\chapter
{الكهرباء}
التيار الكهربي
التيار الكهربي بأنه المعدَّل الزمني لتغير الشحنة الكهربية
\section
{ الأكسدة والاختزال:}
تعبر الأكسدة والاختزال عن تغير حالة تأكسد تحدث للذرة أو لأيون أو جزيئ داخل في تفاعل كيميائي.
تفاعلات أكسدة-اختزال هي جميع التفاعلات الكيميائية التي يحدث فيها تغير في عدد أكسدة ذرات المواد المتفاعلة بسبب انتقال الإلكترونات فيما بينها.
الأكسدة هي عملية فقدان للإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات ينتج عنها زيادة في الشحنة الموجبة أو نقصان في الشحنة السالبة.
الاختزال هي عملية اكتساب للإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات ينتج عنها نقصان في الشحنة الموجبة أو زيادة في الشحنة السالبة.
والذرة أو الأيون الذي يعطي إلكترون إلى ذرة أو أيون آخر تزداد حالة اكسدتها ، والذرة المستقبلة للإلكترون تنخفض حالة أكسدتها. فالأكسدة والاختزال تجريان في آن واحد ويسمى ذلك تفاعل أكسدة-اختزال
تجري تفاعلات الأكسدة والاختزال المميزة للكيمياء الكهربائية على السطح الفاصل بين القطب والكهرل
\subsection
{البطارية الكهربائية:}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{pile1.jpg} }
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{pile2.jpg} }
بتوصيل معدنين مختلفين ببعضهما مثل (النحاس والزنك) ينتج قوة كهربائية مولدة من شأنها أن تبقي المعدنين على جهد مختلف، إلا أن هذا الفرق لا يمكنه أن يعطي تيارًا بكمية يعتد بها وذلك لعدم توفر احتياطي من الطاقة لتغذيته.
بغمس شريحتين من معدنين مختلفين مثل (النحاس والزنك) في محلول يمكن أن يحدث طاقة كهربية كافية للإبقاء على الفارق بالجهد بين المعدنين يسمح لمرور تيار لفترة معينة عند توصيل اللوحين من الخارج بسلك.
يحدث بين الشريحتين المعدنيتين فارق بالجهد.
تتدفق الكهرباء بفعل حركة الإلكترونات، من الجهد الكهربائي الأدنى إلى الجهد الكهربي الأعلى.
جهد النحاس في المحلول أكبر من جهد الزنك.
يمكن أن يحدث طاقة كهربية كافية للإبقاء على الفارق بالجهد بين المعدنين يسمح لمرور تيار لفترة معينة عند توصيل اللوحين من الخارج بسلك. حيث يحدث بين الشريحتين المعدنيتين فارق بالجهد يقدر بحوالي فولت واحد إذ أن
يمكن وصف ذلك بتراكم فائض من الكهيربات السلبية في الزنك الذي يتخذ بذلك شحنة سلبية. ويحدث هذا التراكم على لوح الزنك بسبب أن ذرات الزنك لها ميل للدخول في المحلول. وهي عندما تدخل المحلول تفعل ذلك كأيون موجب الشحنة وتترك 2 من كهيرباتها على اللوح. لهذا يحدث تراكم الكهيربات على لوح الزنك. وهذه الظاهرة هي ظاهرة كهركيميائية.
للنحاس تلك الخاصية الكهركيميائية فللنحاس نفس الخاصية مع الفارق أن ميل ذرات النحاس لدخول المحلول أقل من ميل ذرات الزنك. لذلك تتجمع كهيربات أكثر على لوح الزنك، وقليل منها على لوح النحاس، وينشأ بذلك فارقاً في الجهد بين اللوحين. فإذا أوصلنا بسلك معدني بين اللوحين انطلقت من الزنك كهيربات نحو النحاس وهذا الانتقال للكهيربات يحدث تياراً كهربائياً. تستمر هذه الظاهرة حتي يتآكل لوح الزنك. لأن ذراته تداوم على دخولها المحلول.
يعني ذلك أن التيار الكهربائي هو نتيجة تحول الطاقة الكيميائية التي تتحرر بواسطة التفاعل بين ألواح المعدنين (الزنك والنحاس) مع المحلول. وتتوقف كمية الكهرباء التي تعطيها المدخرة على كمية المادة التي تتحول فيها.
\subsection
{بطارية الرصاص:}
بطارية الرصاص هي مثال قريب لتفاعلات أكسدة-اختزال. تتكون بطارية الرصاص في أبسط صورها من لوح رصاص ولوح من أكسيد الرصاص ، اللوحان منغمسان في كهرل من حامض الكبريتيك المخفف بتركيز يتراوح بين 33 إلى 37 في المئة.
تعمل البطارية باختزال لوح أكسيد الرصاص وفي نفس الوقت يتأكسد لوح الرصاص. تستمر البطارية بالعمل بهذا الشكل حتى " تفرغ" عندما يكون كل الرصاص قد تأكسد وكل أكسيد الرصاص قد اختزل. عندئذ تلزم إعادة شحن البطارية. ونقوم بذلك بتوصيل قطبي البطارية بمصدر كهربائي خارجي ، أي إمدادها بطاقة من الخارج. تعمل تلك الطاقة الكهربائية على عكس التفاعل الذي تم عند تفريغ البطارية ، فيتأكسد لوح الرصاص إلى أكسيد الرصاص كما كان في الأصل ، ويـُختزل لوح أكسيد الرصاص ليصبح رصاصا نقيا كما كان عند شراء البطارية.
بعد شحن البطارية يمكن للبطارية أن تقوم بوظيفتها من جديد وتمدنا بالتيار الكهربائي.
\section
{التحليل الكهربائي:}
التحليل الكهربائي في الكيمياء و الصناعة هي الطريقة التي يتم بها استخدام تيار كهربائي لإطلاق تفاعل كيميائي.
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{pile5.jpg} }
يمرر تيار مستمر بين قطبين في محلول موصل للكهرباء (أنظر كهرل). وعن طريق التحليل الكيميائي يحدث انفصال النواتج من المحلول .
يعمل الجهد الكهربائي فقدا للإلكترونات على القطب الموصول بالطرف الموجب من المصدر الكهربائي وفي نفس الوقت زيادة في عدد الإلكترونات في القطب الآخر (المهبط) الموصول بالطرف السالب للمصدر. ويجري في المحلول أيونات بعضها موجب الشحنة و الآخر سالب الشحنة . تذهب الأيونات الموجبة الشحنة (كاتيونات) إلى المهبط وتأخذ منه إلكترونات مما يجعلها مُختزلة. أما على المصعد (القطب الموجب] فيجري تفاعل عكسي ، حيث تعطي الأيونات السالبة الشحنة (أنيونات) إلكترونات إلى القطب وتتأكسد الأنيونات . وتكون كمية الإلكترونات المأخودة من المهبط مساوية للإلكترونات المعطاة للمصعد .
يجري انتقال الأيونات في المحلول عن طريق النفاذية في المحلول وعن طريق قوي التجاذب الكهرستاتيكي بين الأيونات والأقطاب .
يلزم لتلك العملية فرق جهد معين لا يصح أن يقل عنه ، ويسمى فرق الجهد اللازم جهد التحلل. فيجب أن يكون فرق الجهد مساويا لجهد التحلل أو يزيد عنه لكي تسير العملية . وإذا كان فرق الجهد أقل من هذا الحد الأدنى اللازم لسير العملية فلا تتم العملية ، ويصبح سطح كل قطب ملامس للمحلول غير موصل للكهرباء .
القانون الأول
كتلة المادة المتفاعلة في قطب كهربائي أثناء التحليل الكهربائي تتناسب طرديا مع كمية الكهرباء المنقولة في هذا القطب.
القانون الثاني
لكمية معينة من الكهرباء فإن كتلة عنصر ما متفاعل عند قطب كهربائي تتناسب طرديا مع الوزن المكافئ لهذا العنصر.
الصيغة الرياضية
كتلة المادة المتفاعلة عند القطب
كمية الشحنة الكهربية العابرة خلال المادة
الكتلة المولية للمادة
معدل نقل الإلكترونات إلى عدد الأيونات
ثابت فرداي
\newpage
\chapter
{الكهرساكن:}
\newpage
\chapter
{الكهرومغناطيس:}
\section
{تجارب أساسية:}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP1.jpg} }
عند توصيل سلك من الفلز بطرفي مصدر جهد كهربي ذي تيار مستمر أو متناوب
يولد التيار الكهربي مجالاً مغناطيسيًا.
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{induction.jpg}}
المجال المغناطيسي المتغير يخلق مجالاً كهربياً (وهذه الظاهرة تسمى بالحث الكهرومغناطيسي وهي أساس عمل المولدات الكهربائية والمحركات الكهربية والمحول الكهربي).
%\textLR{ \includegraphics[scale=1]{E.jpg} }
%\textLR{ \includegraphics[scale=1]{B.jpg} }
%\textLR{ \includegraphics[scale=1]{FEM.jpg} }
\section
{قوانين الكهرمغناطيس :}
التبادلية بين المجالين الكهربي والمغناطيسي
تتجاذب الشحنات الكهربائية أو تتنافر من بعضها البعض بقوة تتناسب تناسبا عكسيا مع مربع المسافة بينهما تتجاذب الشحنات المتضادة (سالبة ، وموجبة) ، وتتنافر الشحنات المتماثلة .
الأقطاب المغناطيسية تتجاذب أو تتنافر بطريقة مماثلة لسلوك الشحنات الكهربائية ، ويوجد للمغناطيس نوعين من الأقطاب . يرتبط قطب شمالي دائما بقطب جنوبي .
ينتج التيار الكهربائي مجالا مغناطيسيا دائريا حول السلك ، ويكون اتجاه دورانه (إما في اتجاه عقرب الساعة أو في عكس اتجاهها ) بحسب اتجاه التيار في السلك ،
عندما يتحرك سلك في مجال مغناطيسي ينشأ فيه بالتأثير تيار كهربائي ، كما ينشأ تيار كهربائي عند تحرك مغناطيسي إلى سلك أو مبتعدا عنه ، ويعتمد اتجاه التيار على اتجاه حركة المغناطيس.
شدة التيار في أي مقاوِم هو قيمة الجهد الكهربي الممَارس مقسومًا على قيمة المقاومة
القوة الكهرومغناطيسية
القوة الكهرومغناطيسية هي القوة التي يؤثر بها المجال الكهرومغناطيسي على الجسيمات الكهربية.
\section
{مولدات التيار المتناوب:}
قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي
مقدار القوة الدافعة الكهربائية (ق.د.ك) المستحثة المتولدة في ملف أو موصل تتناسب طردياً مع المعدل الزمني الذي يقطع فيه الموصل لخطوط فيض مغناطيسي.
تعتمد على هذا القانون العديد من الأجهزة الكهربائية أهما المولد الكهربائي والمحرك الكهربائي.
قاعدة لنز
في الدائرة المغلقة يتولد تيار كهربائي مستحث وقوة دافعة كهربائيه مستحثة بحيث تقاومان التغير في التدفق المغناطيسي الذي كان سبب في توليدهما.
تجاه التيار الكهربائي المستحث المتولد في ملف او موصل يعاكس التغير المسبب له.
ويعد تطبيقاً لقانون حفظ الطاقة فعندما تحدث زيادة في التدفق المغناطيسي(عدد خطوط الفيض المغناطيسي المقطوعة لوحدة الزمن) يحدث نقصان في القوة الدافعة الكهربائية المستحثة المتولدة ويحدث أيضاً تلاشي في التيار الكهربائي المستحث المتولد والعكس صحيح عند حدوث نقصان بالتدفق المغناطيسي يسبب زيادة في القوة الدافعة الكهربائية المستحثة والتيار الكهربائي المستحث المتولدان.
قانون لورنتس
قوة لورنتز (قانون القوى الكهرومغناطيسية) قوة لورنتز هي القوة المؤثرة على شحنة كهربائية تتحرك في مجال كهربائي أو مجال مغناطيسي. وهي تسمى باسم العالم الهولندي هندريك لورنتز الذي اكتشفها . في المجال المغناطيسي تكون قوة لورنتز أكبر ما يمكن عندما تكون اتجاه حركة الشحنة عمودياً على خطوط المجال المغناطيسي. وإذا تحركت الشحنة في اتجاه موازي لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي فلا تنشأ قوة لورنتز. وتعمل قوة لورنتز دائما عمودياً على اتجاه حركة الشحنة وعلى خطوط المجالات المغناطيسية.
في الفيزياء: القوة الكهرومغناطيسية هي القوة التي يفرزها الحقل الكهرومغناطيسي على الجسيمات المشحونة كهربائيا. القوة الكهرومغناطيسية هي المسؤوولة عن انجذاب الإلكترونات والبروتونات في الذرة.
للكشف أو تحقيق القوة الكهرومغناطيسية قضيب نحاسي داخل دارة كهربائية وقضيب مغناطيسي في مدرجين عند وضع القضيب النحاسي في الحقل المغناطيسي وغلق الدارة نلاحظ تدحرج القضيب نستنتج ان القضيب تأثر بالقوة كهرومغناطيسية.
قوة لورنتز هي القوة التي يؤثرها مجال كهرومغناطيسي على شحنة نقطية بصفة عامة. فإذا تحرك جسيم مشحون بالشحنة ... بسرعة... في وجود مجال كهربائي... ومجال مغناطيسي... , فإنه يتأثر بقوة قدرها:
\section
{مولدات التيار المتصل:}
\section
{المحرك الكهربائي تيار مستمر:}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP2.jpg} }
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP4.jpg} }
\section
{ المحرك الكهربائي تيار مستمر أو تيار متردد:}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP4.jpg} }
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP5.jpg} }
\vspace{0.5cm}
\section
{ المحرك الكهربائي تيار مستمر كمولد كهرباء:}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP7.jpg} }
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP8.jpg} }
\section
{المحرك الكهربائي تيار متردد:}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP9.jpg}}
\textLR{ \includegraphics[scale=1]{EXP10.jpg}}
\section
{ثنائي قطب :}
\subsection
{المقاومة الكهربائية :}
المقاومة الكهربائية هي خاصية فيزيائية تتميز بها الموصلات المعدنية في الدوائر الكهربائية. تعرف على أنها قابلية المواد لمقاومة مرور التيار الكهربائي فيها.
\subsection
{ الوشيعة:}
الوشيعة أو الملف الكهرومغناطيسي ثنائي قطب تتكون من سلك معدني (النحاس مثلا) ملولب٠
تستخدم في :
المحولات الكهربية (تصال مغناطيسي قوي بين طرفي المحول الابتدائي والثانوي).
لتوليد الكهرباء ، المولدات الكهربائية .
.
لتوليد الطاقة الميكانيلية ، المحركات .
\subsection
{ المكثف :}
المكثف أداة تقوم بتخزين الطاقة الكهربائية أو الشحنة الكهربائية لفترة من الزمن على شكل مجال كهربائي، يتكوّن بين لوحين موصلين يحمل كل منهما شحنة كهربائية متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة. ومن ثم تُستخدم الشحنة الكهربائية أو تتبدد في الوقت المناسب. ويفصل اللوحين مادة عازلة .
\end{otherlanguage}
\begin{thebibliography}{99}
[1]
......
\end{thebibliography}
\end{document}
Eléments d'électrostatique et d'électromagnétisme
Electrostatique :
Champ électrique, lignes de champ, interaction électrostatique, (Loi de Coulomb) :
…………………
Le cas des distributions continues :
………………….
Symétries et invariances
………………………………
Théorème de Gauss :
………………………………….
Circulation du champ électrique, potentiel électrique :
Circulation du champ électrique
……………………….
La circulation du champ électrique ne dépend pas du chemin suivi, on peut définir une grandeur scalaire V dite potentiel électrique.
Calcul du potentiel créé par une charge ponctuelle :
………
Le champ électrique dérive du potentiel électrique, (-gradient) :
………………….
Énergie potentielle électrostatique :
Travail de la force électrique de Coulomb, , potentiel électrique :
la force électrique est une force conservative, on retrouve le potentiel électrique
……………………….
Énergie potentielle d’interaction entre deux charges ponctuelles.
………………………….
Electromagnétisme :
Ampère 1920 :
Une bobine de fil de cuivre parcourue par un courant électrique se comporte comme un aimant.
Faraday, (l'induction électromagnétique) :
la variation du champ magnétique à travers un circuit induit un courant dans celui-ci.
Champ magnétique, lignes de champ:
…………………
Calcul du champ magnétique créé par un courant, Loi de Biot et Savart :
Remarque : Le sens du champ magnétique dépend de l’orientation de l’espace.
Symétries et invariances
Symétries et antisymétries :
Si une distribution de courants admet un plan de symétrie, alors le champ magnétique est forcément orthogonal à ce plan.
Si une distribution de courants admet un plan d’antisymétrie, alors le champ magnétique est contenu dans ce plan.
Contrairement au champ électrique qui possédait les mêmes symétries que ses sources, le champ magnétique possède des mêmes symétries contraire à que ses sources.
Calcul du champ :
……………………………..
Champ électromagnétique
Action d’un champ électromagnétique sur une particule chargée, Force de Lorentz :
………………………….
Maxwel, (les lois mathématiques qui unissaient électricité et magnétisme) :
………….
Les trois régimes en électromagnétisme:
Électrostatique (aucun déplacement de charges, dρ/dt = 0) , ou Magnétostatique (courants invariables dans le temps ; pas d’accumulation de charges, dρ/ dt = 0)
Quasistatique : des variations lentes dans le temps
Régime « complet » : les équations de Maxwell
.............................
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق