أنواع محركات التيار المستمر

تُعتبر محركات التيار المستمر من العناصر الأساسية في أنظمة الدفع الكهربائي، وتُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والتجارية. تتنوع محركات التيار المستمر بناءً على طريقة توصيلها وتطبيقاتها. في هذا المقال، سنستعرض الأنواع المختلفة لمحركات التيار المستمر وخصائص كل نوع.

1. محركات التوالي (Series Motors)

تُعتبر محركات التوالي من الأنواع الأكثر استخدامًا في التطبيقات التي تتطلب عزم دوران عالي عند بدء التشغيل. يتم توصيل ملف المجال (Field winding) بالتوالي مع ملف التسرب (Armature winding)، مما يعني أن التيار المار في كلا الملفين هو نفسه. هذه الخاصية تتيح للمحرك إنتاج عزم دوران كبير عند بدء التشغيل، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات مثل:

• الجرارات الكهربائية
• الأجهزة المنزلية الكبيرة
• المعدات الثقيلة

2. محركات التوازي (Shunt Motors)

تتميز محركات التوازي بتوصيل ملف المجال بالتوازي مع ملف التسرب. وهذا يعني أن جهد الملفين مختلف، مما يسمح للمحرك بالعمل عند سرعات ثابتة تقريبًا حتى مع تغير الحمولة. تُستخدم محركات التوازي في التطبيقات التي تتطلب سرعات متغيرة مثل:

• المراوح
• أجهزة التكييف
• المصاعد

3. المحركات المركبة (Compound Motors)

تجمع المحركات المركبة بين خصائص محركات التوالي والتوازي. تتميز بتوصيل ملف المجال بطريقتين:

• محركات مركبة طويلة (Long Compound Motors):

  تحتوي على ملف مجال توالي وملف مجال توازي، مما يوفر عزم دوران مرتفع وسرعة ثابتة. تُستخدم هذه المحركات في التطبيقات التي تتطلب توازنًا بين العزم والسرعة، مثل:

  • المكائن الصناعية
  • ماكينات الخياطة
• محركات مركبة صغيرة (Short Compound Motors):

  تتميز بملف مجال توازي أكبر نسبيًا مقارنة بملف المجال المتسلسل. تكون هذه المحركات أكثر قدرة على التحكم في السرعة، وتُستخدم عادةً في التطبيقات التي تحتاج إلى استجابة سريعة لتغيرات الحمولة، مثل:

  • الأدوات الكهربائية
  • أنظمة النقل

فوائد استخدام محركات التيار المستمر

تتمتع محركات التيار المستمر بالعديد من الفوائد التي تجعلها خيارًا شائعًا في التطبيقات الكهربائية:

• سهولة التحكم في السرعة: يمكن تعديل سرعة المحرك بسهولة عن طريق تغيير الجهد المطبق.
• عزم دوران مرتفع عند بدء التشغيل: مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب بدء تشغيل قوي.
• بساطة التصميم: مما يسهل صيانتها وتشغيلها.

الخلاصة

تعد محركات التيار المستمر من العناصر الأساسية في العديد من التطبيقات الصناعية والتجارية. من خلال فهم الأنواع المختلفة من محركات التيار المستمر وخصائص كل منها، يمكن اختيار المحرك المناسب لتلبية احتياجات التطبيق المحدد. مع التقدم التكنولوجي المستمر، تظل هذه المحركات جزءًا مهمًا من أنظمة الدفع الكهربائي الحديثة.

مولدات التيار

المولِّد الكهربائي آلة لإنتاج الكهرباء. تنتج المولدات معظم الكهرباء التي يستخدمها الناس. فهي توفر القدرة الكهربائية التي تدير الآلات في المصانع، وتضيء المصابيح، وتشغِّل الأدوات المنزلية الكهربائية. وقد أطلق على المولد لفظ الدينامو اختصارًا للدينامو الكهربائي.

والمولد يمكن أن يكون صغير الحجم، بحيث يُمْسَك بيد واحدة. وتُستخدَم هذه المولدات الصغيرة في بعض الأجهزة العلمية لتوليد كهرباء تكفي لتحريك مؤشِّر على قرص مدرَّج. وقد يكون حجم المولد أكبر من حجم منزل، ويستطيع تزويد أكثر من مليون منزل بالقدرة الكهربائية.

ويُقاس حجم المولدات الكبيرة عادة بالكيلوواط حيث يساوي الكيلو واط الواحد 1,000 واط. وتستطيع المولدات الكبيرة إنتاج أكثر من مليون كيلوواط من الكهرباء.



المولدات الكهربائية عند السد توفر كميات هائلة من القدرة الكهربائية. وتدير التوربينات المائية تلك المولدات. ويشير المهندسون عادة إلى الجهاز الميكانيكي الذي يدير المولد بالمحركالأساسي.

وهناك نوعان رئيسيان من المولدات

مولدات التيار المستمر التي تنتج تياراً كهربائياً مستمرًا يسري في اتجاه واحد، ومولدات التيار المتناوب وتنتج تياراً كهربائياً يعكس اتجاهه مرات عديدة في كل ثانية. وكلا النوعين من المولدات تعمل بالمبادئ العلمية نفسها، ولكنهما يختلفان في كيفية التركيب والاستخدام.

كيف يعمل المولد

المباديء الأساسية

لا يَستحدِث المولد طاقة، ولكنه يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، ولذا فإن كل مولد يديره توربين أو محرك ديزل أو أي آلة تنتج طاقة ميكانيكية. فمولد السيارة مثلاً، يدار من المحرك نفسه الذي يدفع السيارة.

ويشير المهندسون عادة إلى الأداة الميكانيكية التي تدير المولد بالمحرك الأساسي. ولكي نحصل على طاقة كهربائية إضافية من المولد يلزم للمحرك الأساسي أن يبذل طاقة ميكانيكية إضافية. فإذا كان المحرك الأساسي توربينًا بخاريًا، على سبيل المثال، يلزم زيادة سريان البخار في التوربين للحصول على كهرباء بكمية أكبر.

وفي عام 1831م اكتشف عالمان عمِلا منفردين ـ وهما مايكل فارادي من إنجلترا وهنري جوزيف من الولايات المتحدة ـ الأسس التي تحدد إنتاج الكهرباء من المولد الكهربائي؛ حيث وجدا أنه من الممكن توليد كهرباء في ملف من سلك نحاسي بوساطة تحريك الملف بالقرب من مغنطيس أو تحريك المغنطيس بالقرب من الملف. ويطلق على هذه العملية الحث (التأثير) الكهرومغنطيسي. ويُعرف الجهد أو القوة الدافعة الكهربائية المنتجة بالجهد المستحث أو القوة الدافعة الكهربائية المستحثة. وعندما يكون السلك جزءاً من دائرة مغلقة من الأسلاك، فإن الجهد المستحث يسبب مرور تيار كهربائي في الدائرة.

المولد البسيط. يتكون من مغنطيس على شكل U ولفة واحدة من السلك تسمى ملفًا. وتعرف المنطقة المحيطة بالمغنطيس، والتي يستشعر فيها بقوته بالمجال المغنطيسي. وللمساعدة في وصف المجال المغنطيسي علينا أن نتخيل بأن هناك خطوطاً من القوى خارجة من القطب الشمالي للمغنطيس، ثم تعود للمغنطيس خلال القطب الجنوبي. وتزداد خطوط القوى بزيادة قوة المغنطيس. فلو أدرت حلقة من السلك بين قطبي المغنطيس فإن جانبي الحلقة ستقطعان خطوط القوى المغنطيسية فَتُحَثُّ (تتولد) الكهرباء في الحلقة.

وفي نصف الدورة الأول يقطع جانب من سلك الحلقة خطوط القوى في الاتجاه إلى أعلى، بينما يقطعها الجانب الآخر في الاتجاه إلى أسفل، فتسري الكهرباء في اتجاه واحد خلال الحلقة. وفي منتصف الدورة تدور الحلقة موازية لخطوط القوى فلا تقطعها ولا تتولد الكهرباء. وفي النصف الآخر من الدورة فإن الجانب من سلك الحلقة الذي قطع خطوط القوى في الاتجاه إلى أعلى سابقاً يقطعها إلى أسفل هذه المرة، والجانب الآخر يقطعها إلى أعلى فتسري الكهرباء المُسْتَحثة في اتجاه معاكس للنصف الأول من الدورة. وفي نهاية الدورة تدور الحلقة مرة أخرى موازية لخطوط القوى فلا تتولد الكهرباء. ولذا ففي كل دورة كاملة يكون سريان اتجاه الجهد والتيار المولدين في نصف الدورة معاكسين للاتجاه في النصف الآخر. ويطلق على الجهد والتيار الجهد المتناوب (الفولتية المتناوبة) والتيار المتناوب. ويمكن زيادة الجهد المتناوب الذي ينتجه المولد بزيادة

1- قوة المجال المغنطيسي (عدد خطوط القوى)

2- السرعة التي يدور بها الملف

3- عدد لفات السلك التي تقطع المجال المغنطيسي

ويطلق على دورة كاملة من الملف خلال خطوط القوى الدورة. ويطلق على عدد الدورات في الثانية تردد الجهد، أو تردد التيار، وتقاس بوحدات تسمى الهرتز، وتساوي وحدة الهرتز دورة واحدة في الثانية. والتيار الكهربائي في معظم أنحاء العالَم تردده 50 هرتز ولكن بعض البلدان تستخدم 60 هرتز.

الكهرومغناطيسية

عند دوران حلقة من السلك بين قطبي مغنطيس يحدث تأثير كهرومغنطيسي مهم بالإضافة لتوليد الكهرباء. فعندما يحمل سلك الحلقة تيارًا، فإن التيار ينتج مجالاً مغنطيسيا حول السلك. ويعمل هذا المجال المغنطيسي ضد المجال المغنطيسي للمغنطيس، ويجعل دوران الحلقة صعبًا. وبزيادة الكهرباء المستحثة يزداد المجال المغنطيسي قوة، ويصعب عندئذ دوران الملف. ولهذا السبب فإن المحرك الأساسي الذي يدير المولد يلزمه زيادة الطاقة الميكانيكية لزيادة التيار الخارج من المولد. وتسبب هذه القوة المغنطيسية المتولدة في الملف دوران المحركات الكهربائية. ويمكن أن تعمل المولدات محركات والمحركات مولدات في حالة توافر ظروف ملائمة.

أجزاء المولد. يتكون المولد من جزءين رئيسيين هما الحافظة (غلاف الأرماتور)، وبنية المجال. وتحتوي الحافظة على ملفات من الأسلاك تستحث الكهرباء. وتقوم الحافظة بالأداء نفسه كالملف في المولد البسيط. أما بنية المجال فتقوم بالأداء نفسه كالمغنطيس في المولد البسيط حيث تنتج خطوط القوى المغنطيسية. وينتج المغنطيس الكهربائي خطوط القوى في معظم المولدات.

ويوجد في بعض المولدات الصغيرة مغنطيس دائم. ويطلق على هذا النوع من المولدات المغنيط أو المولد ذا المغنطيس الدائم. وملفات الحافظة وبنية المجال أسلاك معزولة من النحاس وملفوفة حول قلوب حديدية. وهذه القلوب الحديدية تقوي المجالات المغنطيسية.

وتتولد الكهرباء إما بجعل الحافظة تقطع خطوط القوى، أو جعل خطوط القوى تمر خلال الحافظة، ولذا يمكن لأي من الحافظة أو بنية المجال أن يكون هو الجزء الذي يدور في المولد، ويطلق على الجزء الذي يدور العضو الدوار والجزء الثابت العضو الساكن.

فاقد المولدات وكفاءتها
لا تتحول كل الطاقة الميكانيكية التي تدير المولدات إلى طاقة كهربائية. فبعضها يتحول إلى حرارة نتيجة للاحتكاك في كُرسي تحميل الجزء الدوار في المولد، وبعضها الآخر يفقد في مقاومة التيار في الملفات النحاسية وفي مقاومة خطوط القوى المغنطيسية في القلب الحديدي. ولذلك يلزم تبريد المولدات إما بدفع الهواء إلى داخلها أو بتمرير سائل بارد أو غاز حول الملفات والقلب الحديدي وكراسي التحميل. وتشير فعالية المولد إلى كفاءته في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وتعني كفاءة قدرها 90% أن 90% من الطاقة الميكانيكية الداخلة قد تحولت إلى طاقة كهربائية و 10% من الطاقة المتبقية قد تحولت إلى حرارة، ويلزم التخلص منها بنظام تبريد. ويمكن أن تصل كفاءة المولدات الكبيرة إلى 97%. أما كفاءة المولدات الصغيرة فتقل عن هذا بكثير.

مولدات التيار المتناوب

يُنتج المولد البسيط الذي سبق ذكره تياراً متناوبًا في حلقة السلك. ولكونه مولد تيار متناوب فإنه يحتاج إلى طريقة ما ليرسل التيار الذي ينتجه إلى الجهاز. وهذا يتم بوساطة حلقات تجميع أو حلقات انزلاق وقطع ثابتة من الكربون تسمى الفُرش. ويتصل طرفا نهاية كل ملف من الأسلاك بحلقة تدور مع دوران ملف الأسلاك. وتلامس الفرشاة كل حلقة ثم تنقل الكهرباء من الفرشاة بسلك يتصل بالأجهزة التي تستخدم الكهرباء. وبالتالي فالتيار الذي ينتج في ملف الأسلاك يسري إلى داخل المولد وخارجه خلال الحلقات والفرش.


كيف تتولد الكهرباء يمكن أن يتكون المولد البسيط من حلقة سلكية تدور في مجال مغنطيسي، ويتكون المجال المغنطيسي من سريان خطـوط القوى من القطب الشمالي إلى القطـب الجنـوبي للمغنطيس. وعندما يـدار السلك بين القطـبين يقطـع خطـوط القـوى ويتـولد التيـار الكهربائي في الحلقة. ويسري هذا التيار، على سبيل المثال، عند توصيل بصيلة بالنقطتين أ و ب.

كيف تعمل مولدات التيار المتناوب
تختلف مولدات التيار المتناوب العملية عن مولدات التيار المتناوب البسيطة في عدة أوجه. فالمولدات العملية مزودة بمولد إضافي يعرف بالمستثير. ويمد المستثير تياراً مستمراً للمغنطيس الكهربائي الذي يستخدم لإحداث مجال مغنطيسي في داخل مولد التيار المتناوب. وتتكون حافظة مولد التيار المتناوب من أسلاك من النحاس ملفوفة على شكل مئات من الملفات حول شقوق محفورة في قلب حديدي. ويتكون المغنطيس الكهربائي من قضبان نحاسية ملفوفة حول قلوب حديدية.

وفي معظم مولدات التيار المتناوب تكون الحافظة هي العضو الساكن، وبنية المجال هي العضو الدوار. ومعنى ذلك أن المغنطيس الكهربائي الذي ينتج بنية المجال، يدور لكي يقطع المجال المغنطيسي ملفات الحافظة. في تلك المولدات تستخدم حلقات الانزلاق لنقل التيار المستمر من المولد المستثير إلى المغنطيس الكهربائي في بنية المجال. وتتصل ملفات الحافظة مباشرة بأسلاك خارجية لنقل التيار المتناوب المتولد. وقد وجد المهندسون أنه من الأسهل اتباع تلك الطريقة في توصيل التيار المنخفض نسبيا من المستثير بوساطة حلقات الانزلاق وأخذ التيار العالي المتولد مباشرة من الحافظة. ويطلق على هذا النوع من مولدات التيار المتناوب المولدات المتزامنة، لأنها تنتج جهداً له ذبذبة متناسبة أو متزامنة مع سرعة العضو الدوار.

وقد يكون لبنية المجال في مولدات التيار المتناوب مغنطيس كهربائي واحد، ولكن، غالباً، يكون لها مغنطيسان أو ثلاثة أو أربعة أو أكثر من ذلك. وهذا يعني أن المجال المغنطيسي المنتج بوساطة بنية المجال يكون له اثنان أو أربعة أو ستة أو ثمانية أو أكثر من ذلك من الأقطاب ـ أي قطبان لكل مغنطيس كهربائي. وينتج المولد دورة واحدة متكاملة من التيار عندما يقطع زوجان من الأقطاب ملف الحافظة، بدلاً من دورة واحدة لكل دورة متكاملة من بنية المجال. وتبعًا لعدد المغنطيسات الكهربائية، فإن تلك المولدات تستطيع أن تنتج دورة، أو اثنتين، أو ثلاثًا، أو أربعًا أو أكثر لكل لفة من بنية المجال، أو الحافظة. فمولِّد التيار المتناوب ذو القطبين يلزمه أن يلف 3,000 لفة في الدقيقة ليولد تياراً تردده 50 هرتز أو يلف 3,600 لفة في الدقيقة ليولد تيارًا تردده 60 هرتز.

أنواع مولدات التيار المتناوب
يطلق على بعض مولدات التيار المتناوب أحادية الطور ويكون لحافظتها مجموعة من الملفات مماثلة لعدد الأقطاب في بنية المجال. ولكن غالبية مولدات التيار المتناوب لها ثلاث مجاميع من ملفات الحافظة لكل قطب، ولذا فهي تنتج ثلاثة تيارات في الوقت نفسه. وتعرف تلك الأنواع من المولدات بالمولدات ثلاثية الطور، وتنتج تلك المولدات قدرة أكبر من التي تنتجها المولدات أحادية الطور، كما أنها تحسن نقل القدرة الكهربائية واستخدامها.

استخدمات مولدات التيار المتناوب

المولدات الرئيسية في معظم محطات القدرة الكهربائية مولدات تيار متناوب، لسهولة رفع الجهد للتيار المتناوب أو خفضه باستخدام جهاز كهرومغنطيسي بسيط يعرف بالمحول. ويصمم المهندسون مولدات التيار المتناوب لتوليد تيار بجهد محدد. ويصل هذا الجهد في كثير من المولدات الضخمة إلى 18,000 أو 22,000 فولت. ويستعان بمحول رافع ليمكن رفع الجهد إلى 345,000 أو 765,000 فولت، لدفع التيار إلى مسافات طويلة. ويتم خفض الجهد بعديد من محولات الخفض إلى جهد يمكن استخدامه في المناطق التي تستخدم فيها الكهرباء. وعلى سبيل المثال تستخدم الأجهزة الكهربائية في المنازل بأستراليا وأوروبا 240 فولتًا، بينما تستخدم في الولايات المتحدة 115 فولتًا. أما في بعض المكاتب والمصانع فيلزمها مابين 480 فولتًا و 4,000 فولت.

وفي عام 1884م، صمم نيقولا تسلا ـ وهو مهندس صربي عاش في الولايات المتحدة الأمريكية ـ أول مولد تيار متناوب عديد الأطوار له أكثر من طور واحد. وصمم كذلك المحرك الكهربائي الذي يدور بالتيار المتناوب، وكذلك تمكن من تصميم أنظمة المحولات لتغيير جهد التيار المتناوب. وقد جعلت اختراعات تسلا أنه من الممكن اقتصاديا توليد التيار في أماكن بعيدة عن أماكن استخدامه.

مولدات التيار المستمر

لتغيير المولد البسيط إلى مولد للتيار المستمر يلزم عمل شيئين:

1- يجب توصيل التيارمن حلقة السلك الدوارة

2- يلزم جعل التيار يسير في اتجاه واحد فقط.

ويمكن لجهاز يسمى المبدل القيام بالعملين السابقين.

كيف تعمل مولدات التيار المستمر

يدور المبدل مع حلقة السلك كماتفعل تماماً حلقة الانزلاق مع العضو الدوار لمولد التيار المتناوب. ويقسم المبدل إلى فلقتين معزولتين، تسمى كل واحدة منهما فلقة المبدل، ويكون كل منهما معزولاً عن الآخر. وتوصل نهايتا حلقة السلك الدوارة بفلقتي المبدل، وتتلامس فرشتان كربونيتان متصلتان بالدائرة الخارجية، مع فلقتي المبدل. وتوصل إحدى الفرشتين التيار إلى خارج المولد، بينما تغذي الأخرى داخله. ولقد صمم المبدل بحيث تكون فلقة المبدل التي تحتوي على التيار الخارج دائما ملامسة للفرشاة الخارجة في الوقت المناسب، مهما تغير اتجاه التيار في داخل الحلقة. وفي مولد التيار المستمر الكبير يكون للحافظة العديد من ملفات الأسلاك وفلقات المبدل. وقد وجد المهندسون، بسبب المبدل، أنه من الضروري جعل الحافظة تعمل كعضو دوار بينما تعمل بنية المجال كعضو ساكن.

أنواع مولدات التيار المستمر

في بعض مولدات التيار المستمر، يأتي التيار المستمر اللازم للمغنطيس الكهربائي الذي يكوِّن بنية المجال من مصدر خارجي كما في معظم مولدات التيار المتناوب. ويطلق على هذا النوع من مولدات التيار المستمر مولدات الاستثارة المنفصلة. ويستخدم العديد من مولدات التيار المستمرجزءاً من التيار المستمر المنتج لتشغيل المغنطيسات الكهربائية اللازمة لها. وتعرف تلك المولدات بالمولدات ذاتية الاستثارة، ويعتمد مولد التيار المستمر ذاتي الاستثارة على المغنطيسية المتبقية، وهي جزء صغير من المغنطيسية يتبقى في المغنطيس الكهربائي بعد توقف المولد. ولولا وجود تلك المغنطيسية لكان من المحال تشغيل المولد ذاتي الاستثارة بعد توقفه.

ويمكن الحصول على التيار المستمر الذي تحتاجه المغنطيسات الكهربائية للمولدات ذاتية الاستثارة عن طريق ثلاث توصيلات مختلفة:
التوازي أو 2- التوالي أو 3- المركّب (وهي تركيبة من التوصيلات على التوازي والتوالي معاً).

ويعتمد نوع المولد المستخدم في أداء عمل معين على درجة التحكم في الجهد المطلوب. فالمولد الذي يستخدم في شحن البطاريات مثلاً، يحتاج إلى تحكم بسيط في الجهد، ولهذا يمكن استخدام مولد متصل على التوازي، بينما يحتاج المولد الذي يغذي المصعد إلى تحكم أكثر تعقيداً في الجهد، ولذا يستخدم مولد منفصل الاستثارة.

المغناطيس: أنواعه واستخداماته في الحياة اليومية والتكنولوجيا

 المغناطيس: القوى الخفية التي تقود العالم

مقدمة

المغناطيس هو أحد العجائب الطبيعية التي غيرت حياتنا اليومية بشكل جوهري. سواء كنا ندرك ذلك أم لا، المغناطيسات موجودة حولنا في كل مكان. من الأجهزة الإلكترونية إلى وسائل النقل وحتى الطب، المغناطيسات تلعب دورًا مهمًا في مجموعة واسعة من التطبيقات. هذه القوة الخفية التي تأتي من المغناطيسات هي التي تمكننا من التفاعل مع العالم بطرق لم يكن من الممكن تصورها قبل اكتشافها. في هذه المقالة، سنتناول تاريخ المغناطيس، أنواعه، استخداماته في الحياة اليومية، وكيف يمكن لهذه القوة أن تشكل مستقبل التكنولوجيا.

 تاريخ المغناطيس

تعود أصول استخدام المغناطيس إلى آلاف السنين. يُعتقد أن المغناطيس الطبيعي، المعروف باسم المغنتيت (Fe3O4)، تم اكتشافه في مدينة قديمة تُدعى ماغنيسيا في اليونان القديمة. منها أتى اسم المغناطيس. وقد لاحظ الإغريق القدماء أنه يمكن لهذا الحجر الطبيعي أن يجذب قطعًا صغيرة من الحديد بشكل عجيب.

على مر العصور، زاد الاهتمام بالمغناطيس بشكل تدريجي. في القرن الثالث قبل الميلاد، تم استخدام المغناطيس في صناعة البوصلة، وهي أداة ساعدت البحارة على التنقل باستخدام الحقل المغناطيسي الأرضي. ومع التقدم في العلم خلال القرون اللاحقة، بدأ الفهم الأعمق لظاهرة المغناطيسية يتطور، حتى أصبح العلماء قادرين على تسخير هذه القوة في التطبيقات المختلفة.

 ما هو المغناطيس؟

المغناطيس هو جسم يتمتع بقدرة على توليد حقل مغناطيسي يمكنه التأثير على المواد المغناطيسية مثل الحديد، والنيكل، والكوبالت. كل مغناطيس يمتلك قطبين، شمالي وجنوبي. القطبان المتشابهان يتنافران، بينما يتجاذب القطبان المختلفان.

الحقل المغناطيسي هو منطقة غير مرئية تحيط بالمغناطيس وتؤثر على المواد الأخرى ضمن نطاقه. وهو ناتج عن حركة الإلكترونات داخل المادة المغناطيسية، حيث أن هذه الإلكترونات تحمل شحنات كهربائية تتولد منها تيارات صغيرة تُعرف بـ "المجالات المغناطيسية". يُعد هذا الحقل أساس كل تطبيقات المغناطيس في حياتنا.

 أنواع المغناطيس

هناك عدة أنواع من المغناطيس، ولكل نوع خصائصه واستخداماته الخاصة:

 1. المغناطيس الطبيعي:

هذا النوع من المغناطيس يوجد بشكل طبيعي في الطبيعة. المغنتيت هو المثال الأكثر شهرة على المغناطيسات الطبيعية. هذه المواد لديها خاصية مغناطيسية دائمة ويمكنها جذب المعادن مثل الحديد والنيكل.

 2. المغناطيس الصناعي:

يتم تصنيع المغناطيسات الصناعية من مواد مغناطيسية مثل الحديد، الفولاذ، أو معادن أخرى. يتم توليد المجال المغناطيسي من خلال ترتيب معين للإلكترونات داخل المادة. المغناطيسات الصناعية أكثر قوة من المغناطيسات الطبيعية ويمكن التحكم في قوة مغناطيسيتها بسهولة.

 3. المغناطيس الكهربائي:

يتكون المغناطيس الكهربائي من ملف سلكي يمر عبره تيار كهربائي. هذا التيار يولد حقلًا مغناطيسيًا حول السلك، والذي يمكن زيادته أو تقليله عن طريق التحكم في شدة التيار. المغناطيسات الكهربائية تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية مثل الرافعات والمولدات والمحركات الكهربائية.

 4. المغناطيس المؤقت:

هذا النوع من المغناطيس يحتفظ بمغناطيسيته لفترة قصيرة فقط. على سبيل المثال، يمكن مغنطة قطعة من الحديد لفترة محدودة قبل أن تفقد مغناطيسيتها. يُستخدم هذا النوع في التطبيقات التي تحتاج إلى تحكم مؤقت في القوة المغناطيسية.

 خصائص المغناطيس

 1. الثنائية القطبية:

كل مغناطيس يحتوي على قطبين، شمالي وجنوبي. إذا تم تقسيم المغناطيس إلى نصفين، فإن كل نصف سيحتوي على قطبين جديدين. لا يمكن فصل القطبين عن بعضهما بأي طريقة.

 2. الاستدامة المغناطيسية:

بعض المواد، مثل الحديد، تحتفظ بمغناطيسيتها لفترة طويلة بعد تعرضها لمجال مغناطيسي. تُعرف هذه الخاصية بـ "الاستدامة المغناطيسية". المواد الأخرى، مثل النحاس أو الألومنيوم، لا تحتفظ بمغناطيسيتها بعد إزالة التأثير المغناطيسي.

 3. التفاعل مع الحقل المغناطيسي:

تتفاعل المواد المختلفة مع الحقل المغناطيسي بطرق متنوعة. المواد المغناطيسية القوية مثل الحديد والنيكل تنجذب بقوة إلى المغناطيس، بينما المواد غير المغناطيسية مثل البلاستيك والخشب لا تتأثر بالمغناطيس.

 استخدامات المغناطيس

المغناطيسات تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات الحياتية والصناعية:

 1. المولدات والمحركات الكهربائية:

في المحركات الكهربائية، تُستخدم المغناطيسات لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. وبالعكس، في المولدات الكهربائية، يتم استخدام القوة المغناطيسية لتوليد الكهرباء من الحركة الميكانيكية.

 2. الأجهزة الإلكترونية:

العديد من الأجهزة الإلكترونية مثل مكبرات الصوت، الهواتف، والأقراص الصلبة، تعتمد على المغناطيس لتوليد إشارات كهربائية أو لتخزين البيانات.

 3. الرافعات الصناعية:

تُستخدم المغناطيسات القوية في الرافعات لرفع الأجسام المعدنية الثقيلة في البيئات الصناعية، مثل مصانع الصلب والموانئ.

 4. الطب:

في مجال الطب، تُستخدم المغناطيسات في أجهزة مثل الرنين المغناطيسي (MRI)، والتي تستخدم الحقول المغناطيسية لالتقاط صور تفصيلية للجسم البشري.

 5. البوصلة:

تستخدم البوصلة مغناطيسًا يشير دائمًا إلى الشمال بسبب تفاعلها مع الحقل المغناطيسي للأرض. كانت هذه الأداة حاسمة في التنقل البحري واستكشاف العالم.

 المغناطيس والحقل المغناطيسي للأرض

الأرض نفسها تعمل كمغناطيس ضخم، حيث لديها حقل مغناطيسي يمتد من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي. هذا الحقل المغناطيسي يلعب دورًا حاسمًا في حماية الكوكب من الإشعاعات الشمسية الضارة من خلال توجيه الجسيمات المشحونة بعيدًا عن سطح الأرض. بالإضافة إلى ذلك، يساعد هذا الحقل المغناطيسي الطيور والحيوانات الأخرى في التنقل باستخدام قدراتها على استشعار اتجاه الحقل المغناطيسي للأرض.

 المغناطيس والمستقبل

يستمر المغناطيس في تشكيل مستقبل التكنولوجيا. مع التحسينات المستمرة في المواد المغناطيسية والتقنيات المتعلقة بها، يمكن أن نرى مغناطيسات تستخدم في التطبيقات المستقبلية مثل المواصلات المغناطيسية (maglev) التي تعتمد على الحقول المغناطيسية لدفع القطارات بسرعات عالية دون احتكاك، مما يوفر وسيلة نقل أسرع وأكثر كفاءة.

 الخاتمة

المغناطيسات هي أكثر من مجرد أدوات لعب للأطفال أو مكونات في الأجهزة البسيطة. إن تأثيرها في العالم أكبر بكثير، فهي تمكننا من استغلال قوى الطبيعة في تحويل الطاقة، التحكم في المواد، وتحسين حياتنا اليومية. ومع استمرار العلماء في اكتشاف خصائص جديدة واستخدامات مبتكرة للمغناطيس، لا شك أن هذه القوة الخفية ستبقى جزءًا حيويًا من مستقبلنا.

المغناطيس

أنواع المغناطيس

استخدامات المغناطيس

خصائص المغناطيس

الحقل المغناطيسي

المغناطيس الطبيعي

المغناطيس الصناعي

المغناطيس الكهربائي

تطبيقات المغناطيس

المغناطيس في الحياة اليومية

المغناطيس في التكنولوجيا

تاريخ المغناطيس

كيف يعمل المغناطيس

الرنين المغناطيسي

الحقل المغناطيسي للأرض

قوة المغناطيس

المغناطيس والعلوم

الميزان الالكتروني

الميزان الالكتروني

جهاز حساس جدا يستخدم في ايجاد الكتل للمواد بدقه متناهية ولذا ا يرجى اتباع الخطوات التالية في اعداد الجهاز للعمل :اولا نصب الجهاز :ان اختيار موقع مناسب للجهاز منايب جدا في دقة الجهاز لذا يرجى التاكد من ان الميزان في موضع مستقر ولا توجد أي اهتزازات تؤثر عليه وكذلك يجب تجنب الاتي :· عدم تعريضه للشمس · عدم تعريضه للتغير العالي في درجة الحرارة · عدم سحبه او جره من مكان لاخر· ان افضل موقع له داخل المختبر هو وضع الجهاز على طاوله في احد اركان المختبر بعيدا عن التيار الهوائي او التعرض للسحب والجر وكذلك عن الباب او النافذه او فتحة التهوية ولا يكون قريبا من الاجهزه المشعه حرارياثانيا الموازنة للجهاز :يحتوي الجهاز على فقاعة هوائية وله رجلان لضبط المستوى الأفقي بحيث تكون الفقاعة الهوائية في منتصف الدائرة وبذلك يكون الجهاز بالوضع الأفقي الصحيح وتتم الموازنه كالتالي :1. اذا كانت الفقاعة الهوائية على موضع الساعة الثانية عشر :يجب لف كلتا الرجلين باتجاه معاكس لحركة عقارب الساعة 2. اذا كانت الفقاعة الهوائية على موضع الساعة الثالثة :يجب لف الرجل اليسرى للجهاز باتجاه عقارب الساعة والرجل اليمنى ضد اتجاه عقارب الساعة 3. اذا كانت الفقاعة الهوائية على موضع الساعة السادسة :يجب لف الرجلين معا باتجاه حركة عقارب الساعة 4. اذا كانت الفقاعة الهوائية على موضع الساعة التاسعة :يجب لف الرجل اليسرى للجهاز باتجاه معاكس لحركة عقارب الساعة والرجل اليمنى باتجاه حركة عقارب الساعة ملاحظة عامة :يجب عمل الموازنة وضبط الجهاز في كل مرة يتغير فيها مكان الميزان الالكتروني ثالثا :قبل توصيل الجهاز بالتيار الكهربائي يجب التاكد من ملائمة فولتية الجهاز مع الفولتية المجهزة للميزان وذالك من محول AC المرفق مع الجهاز***عند توصيل الميزان بالكهرباء يعمل فحص ذاتي لاجزائه وتنتهي العملية بظهور كلمة OFF على شاشة العرض وبعد ذلك اضغط على زر (ON ) لتشغيل الجهاز ***** ملاحظة يفضل اجراء القياسات بعد نصف ساعه من تشغيل الجهاز كي تتلائم درجة حرارة الجهاز مع درجة حرارة الغرفة رابعا :ـ غلق وفتح الجهاز OFF / ON1ـ فتح الجهاز (ON )ابعد أية اوزان من كفة الميزان ثم اضغط على زر ON بعدها يقوم الجهاز بعمل فحص ذاتيا وتنتهي بظهور رقم ( gm 0.00 ) وهذا يعني ان الميزان جاهز للعمل .2 ـ غلق الجهاز OFFلاغلاق الجهاز اضغط على زر OFF لحين ظهور كلمة OFF على الشاشة الطرق المتبعة لتعين الكتلة :1ــ الطريقة الاعتيادية :أ ـ ضع الثقل المطلوب معرفة وزنة على كفة الميزان وانتظر حتى تختفي الاشاره (0) الموجودة على الجهه اليسرى من الشاشة ب ـ بعد اختفاء الاشاره (0) تكون القراءه على الشاشة تمثل كتلة الجسم المراد وزنه .
2 ــ طريقة استخدام الوعاء : ــ
أ ـ ضع الوعاء الفارغ على كفة الميزان سيظهر على الشاشة كتلة الوعاء .ب ـ اضغط على زر (O/T ) للحظه وجيزه سوف تختفي كتلة الوعاء من الشاشة . ج ـ ضع الماده المراد تعين كتلتها في الوعاء الفارغ ثم ضعه على كفة الميزان ستظهر كتلة الماده فقط دون كتلة الوعاء .
*** ملاحظه هامه : ـفي حالة رفع الوعاء في كفة الميزان سيظهر رقم سالب على الشاشه حيث يمثل كتلة الوعاء وهو فارغ وسوف تبقى كتلة الوعاء في ذاكرة الجهاز لحين الضغط على زر O/T مرة اخرى واغلق الجهاز
السبب الرئيسي لتعطل الجهاز هو :-الاستخدام السيئ للجهاز .تحميل الميزان وزن زائد عن القيمة المسموح بها بمعنى نفرض أن القيمة القصوى الذى يوزنها الميزان 310 جرام عند قيام الفنى بعملية الوزن يقوم بوزن زجاجة الساعة وهى فارغة فرضا كان وزنة 44 جرام بعد ذلك يقوم بتصفير الميزان لأخذ القراءة المطلوبة فرضا كان الوزن المطلوب 300 جرام يقوم الفنى بوزن القيمة المطلوبة متناسيا قيمة زجاجة الساعة المدونة بالذاكرة سيقوم الميزان بالوزن ولكن مع تكرار العملية سيؤدى الى تلف الجهاز وبالتالى الى تلف الجزء الميكانيكى وإذا تلف الجزءالميكانيكى لا يمكن اصلاح الجهاز ويجب استبدال الميزان بأخر جديد الطريقة الأفضل هى بالاضافة أى آخذ وزن زجاجة الساعة وهى فارغة ثم حساب القيمة التهاية للوزن المطلوب وإضافة المادة المراد وزنها إلى أن تصل إلى القيمة المطلوبة .بالنسبة لبعض الموازين الكهربائية الذى يعمل على بطارية ، ترك الفنى للبطارية لفترة طويلة داخل الجهاز ممكن أن تتجاوز السنة كفيلة بأن تتلف الجهاز وذلك بسبب تحمض البطاريات وبالتالى تكون الصدأ على الحافظة .الصيانة الدورية للجهاز من حيث النظافة العامة " تشمل الاتربة + بقايا المواد الكيماوية العالقة أثناء قيام الطالب بعمل التجارب العملية. ترك الجهاز يعمل لفترة طويلة بمعنى عدم فصل الجهاز عن الكهرباء وتركة فى نظام التشغيل لمدة أيام وذلك بسبب النسيان وبالتالي تتولد حرارة ينتج منها تلف وحدة التيار الموجودة وبما انة يعمل على نظام الشرائح الالكترونية يتسبب ذلك فى تلف المفاومات وIc وبالتالىالى تلف الجهاز.