يتغير اتجاهه ومقداره بشكل دوري. على عكس التيار المستمر (DC)، الذي يتدفق في اتجاه واحد فقط، يمكن استخدام التيار المتردد لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة مع خسارة طاقة أقل. كما أن التيار المتردد هو الشكل الأكثر شيوعًا للطاقة الكهربائية التي تستخدمها معظم الأجهزة المنزلية عند توصيلها بمقبس الجدار.
يمكن أن يختلف شكل موجة التيار المتردد اعتمادًا على المصدر والحمل. الشكل الأكثر شيوعًا للموجة هو الموجة الجيبية، والتي لها شكل ناعم ومتوازن. تتضمن أشكال الموجات الأخرى الموجات المربعة والمثلثية والموجات المنشارية، والتي لها خصائص وتطبيقات مختلفة.
كيف يتم قياس التيار المتردد؟
إحدى الطرق لقياس التيار المتردد هي استخدام قيمته الجذر التربيعي المتوسط (RMS). قيمة RMS لموجة التيار المتردد هي القيمة المكافئة للتيار المستمر التي ستنتج نفس كمية الحرارة في المقاوم. يمكن حساب قيمة RMS عن طريق تربيع القيم الفورية لموجة التيار المتردد، ثم أخذ المتوسط على دورة واحدة، وأخيراً أخذ الجذر التربيعي.
قيمة RMS لموجة التيار المتردد الجيبية تساوي قيمتها القصوى مقسومة على الجذر التربيعي لاثنين:
قيمة RMS لموجة التيار المتردد المربعة تساوي قيمتها القصوى:
قيمة RMS لموجة التيار المتردد المثلثية تساوي قيمتها القصوى مقسومة على الجذر التربيعي لثلاثة:
قيمة RMS لموجة التيار المتردد المنشارية تساوي قيمتها القصوى مقسومة على الجذر التربيعي لستة:
طريقة أخرى لقياس التيار المتردد هي استخدام تردده. تردده لموجة التيار المتردد هو عدد الدورات أو الفترات التي تحدث في الثانية الواحدة. وحدة التردد هي الهيرتز (Hz)، مما يعني دورات في الثانية. على سبيل المثال، تكمل موجة التيار المتردد بتردد 60 هرتز 60 دورة في الثانية الواحدة.
يتعلق تردده لموجة التيار المتردد بفترة الدورة، وهي الوقت الذي يستغرقه لإكمال دورة واحدة. يمكن حساب الفترة بقسمة الثانية على التردد:
يمكن حساب التردد بقسمة الثانية على الفترة:
لماذا يتم استخدام التيار المتردد؟
للتيار المتردد العديد من المزايا على التيار المستمر في نقل وتوزيع الطاقة. بعض هذه المزايا هي:
سهولة التوليد: يمكن توليد التيار المتردد بسهولة عن طريق تدوير ملف من الأسلاك في حقل مغناطيسي أو عن طريق تدوير مغناطيس حول ملف من الأسلاك. هذا لا يتطلب أي محولات أو مستقيمات، والتي تكون ضرورية لتوليد التيار المستمر.
الجهد التحويل: يمكن رفع أو خفض الجهد بسهولة باستخدام محولات، وهي أجهزة تستخدم الاستقراء المغناطيسي لتغيير مستويات الجهد والتيار في دارة التيار المتردد. هذا يسمح بنقل التيار المتردد بجهود عالية وتيارات منخفضة، مما يقلل من فقدان الطاقة بسبب مقاومة الأسلاك. كما أنه يسمح بتوصيل التيار المتردد بجهود وتيارات مختلفة لتطبيقات وأجهزة مختلفة.
عامل القوة تصحيح: يمكن تعديل التيار المتردد لتحسين عامل القوة، وهو مقياس لكيفية استخدام الدارة للتيار المتردد بكفاءة. يُعرف عامل القوة بأنه نسبة القوة الحقيقية (القوة التي تقوم بأعمال مفيدة) إلى القوة الظاهرية (ناتج جداء الجهد والتيار). عامل قوة منخفض يعني أن بعض القوة تُهدر كقوة رد فعلية (القوة التي تتذبذب بين المصدر والحمل). يمكن أن تسبب القوة الرد فعلية تقلبات في الجهد والتسخين والتلف المتزايد في الدارة. يمكن تحسين عامل القوة بإضافة مكثفات أو
