فهم الدارات الكهربائية في التيار المستمر

الدارات الكهربائية في التيار المستمر أساس العديد من الأنظمة الكهربائية التي نواجهها في حياتنا اليومية، من الأجهزة الإلكترونية إلى التطبيقات الصناعية. يعد فهم أساسيات دوائر التيار المستمر أمرًا ضروريًا لأي شخص يعمل في مجال الإلكترونيات أو الهندسة الكهربائية أو ببساطة لأي شخص يريد فهم كيفية عمل الكهرباء بشكل أفضل. في هذه المقالة سوف نستكشف المفاهيم الأساسية لدوائر التيار المستمر ومكوناتها وكيفية عملها.

– لكي نفهم هذه الدوائر يجب أن علينا أولا أن نفهم المصطلحات الأتية:

التيار المستمر: هو تيار كهربائي ثابت القيمة والاتجاه مع تغير الزمن، ومعروف باسم DC، ويرمز له بالرمز I، ويستخدم عادة فى البطاريات والخلايا الشمسية وهو الخط الأحمر فى الصورة التى أعلاه.

دوائر التيار المستمر: هي الدوائر التي يتدفق فيها التيار الكهربائي بشكل مستمر في اتجاه واحد فقط، وتستخدم في:

١- إمداد الأجهزة الإلكترونية بالطاقة، مثل الحواسيب والهواتف الذكية والأجهزة الطبية.

٢- الآلات الكهربائية: تستخدم دوائر التيار الكهربائي المستمر في تشغيل الآلات الكهربية مثل المحركات والمولدات والمراوح.

٣- الإضاءة: تستخدم دوائر التيار الكهربائي المستمر في إضاءة المصابيح الكهربائية، مثل المصابيح الأمامية في السيارات والمصابيح الخلفية في الشوارع.

٤- الأجهزة الإلكترونية: تستخدم دوائر التيار الكهربائي المستمر في الأجهزة الإلكترونية المختلفة، مثل الراديو والتلفزيون والتحكم عن بعد.

٥- الأنظمة الشمسية: تستخدم دوائر التيار الكهربائي المستمر في أنظمة الطاقة الشمسية، حيث يتم استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء في دوائر التيار الكهربائي المستمر.

الدائرة الكهربية المغلقة : هى المسار المغلق الذي تنتقل فيه الإلكترونات من مصدر إلى آخر، ومعروفة باسم CC.

– ما هي العناصر أو المكونات الرئيسية لدائرة التيار المستمر؟

مصدر الجهد أو مصدر الطاقة (بطارية أو مولد).

الحمل (الجهاز أو المكون الذي يستهلك التيار).
مسار التوصيل (الأسلاك التي تربط مصدر الطاقة ومصدر الجهد والحمل).
أجهزة الحماية (قواطع الدائرة).

ما هو الجهد؟

بعبارات بسيطة، هو الطاقة التي تدفع التيار الكهربائي إلى ملف موصل في الدارة الكهربية، ويرمز له بالرمز V.

ما هي المقاومة؟

هى وحدة كهربائية للحد من تدفق التيار في الدوائر الكهربائية أو التحكم فيه، ويرمز لها بالرمز R، وتعمل المقاومات وفقًا لمبدأ قانون أوم، الذي ينص على أن التيار المار عبر الموصل يتناسب طرديًا مع فرق الجهد عبر الموصل، ويتناسب عكسيًا مع مقاومة الموصل (I=V/R)،

و في دائرة التيار المستمر، تساعد المقاومات في الحفاظ على انخفاض ثابت في الجهد عبرها، وبالتالي ضمان بقاء التيار ضمن الحدود الآمنة، وأن الدائرة تعمل بكفاءة.

– ما هى أساسيات تصميم دوائر التيار المستمر؟

1- فهم الجهد والتيار والمقاومة الكهربائية.

2- قانون أوم.

3- دوائر التوالي والتوازي.

– كم عدد المفاتيح الموجودة في دائرة التيار المستمر؟

يوجد مفتاح واحد فقط في دائرة التيار المستمر المتصلة على التوالى، مفتاح واحد يتحكم في الدائرة بأكملها، وفي دوائر التيار المستمر تعمل المفاتيح كوسيلة أساسية للتحكم في تدفق التيار الكهربائي، ويمكن استخدامها لتشغيل الدائرة أو إيقاف تشغيلها، أو لتوصيل وفصل المكونات المختلفة داخل الدائرة بشكل انتقائي،

وعندما يتم إغلاق المفتاح أو تشغيله، فإنه يسمح للتيار الكهربائي بالتدفق عبر الدائرة، وعند فتحه أو إيقاف تشغيله، فإنه يقطع تدفق التيار.

ويعد دور المفاتيح في دوائر التيار المستمر أمرًا بالغ الأهمية للتحكم في سلوك الدائرة وأدائها، حيث أنها تسمح بالتحكم الدقيق والموجه في تدفق الكهرباء.

أنواع الدارات الكهربائية في التيار المستمر

يمكن تقسيم الدارات الكهربائية في التيار المستمر إلى ثلاث فئات:

دوائر التيار المستمر المتصلة على التوالى.
الدارات المتصلة على التوالى والتوازى.
دوائر التيار المستمر المتصلة على التوازى.

دارات التيار المستمر الموصلة على التوالي:

عندما تكون المكونات متصلة ببعضها البعض، فإنها تسمى دائرة متتالية، و يتم فيها توصيل المقاومات R1 و R2 و R3 طرف إلى طرف، مما يؤدي إلى إنشاء مسار خطي لتدفق التيار على التوالي عبر مصدر الجهد V فولت،

وفي هذه الأنواع من الدوائر، يتم التحكم في النظام بأكمله بواسطة مفتاح واحد، ولا يمكننا التحكم بشكل فردي في كل قسم من الدائرة، ودائمًا ما يتناسب الجهد عبر دائرة التيار المستمر الموصلة على التوالي مع قيمة مقاومته، والجهد المطبق على هذه الدائرة يساوى إجمالي فرق الجهد فوق كل عنصر.

دائرة التيار المستمر الموصولة على التوازي:

عندما يتم توصيل مكونات كهربائية متعددة بالتوازي كما في مخطط الدارة الكهربائية، تم توصيل المقاومات R A و R B و R C على التوازي عبر مصدر جهد (V)، عن طريق توصيل أحد طرفي جميع المقاومات بنقطة مشتركة، وتوصيل الأطراف المتبقية بنقطة مشتركة أخرى.

وقيمة الجهد متساوية على جميع المقاومات المتصلة بالتوازي، وإجمالي تيار الدائرة هو مجموع التيارات المتدفقة عبر العناصر الفردية المتصلة بالتوازي، ومقلوب المقاومة الكلية يساوي مجموع مقلوبات مقاومات العناصر الكهربية الفردية المتصلة على التوازي.

دائرة التيار المستمر الموصلة على التوالي والتوازي:

هي عبارة عن مزيج من دوائر التيار المستمر الموصلة على التوالى والتوازى، ويتم حل هذه الدوائر المعقدة باستخدام قانون أوم.

خاتمة

يعد فهم الدارات الكهربائية في التيار المستمر أمرًا بالغ الأهمية في العديد من المجالات، بدءًا من الإلكترونيات الاستهلاكية وحتى الهندسة الصناعية. تعتبر المبادئ الأساسية مثل قانون أوم وتكوينات الدوائر المتوالية والمتوازية ضرورية لتصميم الأنظمة الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر وتحليلها واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. ومن خلال الاستمرار في تعميق معرفتنا بهذه الدوائر، يمكننا تحسين قدرتنا على تسخير الكهرباء بكفاءة في مجموعة متنوعة من التطبيقات.