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 X_L) 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 X_L؟

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

X_L = 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 X_L بالتناسب المباشر مع f ومع L أيضاً. يبين الشكل 3-4 مخططات "عَمومية" لهذه العلاقات.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]