تنتج بطارية سيارتك التيار المستمر DC ليعمل على تشغيل المكونات الكهربائية والإلكترونية. ومع ذلك، تتطلب السيارة تدفق التيارالمتردد AC من دينمو السيارة لتجديد شحن البطارية ، والإمداد بجهد كهربائي لتشغيل المصابيح والمسجل ونظام الملاحة GPS والمكيف وباقي الأجهزة في السيارة. تحتوي السيارة على كلا التيارين ولكنها تستخدم التيار المستمر. لذا من المهم فهم الفرق بين التيار المتردد AC والتيار المستمرDC ؟ ما هي مزايا وعيوب وتطبيقات كل منهما ؟.
قبل أن نخوض في التفاصيل من المهم أن نوضح لك ما هو التيار الكهربائي ؟ ما هو الجهد الكهربائي ، لأن كل المصطلحات من أساسيات كهرباء السيارات. لا داعي للقلق لن نخوص في التفاصيل الفيزيائية المعقدة ، سنبسط الشرح حتى تستوعب المفاهيم. لتبسيط مفهوم الكهرباء نحتاج إلى فهم تكوين المادة .
مكونات المادة
تتشكل المادة من وحدات صغيرة جدا تسمى الذرة. تتكون الذرة من مزيج من 3 جسيمات: الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. تحتوي كل ذرة على نواة مركزية ، حيث يتم تجميع البروتونات والنيوترونات معا بكثافة. يحيط بالنواة مجموعة من الإلكترونات التي تتحرك في مدار خارجي حولها.
1-النيترونات
هي أجزاء من الذرة لا تملك أي شحنة،( محايدة التكهرب ) وتوجد في نواة الذرة، وهي ثابتة لا تتحرك.
2-البروتونات
هي كذلك أجزاء من الذرة لكنها تحمل شحنة موجبة ( + )، وتوجد في منتصف نواة الذرة وأيضا هي ساكنة لا تتحرك.
3-الالكترونات
هي أصغر جزء من الذرة، تتحرك في مدار خارجي حولها ، شحنتها سالبة ( - ) .
ما هو الموصل والعازل الكهربائي
الالكترونات المسموح لها بالتنقل والحركة بين الذرات تسمى : إلكترونات حرة، وهي المسؤولة عن خلق الكهرباء، كيف ذلك؟ هذا ما سنشرحه في الفقرات التالية. أتمنى أن تتابع القراءة فهذا المقال مهم جدا لك خصوصا إذا كنت تريد تعلم كهرباء السيارات. يمكن تقسيم المواد الى :
المواد الموصلة
وهي التي تتكون ذراتها على أكبر قدر من الالكترونات الحرة، مثل : النحاس، الحديد، الفضة الذهب، الالمنيوم، القصدير.
المواد العازلة
وهي المواد التي تكبح إنتقال الإلكترونات بين ذراتها ، وهذا ما يفسر بعدم قابليتها لتوصيل التيار الكهربائي، مثل: الخشب، الزجاج، البلاستيك، الصوف، المطاط، الورق.
ما هو التيار الكهربائي
تنشئ كل من الإلكترونات والبروتونات حقولا كهربائية تسمى شحنات كهربائية، وتنقسم إلى نوعين شحنات موجبة ( + ) وتكون محمولة من البروتونات وشحنات سالبة ( - ) تكون محمولة من الإلكترونات.
تتمتع الإلكترونات والبروتونات بخاصية التجاذب والتنافر، بمعنى أن الإلكترونات تتجاذب مع البروتونات، لكن الالكترونات تتنافر مع مثيلاتها والبروتونات أيضا تتنافر مع مثيلاتها.
فإذا انتقل إلكترون أو أكثر من ذرة إلى أخرى قل عدد الإلكترونات في الأولى فأصبحت موجبة ( + ) وزاد عددها في الأخرى فأصبحت سالبة ( - ) ، وهذا ما يمكن تسميته عملية تدفق الشحنة الكهربائية أو انتقال سيل من الإلكترونات وتحركها من نقطة " أ " الى نقط " ب " عبر الموصلات ، أو ما يصطلح عليه بالتيار الكهربائي. وحدة قياس التيار المستمر هي الأمبير Ampere ، يتواجد في أجهزة الفحص : ( الملتمتر ) أو ( الفولطمتر ).
ما هو الجهد الكهربائي
أما الجهد الكهربائي فهو كمية الطاقة الدافعة للإلكترونات للتحرك من القطب السالب إلى القطب الموجب عبر الموصل، وتقاس بالفولط رمزها : V ، ويتواجد أيضا في أجهزة الفحص : ( الملتمتر ) أو ( الفولطمتر) .
التيار المتردد AC
يسمى كذلك التيار المتغير أو المتناوب وبالانجليزية Alternating current ، رمز التيار المتردد AC . الفرق بين التيار المتردد AC والتيار المستمرDC هو أن التيار المتناوب يتميز بأنه يغير من قيمته وإتجاهه ( قطبيته ) على فترات أو دورات منتظمة ما بين 50 أو 60 مرة في الثانية ، وهذا ما يجعلنا نفهم لماذا لا يهم عكس الأقطاب في الأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد. يشار الى التيار المتردد بالشكل المنحني أو الموجي، كما تشاهد في الشكل التالي :
تمثل هذه الخطوط المنحنية الدورات الكهربائية، وتتم قراءة القياس بالهرتز Hertz، ويرمز له ب HZ .
إستعمالات التيار المتردد
تعتبر الطاقة الكهربائية الأكثر استخدامًا والأكثر تفضيلًا للأجهزة المنزلية التي تتطلب جهد عالى ، مثل الكمبيوتر، المحركات الكهربائية ، كما يستخدم في المنشآت الصناعية والمنازل والمكاتب والمباني. تم اختباره لأول مرة ، بناءً على مبادئ العالم مايكل فاراداي في عام 1832م حيث قام بإنتاجه باستخدام المولد الكهربائي أو الدينامو الذي إبتكره.
خصائص التيار المتردد
- توليد ونقل التيار المتناوب لمسافات طويلة أمر سهل نسبيًا.
- التيار المتردد قادر على تشغيل المحركات الكهربائية التي تستخدم في الثلاجات والغسالات وما إلى ذلك.
- رخيص نسبيًا لرفع أو خفض جهد التيار من خلال المحولات الكهربائية.
- مقدار الطاقة المفقودة أثناء تحويل أو توزيع التيار الكهربائي يكون ضيئل مقارنة بالتيار المستمر.
عيوب التيار المتردد
- كلما زاد الجهد كانت الحاجة أكبر للعوازل وتدابير السلامة التي تكلف الكثير من المال.
- إمكانية حدوث حرائق وصدمات كهربائية لأن مولدات التيار المتردد تحتاج إلى إنتاج تيارات عالية.
مصادر التيار المتردد
- المولدات الكهربائية الضخمة
-الطاقة المستخرجة من مياه الأنهار والسدود
- الطاقة الريحية
- الوقود الأحفوري
ما هو التيار المستمر DC
يسمى كذلك التيار المباشر وبالانجليزية Direct current ، ويرمز له ب DC . على عكس التيار المتردد ، في التيار المستمر تتدفق الإلكترونات بثبات في إتجاه واحد إلى الأمام فقط، يعني من القطب الموجب إلى السالب. شكل التيار المستمر DC عبارة عن خط مستقيم لا يتغير مع الزمن. كما هو مبين في الشكل التالي :
إستخدامات التيار المستمر
كل شيء يعمل بالبطارية ويستخدم محول تيار متردد أثناء توصيله بالحائط أو يستخدم كبل USB للطاقة يعتمد على التيار المستمر، ومنها الأجهزة الإلكترونية الإستهلاكية. من الأمثلة على ذلك :
-الهواتف المحمولة
-المصابيح الكهربائية
-أجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة (يدخل التيار المتردد إلى التلفزيون ويتم تحويله إلى تيار مستمر).
- السيارات الكهربائية
مصادر التيار المستمر
- البطاريات الكهربائية
- دارات التحكم الالكترونية
- أنظمة الطاقة الشمسية
- مولد التيار المستمر ( الدينمو )
- المحول المستخدم في الآلآت الكهربائية
خصائص التيار المستمر
- جودة عالية للطاقة
- تكلفة تركيب مخفضة، مع موصلات نحاسية أقل ، ومساحة أصغر
- سهولة التكامل والإندماج مع مصادر الطاقة المتجددة
- سهولة التخزين في نطاق مضغوط لإستخدامه عند الحاجة، وهذا يزيد ويحسن من كثافتها
عيوب التيار المستمر
- فقد كبير للطاقة عند نقله لمسافات طويلة
- صعوبة تحويل التيار المستمر من جهد منخفض الى جهد عالي والعكس
هكذا وصلنا إلى نهاية شرح الفرق بين التيار المتردد AC والتيار المستمرDC ، كل نوع له خصائصه ومميزاته. في سيارتنا الشائع هو إستعمال التيار المباشر، نظرا لأنه الأجهزة الكهربائية والإلكترونية منخفضة الجهد . ويبقى الجدل والإختلاف قائما حول أيهما أفضل للإستعمال في حياتنا اليومية. في نظرك أيهما تراه الأحسن للإستخدام التيار المستمر DC أو التيار المتردد AC.