ما هو الفرق بين دارات التيار المتناوب ودارات التيار المستمر

ما هو الفرق بين المقاومة في دارات التيار المتناوب ودارات التيار المستمر؟

ما هو الفرق بين المقاومة في دارات التيار المتناوب ودارات التيار المستمر؟

نشرت بواسطة:Mario Rahal في علوم الالكترونيات 2014/11/12 2 تعليقات 7194 زيارة

كما يعلم العديد من طلاب الهندسة (أو حتى طلاب المدارس الثانوية والإعدادية)، فإن المقاومة Resistance هي أحد الخواص الأساسية لأي مادة، وهي الخاصية التي تقيس قدرة المادة على ممانعة وإعاقة مرور التيار الكهربائي عبرها. وبالنسبة للدارات الكهربائية، فإن المقاومة أحد أهم الخواص الكهربائية التي يجب معرفتها، فأي جزء من الدارة الكهربائية أو الإلكترونية له قيمة مقاومة معينة، طبعاً لطبيعته، وكمثال على المواد التي تتمتع بقيمةٍ عالية للمقاومة: الخشب، الهواء، الميكا، الزجاج، التنغستين، وغيرها. إذاً، ولأية مادة في الطبيعة، هنالك قيمة طبيعية للمقاومة ندعوها بالـ “مقاومة الأومية” والتي تعبر عن قدرة هذه المادة على إعاقة مرور الشحنات الكهربائية فيها، طبعاً لبنيتها وطبيعتها، وبغض النظر عن أي تأثيرٍ آخر.

وفي مجال الكهرباء، تقاس المقاومة بواحدة “الأوم Ohm”، فالأوم الواحد هو قيمة المقاومة الكهربائية لعنصر أو جزء من دارة، عندما يمر فيه تيار كهربائي قيمته 1 آمبير، وعندما يكون فرق الجهد (أو التوتر) على طرفيه مساوياً لفولط واحد، ويمكن التعبير عن ذلك ببساطة باستخدام القانون التالي:

R = V / I

Ohm = Volt / Amp

السؤال الآن: هل هنالك فرق في طبيعة المقاومة التي يبديها عنصر أو جزء من دارةٍ كهربائية، باختلاف طبيعة التيار الكهربائي المار؟ هل هنالك اختلاف بماهية المقاومة بين دارات التيار الكهربائي المتناوب ودارات التيار المستمر أم لا؟

في الواقع، فإنه وفقاً للتعريف البسيط للمقاومة الكهربائية، فإنها بكلا الحالتين ستكون نفسها: سواء مر تيار كهربائي مستمر أو تيار كهربائي متناوب، فإن المقاومة هي خاصية إعاقة مرور التيار الكهربائي ضمن عنصر أو جزء من دارة. ولكن هنالك اختلاف من حيث العناصر المشاركة بهذه الإعاقة. وهذا ما سنوضحه بشكلٍ أكثر في الفقرات التالية.

المقاومة في دارات التيار المتناوب AC Resistance
عندما نتعامل مع دارات التيار المتناوب Alternating Current، فإننا نسمي المقاومة بـ “الممانعة Impedance”. والممانعة هي عبارة عن المقاومة الكلية التي تبديها الدارة الكهربائية وكافة العناصر المشكلة لها. لماذا قلنا المقاومة الكلية؟ لأن المكثفات والملفات (بشكلٍ أساسي) تؤثر على التيار الكهربائي المتناوب المار فيها وتساهم بإعاقته. فعند مرور تيار كهربائي متناوب ضمن سلك أو جزء من دارة، فإنه سيؤدي لنشوء حقل مغناطيسي عبر هذا السلك، وباتجاهٍ معاكس لمرور التيار الكهربائي، مما يساهم بإعاقةٍ إضافية لمرور التيار الكهربائي بالإضافة لقيمة المقاومة الأصلية للسلك نفسه. هذه الإعاقة تسمى بالـ “ممانعة التحريضية” للسلك أو الملف ضمن دارات التيار المتناوب، وهي الخاصية التي يتصف بها السلك (أو الملف) بحيث يعيق أي زيادة أو نقصان في قيمة التيار الكهربائي أو تدفق عبره. نحن نعلم أن الممانعة التحريضية تحصل فقط في دارات التيار المتناوب، وذلك لأن مطال التيار متغير باستمرار.

الممانعة التحريضية Inductive Reactance: هي الخاصية التي يتمتع بها سلك أو ملف في دارات التيار المتناوب، والتي تمانع وتعيق حدوث تغيراتٍ في التيار الكهربائي. يتم قياس الممانعة التحريضية بواحدة الأوم، وهي تشكلٍ قيمة إضافية للممانعة الكلية لمرور التيار الكهربائي المتناوب، وغالباً ما يشار إليها بالرمز XL.
الممانعة السعوية Capacitive Reactance: بشكلٍ مشابهٍ للمانعة التحريضية، فإن المكثف الكهربائي يقوم بإعاقة مرور التيار الكهربائي المتناوب عبر ممانعته السعوية، والتي سببها الخاصية الأهم للمكثف الكهربائي، وهي السعة. تقاس الممانعة السعوية أيضاً بواحدة الأوم، وهي تضاف لقيمة المقاومة الأومية والممانعة التحريضية من أجل حساب الممانعة الكلية لدارةٍ كهربائية أو جزء منها. غالباً ما يشار للممانعة السعوية بالرمز Xc.

قياس المقاومة في دارات التيار المتناوب:
كما قلنا سابقاً، فإن المقاومة في دارات التيار المتناوب تدعى “الممانعة” ويستخدم الحرف “Z” للدلالة عليها وهي أيضاً تقاس بواحدة الأوم. ومن أجل حساب ممانعة دارة أو جزء منها، سنميز بين الحالات التالية:
– في حال كانت الدارة عبارة عن مقاومة أومية بحتة، أي لا يوجد أي أثر تحريضي أو سعوي، تكون الممانعة هي نفسها المقاومة الأومية:

Z = R

– في حال كانت الدارة ذات أثر تحريضي، فإن الممانعة الكلية لها تكون:

Z = √ (R² + X_L²)

– في حال كانت الدارة ذات أثر سعوي، فإن الممانعة الكلية لها تكون:

Z = √ (R² + X_C²)

– في حال كانت الدارة ذات أثر سعوي وتحريضي، فإن الممانعة الكلية لها تكون:

Z = √ (R² + (X_L– X_C)²

يجب أن تعلم أن:
– قانون حساب الممانعة التحريضية: XL = 2πfL، حيث (L) هي قيمة الممانعة بواحدة الهنري H، و(f) هو تردد التيار المتناوب المار ويقاس بالهرتز.
– قانون حساب الممانعة السعوية: Xc = 1/2πfC، حيث (C) هي قيمة السعة بواحدة الفاراد F.

المقاومة في دارات التيار المستمر DC Resistance
ما هي قيمة تردد التيار المستمر؟ معدومة، وهل تتغير شدته مع الزمن؟ كلا! إذاً، في دارات التيار المستمر لن يكون هنالك أي معنى للممانعة السعوية أو التحريضية، طالما أن تردد التيار معدوم، فإن الممانعة السعوية ستكون لا نهائية (المكثف لا يمرر التيار الكهربائي المستمر) والممانعة التحريضية ستكون معدومة. الأثر التحريضي سيبقى موجوداً لأن مرور الشحنات الكهربائية بأي سلك سيؤدي لنشوء حقل مغناطيسي، ولكنه سيكون ذو شدةٍ ثابتة وغير متغيرة مع الزمن.
بالتالي، وكنتيجة، فإننا في دارات التيار المستمر نتعامل فقط مع المقاومة الأومية الأصلية لمادة السلك أو الحمل أو أي جزء من دارة، ولا نتعامل مع أي شكلٍ لآخر للممانعة أو المقاومة الناتجة عن الآثار السعوية أو التحريضية.
بالنسبة لقياس المقاومة في دارات التيار المستمر، فهي تتم باستخدام قانون أوم البسيط الذي ذكرناه ببداية المقال R = V/I.