جریان متناوب (AC)

توضیحات:

  • به نام خدا

    جریان متناوب به­ معنی شار بار الکتریکی­ ای است که به­ طور تناوبی جهت عوض می­کند. در نتیجه، سطح ولتاژ نیز همراه جریان برعکس می­شود. AC برای تامین برق خانه ها، ساختمان­ها، دفاتر و غیره استفاده می­شود.

    در شاخه های مختلف فیزیک و در پدیده های مرتبط با انتقال ، “شار” در تعریفی کلی و خلاصه به معنای جا به جایی یک حجم از کمیتی جابه‌جا شونده مانند آب، شار الکتریکی و یا جریان الکتریکی از یک سطح خاص در واحد زمان است.

     

    تولید جریان AC
    AC توسط دستگاهی که متناوب­ ساز نامیده می­شود، قابل تولید است. این دستگاه یک ژنراتور الکتریکی مخصوص است که برای تولید جریان متناوب طراحی شده است.

    در این دستگاه یک حلقه سیم درون میدان مغناطیسی چرخانده می­شود، که باعث القای جریان الکتریکی داخل سیم می­شود. انرژی چرخش سیم توسط منابع مختلفی مثل توربین بخار، توربین باد، جریان آب و غیره تامین می­شود. چون سیم گردش می­کند و متناوباً وارد قطبیت­ های مغناطیسی متفاوت می­شود، ولتاژ و جریانِ درون سیم نیز تناوب می­کند.

    برای تولید AC در مجموعه­ ای از لوله­ های آب، از ویژگی­های مکانیکی یک پیستون استفاده می­کنیم که آب را داخل لوله عقب و جلو می­برد (جریان “متناوب” فرضی ما).

     

    شکل امواج جریان AC
    تا زمانی که جریان و ولتاژ متناوب باشند، AC می­تواند به ­شکل تعدادی موج باشد. اگر یک نوسان­ نما به مدار AC وصل و ولتاژ آن­را رسم کنیم، پس از مدتی طولانی ممکن است شکل­های مختلفی از امواج را ملاحظه کنیم. موج سینوسی متداول­ترین نوع AC است. AC در بیشتر خانه­ ها و دفاتر، ولتاژی نوسان­ کننده دارد که موجی سینوسی تولید می­کند.


    موج سینوسی

    شکل­های دیگر AC عبارتند از موج مربعی و موج مثلثی. امواج مربعی اغلب در دستگاه­های الکترونیکی دیجیتال و سوئیچ­ دار استفاده می­ شوند و عملکرد آن­ها را آزمایش می­کند.


    موج مربعی

    امواج مثلثی برای آزمایش وسایل الکتریکی خطی مثل آمپلی فایرها مفید هستند.


    موج مثلثی

    توصیف موج سینوسی
    اغلب نیاز است که موج AC را به زبان ریاضی توصیف کنیم. برای این مثال، موج سینوسی متداول را استفاده می­کنیم. یک موج سینوسی سه قسمت دارد: فرکانس، دامنه نوسان و فاز.

    با نگاه به ولتاژ، می­توانیم معادله­ای ریاضی برای موج سینوسی ارائه کنیم:

    V (t) = Vp sin (2πft + Ø )

    V(t) ولتاژ ما است به عنوان تابعی از زمان، به این معنی که با تغییر زمان، ولتاژ هم تغییر می­کند.

    VP دامنه نوسان است. این کمیت بیشترین ولتاژی را که موج سینوسی ما در هر یک از دو جهت به­ دست می ­آورد، نشان می­دهد؛ به این معنی که ولتاژ می­تواند VP+ ولت و VP- ولت باشد.

    تابع ()sin می­گوید که ولتاژ به شکل یک موج سنوسی متناوب خواهد بود، که نوسانی هموار حول 0V دارد.

    2π ثابتی است که فرکانس را از دور (هرتز) به فرکانس زاویه­ای (رادیان در ثانیه) تبدیل می­کند.

    f فرکانس موج سینوسی است. این کمیت با واحد هرتز یا تعداد در ثانیه، ارائه می­شود.

    t متغیر مستقل ماست: زمان (به ثانیه). با تغییر زمان، شکل موج تغییر می­کند.

    φ فاز موج سینوسی را توصیف می­کند. فاز معیاری است که نشان می­دهد شکل موج نسبت به زمان چقدر جابه ­جا می­شود. این کمیت اغلب به­ صورت عددی بین 0 و 360 ­درجه داده می­شود. به­ دلیل ماهیت تناوبی موج سینوسی، اگر موج 360 درجه جابه­ جا شود، مجدداً همان موج به­ دست می­ آید، انگار که 0 درجه جابه­­جا شده باشد. برای سادگی، در ادامه این مقاله آموزشی فرض می­کنیم فاز 0 درجه است.

    می­توانیم به پریز مورد اعتمادمان به عنوان مثالی خوب برای نشان دادن عملکرد موج AC رجوع کنیم. در ایالات متحده، برق تامین­ شده برای منزل AC با ولتاژ حدکثر 170 (دامنه نوسان) و 60 هرتز (فرکانس) است. با جایگذاری این اعداد در فرمول بالا معادله زیر را بدست می ­آوریم:

    V (t) = 170 sin (2π60t )

    می­توانیم از یک ماشین ­حساب دم ­دستی برای رسم نمودار این معادله استفاده کنیم. اگر هم ماشین حسابی دم­ دستمان نبود می­توانیم از یک نرم­ افزار رسم رایگان آنلاین مثل Desmos استفاده کنیم.

     

    کاربردهای جریان AC
    پریزهای برق تقریباً در تمام خانه ­ها و دفاتر از AC استفاده می­کنند، به این دلیل که تولید و ارسال برق AC به فواصل دور نسبتاً آسان است. در ولتاژهای بالا، مثلاً فراتر از 110kV، انرژی کمتری در انتقال توان الکتریکی هدر می­رود. ولتاژ بالاتر یعنی شدت جریان کمتر، و شدت جریان کمتر یعنی حرات تولیدی کمتر در اثر مقاومت در خط انتقال برق. ولتاژ بالای AC توسط ترانسفورماتورها به آسانی پایین آورده می­شود.

    AC همچنین قادر به تامین برق موتورهای الکتریکی است. موتورها و ژنراتورها دقیقا یک دستگاه هستند، اما موتورها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می­کنند. این کار برای بسیاری از وسیله ­ها مثل یخچال، ماشین ظرف­شویی و غیره، که با AC کار می­کنند، مفید است.


  • تهیه و تنظیم توسط آند کیش
    تماس : 09123139086
    انتشار مطلب در :