آلية عمل المحركات الكهربائية

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

المحركات الكهربائية آلية عمل المحركات الكهربائية الفيزياء

تُعدّ المحركات الكهربائية في عصرنا الحديث عصب الحياة ومحورها الرئيس لما تتصف به من نظافة وهدوء وقوة، أما سرّ عملها فيكمن في التفاعل بين التيارات الكهربائية والمجالات المغناطيسية.

إن المحرك الكهربائي هو أحد أهم الاختراعات في العصر الحديث.

وإذا نظرنا حولنا سنجد محركات كهربائية ذات أشكال متنوعة وأحجام مختلفة، وأن غالبية هذه المحركات تتصف بكافاءتها العالية ومحدودية تلويثها للبيئة.

 

يمكن استخدام المحركات الكبيرة في أي مكان تستطيع الكابلات الحاملة للطاقة أن تصل إليها، أما المحركات الصغيرة والأقل قوة فتعمل على البطاريات.

تعتمد المحركات الكهربائية على الطاقة الكهرطيسية، والمقصود بها المجال المغناطيسي الذي يولده التيار الكهربائي.

وتستطيع في النشاط ( 9 ) أن تصنع مغناطيساً كهربائياً عن طريق استخدام ملف من الأسلاك وبطارية. ويضم المغناطيس الكهربائي كما هو الحال في القضيب  المغناطيسي العادي، قطباً شمالياً وقطباً جنوبياً.

 

وبالطريقة نفسها التي يتجاذب أو يتنافر فيها مغناطيسان عاديان، فإن مغناطيسيين كهربائيين أو مغناطيساً عادياً وآخر كهربائياً يسلكان الطريقة ذاتها.

امسك قضيباً مغناطيسياً تحت الطاولة وادفع  مغناطيساً آخر بمحاذاته من الأعلى.

ستشعر بقوة تؤثر في المغناطيسين – قوة تبعدهما عن بعضهما البعض إذا كان القطبان متماثلين، أو تجذبهما إلى بعضهما البعض إذا كان القطبان مختلفين.

 

وإذا قمت بتحرير المغناطيس الأول أو بعيداً عنه وذلك لأن المجال المغناطيسي يجعل الأشياء تتحرك.

تصور الآن لو أن المغناطيس المُثبّت كان مغناطيساً كهربائياً والآخر القابل للحركة (الحرّ) قضيباً مغناطيسياً عادياً.

سوف تلاحظ أن المغناطيس الكهربائي لا يملك مجالاً مغناطيسياً من دون أن يُزود بالطاقة الكهربائية، وبذلك لن تكون هناك قوة مغناطيسية تؤثر في أي من المغناطيسين.

 

لكن وبمجرد أن تُشغّل التيار الكهربائي ستجد أن المغناطيس الكهربائي إما أنه يجذب أو ينفر من المغناطيس العادي.

وتستطيع أيضاً أن تجعل المغناطيس الكهربائي يتحرك بخط دوراني بدل حركته الانتقالية من خط مستقيم. افترض أن القطب الشمالي في قضيب المغناطيس هو القطب الأقرب إلى المغناطيس الكهربائي؛ سيقوم المغناطيس الكهربائي بالدوران إلى أن يصبح قطبه الجنوبي أقرب إلى قضيب المغناطيس.

وقد يتأرجح المغناطيس الكهربائي ذهاباً وإياباً لفترة قصيرة، لكنه سيستقر في نهاية المطاف بحيث يكون قطبه الجنوبي أقرب ما يكون إلى قطب المغناطيس العادي الشمالي.

 

ولو قمت بعكس التيار عبر المغناطيس الكهربائي، ستلاحظ أن قطبيه الشمالي والجنوبي سيتبادلان موقعيهما .

سيكون القطب الشمالي الجديد قرب القطب الشمالي لقضيب المغناطيس وسيندفع نحو الخلف، أما المغناطيس الكهربائي فسيتحرك بصورة دورانية.

ولو أنك تابعت عكس التيار الكهربائي وقلب قطبي المغناطيس الكهربائي بشكل دوري، سيظل المغناطيس الكهربائي في حالة دوران وسيظل المحرك يعمل ما دام تزويده بالتيار الكهربائي مستمراً.

 

كيف تعمل المحركات الكهربائية

ترتبط الفكرة الأساسية للمحرك الكهربائي بأنه آلة تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية أو ميكانيكية.

ويحوي المحرك عادة مغناطيسات دائمة أو مغناطيسات كهربائية تنتج مجالاً مغناطيسياً ثابتاً.

 

كما يحتوي على جهاز دوراني، وهو عبارة عن مغناطيس كهربائي يدور بسبب تأثير المجال المغناطيسي الثابت.

ويجري قلب التيار الكهربائي في الدوّار بصورة آلية مستمرة بحيث لا يستقر الدوّار في موقع واحد.

 

القضيب المغناطيسي

عندما يقترب قضيبان مغناطيسيان من بعضهما فإنما يتنافران يدفع الواحد الآخر إذا كان القطبان المتقاربان متماثلين (انظر الشكل العلوي) .

أما إذا كان قطبا القضيبين المغناطيسيين مختلفين فإنهما يتجاذبان (انظر الشكل في الأسفل) وتوضح خطوط المجال المغناطيسي القوى المغناطيسية بين المغناطيسين.

ويعمل المحرك الكهربائي بموجب المجالات المغناطيسية داخله التي تقوم بجذب ودفع بعضها بعضاً.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]