الفيزياء

المفاعلة المستحثّة

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

في أي دارة تيار مستمرّ، تشكّل المقاومةُ كميةً سلّميّة، وباعتبار فولطية تيار مستمر ثابتة، وبالانسجام مع قانون أوم، يتناقص التيار مع تزايد المقاومة.

ويصلح نفس القانون في حالة تيار متناوب ومقاومة صافية.ٍ

ومع ذلك، تصبح حالة التيار المتناوب معقّدة في حالة مكون يمتلك حيث ذاتي (Inductance) (مثل وشيعة سلك) أو سعةَ مكثفة (Capacitance)  (مثل زوج من صفائح معدنية كبيرة قريبة من بعضها من دون أن تمسّ بعضها).

دعنا نتفحّص الآن حالة الحث الذاتي، وسنرى لاحقاً في هذا الفصل ماذا يحصل مع السعة.

 

المستحثّات والتيار

إذا قمنا بلفّ طول سلك على شكل وشيعة (صانعين بذلك منه مستحثّاً) ووصلناها إلى منبع تيار مستمرّ، يمرّر السلك الملتف تياراً كهربائياً I يساوي نسبة E/R حيث يمثل I التيارَ بالأمبير و Eفولطيةَ التيار المستمر بين نهايتي السلك بالفولط وR مقاومةَ السلك للتيار المستمرّ بالأوم.

وتصبح الوشيعة ساخنة لأن الطاقة تتبدد في السلك، وإذا زدنا فولطية وحدة التغذية ، يصبح السلك أكثر سخونة. وعلى الأرجح، إذا تركنا السلك موصولاً إلى وحدة تغذية مهمة خلال فترة زمنية كافية، فإنه يمكن أن ينصهر بسبب الحرارة.

لنفترض أننا نغير الفولطيةَ المطبقة على الوشيعة من تيار مستمر إلى تيار متناوب، ولنبدأ عند تيار متناوب منخفض التردّد، ولنقل عدداً صغيراً من الهرتز (Hz) ونزيد التردّد تدريجياً حتى عدة كيلو هرتز (kHz) وبعد ذلك إلى عدة ميغا هرتز (MHz) وأخيراً إلى مجال الغيغا هرتز (GHz).

وعند كل تردّد خلال العملية، تُظهر الوشيعة مفاعلةً حثية (Inductive Reactance) ما ( يرمز لها XL) تَبرُز على شكل "تباطؤ كهربائي". وبسبب هذا "التباطؤ"، يحتاج التيار بعض الزمن للظهور في الوشيعة عندما تحدث كل دورة فولطية.

 

يعبر المهندسون عن المفاعلة الحثية للتيار المتناوب بواسطة الأوم، تماماً، كما يفعلون مع مقاومة التيار المستمر. وتسمى الوحدة المعيارية للحث الذاتي بـالهنري ويُرمز لها بواسطة الحرف الكبير غير المائل H.

مع استمرار زيادة تردّد التيار المتناوب في التجربة الموصوفة أعلاه، سنصل إلى نقطة لا يقدر التيّار عندها على بناءً نفسِه جيّداً داخل الوشيعة قبل أن ينعكس استقطاب الفولطية. ومع زيادة الفولطية أكثر، يغدو هذا التأثيرُ أكثرَ وضوحاً.

وفي النهاية، إذا أصبح التردّد عالياً بشكلٍ كافٍ، فلن تقترب الوشيعة من تمرير تيار مهم مع كل دورة فولطية. لهذا، لن يمرّ على الأغلب أي تيار في الوشيعة التي ستبقى باردة حتى إذا تمكنت وحدة التغذية من تقديم كثير من القدرة التي يمكن أن تصهر الوشيعة في ما لو كانت مصدر تيار مستمرّ.

 

فكرة مفيدة: يمكن أن تتغير مفاعلة مُستحثّ من الصفر إلى عدد من الميغا أوم، ومثل المقاومة الصافية، تؤثّر المفاعلة المستحثة في التيار في دارة تيار متناوب، لكن، بخلاف المقاومة الصافية، تتغير المفاعلة المستحثة مع التردّد.

 

كيف يتغير XL؟

إذا مثلنا (بالهرتز) تردّد مصدر تيار متناوب بواسطة f، ومثلنا الحث الذاتي لوشيعة (بالهنري) بواسطة L، يمكننا عندها حساب المفاعلة المستحثة XL (بالأوم) باستعمال العلاقة

XL = 2πfL

حيث يساوي π مقدار 3.14159. وتصلح هذه العلاقة إذا حددنا f بالكيلو هرتز و L بـالملّي هنري (mH) حيث 1 mH= 0.001 H.

وينطبق ذلك أيضاً إذا أعطينا f بالميغا هرتز و L بـالميكرو هنري (μH) حيث 1 μH = 0.000001 H. إذا جعلنا الحث الذاتي ثابتاً، تزداد المفاعلة المستحثة مع زيادة تردّد التيار المتناوب، وإذا جعلنا تردّد التيار المتناوب ثابتاً، تزداد المفاعلة المستحثة مع زيادة الحث الذاتي.

 

ألا تزال تكافح؟

تتغير قيمة XL بالتناسب المباشر مع f ومع L أيضاً. يبين الشكل 3-4 مخططات "عَمومية" لهذه العلاقات.

مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى