المبادىء الأساسية للهندسة الكهربية والالكترونية–1-الوحدات المرتبطة بالكميات الكهربية

[F.Abdelaziz]

المبادىء الأساسية للهندسة الكهربية والالكترونية–1-الوحدات المرتبطة بالكميات الكهربية الأساسية :
فى نهاية هذا الجزء يجب أن تكون قادرا على :
· معرفة الوحدات " القياسية الدولية " SI Units الأساسية .
· التعرف على الوحدات SI المشتقة .
· فهم البادئات prefixes التى تدل على الضرب والقسمة .
· معرفة وحدات "الشحنة" charge والقوة force والشغل work والقدرة powerوإجراء عمليات حسابية بسيطة تشمل هذه الوحدات .
· معرفة وحدات الجهد الكهربى electrical potential و القوة الدافعة الكهربية e.m.f والمقاومة resistance والتوصيلية conductance والقدرة power والطاقة energy وإجراء عمليات حسابية بسيطة تشمل هذه الوحدات .


1- الوحدات القياسية الدولية SI units
نظام الوحدات المستخدم فى الهندسة والعلوم هو "نظام الوحدات الدولى " , وعادة يختصر بنظام SI units , وهو يستند إلى النظام المترى . تم إدخال هذا النظام عام 1960 وهو الآن معتمد من قبل غالبية الدول كنظام رسمى للقياس .
فيما يلى قائمة برموز هذا النظام :

الوحدات المشتقة لنظام SI :
تستخدم الوحدات المشتقة مجوعات من الوحدات الأساسية , ويوجد العديد منها , على سبيل المثال :
السرعة Velocity – metres per second (m/s)
و العجلة Acceleration – metres per second squared (m/s2)
يمكن جعل وحدات نظام SI أكبر أو أصغر باستخدام البادئات التى تدل على الضرب أو القسمة بقيمة معينة . فيما يلى قائمة بالستة مضاعفات الأكثر شيوعا ومعناها :

[F.Abdelaziz]

2- الشحنة الكهربية Electric Charge
وحدة الشحنة الكهربية هى الكولوم coulomb (C) حيث واحد كولوم يعادل واحد أمبير فى الثانية (وهى وحدة مشتقة, والكولوم الواحد يساوى 6.24* 1018اليكترون ) .
يعرف الكولوم بأنه كمية الكهرباء التى تمر خلال نقطة معينة فى الدائرة الكهربية عندما يتم الحفاظ على تيار بقيمة واحد أمبير لمدة واحد ثانية . وبالتالى يمكن التعبير عن الشحنة بالكولوم كما يلى :

حيث I التيار بالأمبير و t الزمن بالثانية .
مثال :
إذا مر تيار قيمته 5 A لمدة 2 دقيقة , أوجد كمية الكهرباء المنتقلة .
كمية الكهرباء Q تساوى :

Q = It coulombs
I = 5 A , t = 2* 60 = 120 s
Hence
Q = 5* 120 =600 C

[F.Abdelaziz]

3- القوة Force :

القوة هى أى مؤثر يتسبب فى تغيير حالة الكائن بتحريكة أو بتغيير اتجاهة أو بناءه الهندسى .
وحدة القوة هى النيوتن newton (N) , حيث واحد نيوتن ياعادل واحد كيلوجرام . متر لكل ثانية مربعة .
يعرف النيوتن بأنه القوة التى عند تطبيقها (التأثير بها) على كتلة مقدارها واحد كيلوجرام تعطيها عجلة بقيمة واحد متر لكل ثانية مربعة . وبالتالى فإن :

force, in newtons F = ma

حيث m الكتلة بالكيلوجرام و a العجلة بالمتر لكل ثانية مربعة .
قوة الجاذبية أو الوزن weight هى mg حيث g = 9.81 m/s2 .

مثال :
قوة مقدارها 5000 g تم تعجيلها بعجلة مقدارها 2 m/s2 عن طريق قوة . عين هذه القوة .

Force = mass*acceleration = 5 kg* 2 m/s2 = 10 kg m/s2 = 10 N

مثال :
أوجد القوة التى تؤثر رأسيا لأسفل على كتلة مقدارها 200 g معلقة بسلك .

200 g = 0.2 kg
g = 9.81 m/s2
Force acting downwards =weight
= mass* acceleration
= 0.2 kg* 9.81 m/s2
= 1.962 N

4- الشغل Work

عندما تءثر قوة على كائن وتسبب حركته مسافة , فإنه يتم إنتقال الطاقة وبذل شغل .
وحدة الشغل work أو الطاقة energy هى الجول joule (J) , حيث واحد جول يعادل واحد نيوتن . متر .
يعرف الجول بأنه الشغل المبذول (أو الطاقة المنقولة) بقوة قدرها واحد نيوتن خلال مسافة قدرها واحد متر فى اتجاه القوة . وبالتالى يكون الشغل المبذول على جسم بالجول هو :

W= Fs joules

حيث F القوة بالنيوتن و s المسافة بالمتر التى يتحركها الجسم فى اتجاه القوة .
الطاقة Energy تعبر عن السعة (القدرة) capacity على بذل الشغل .

5- القدرة Power :

وحدة القدرة هى الوات watt (W) , حيث واحد وات يعادل واحد جول لكل ثانية .
تعرف القدرة بأنها معدل rate بذل الشغل أو انتقال الطاقة . وبالتالى تكون القدرة بالوات :

P =W / t watts

حيث W الشغل المبذول أو الطاقة المنقولة بالجول و t الزمن بالثوانى , ومن ثم تكون الطاقة بالجول :

W = Pt joules

مثال :
ماكينة محمولة تحتاج لقوة قدرها 200 لتحريكها . ما هو الشغل المبذول لتحريك الماكينة 20 m وما هى القدرة المتوسطة المستخدمة إذا استغرقت عملية التحريك 25 s ؟

Work done = force* distance = 200 N* 20 m = 4000 Nm or 4 kJ

Power = work done / time taken = 4000 J /25 s = 160 J/s = 160 W

مثال :
كتلة مقدارها 1000 kg تم رفعها حتى ارتفاع 10 m فى 20 s . ما هو الشغل المبذول , والقدرة المستخدمة ؟

(a) Work done = force * distance
and force = mass* acceleration
Hence,

work done = 1000 kg* 9.81 m/s = 98 100 Nm = 98.1 kNm or 98.1 kJ

(b) Power= work done / time taken = 98100 J / 20 s
= 4905 J/s = 4905 W or 4.905 kW

[F.Abdelaziz]

6- الجهد الكهربى والقوة الدافعة الكهربية Electrical potential and e.m.f. :
الجهد الكهربى electric potential عند نقطة يساوى طاقة الجهد الكهربى ( مقاسة بالجول ) للجسيمات المشحونة عند هذه النقطة مقسومة على شحنة هذه الجسيمات (مقاسة بالكولوم) .
وحدة الجهد الكهربى هى الفولت volt (V) , حيث واحد فولت يعادل واحد جول لكل كولوم .
يعرف الفولت الواحد بأنه الفرق فى الجهد بين نقطتين فى موصل والذى عندما يحمل تيار قدره واحد أمبير يشتت قدرة قدرها واحد وات , وبالتالى :

التغير فى الجهد الكهربى بين نقطتين بدائرة كهربية يسمى "فرق الجهد" potential difference .
القوة الدافعة الكهربية (e.m.f.) المستمدة عن طريق مصدر طاقة مثل البطارية أو المولد يقصد بها جهد البطارية أو المولد وتقاس بالفولت .

7-المقاومة والتوصيلية Resistance and conductance
وحدة المقاومة الكهربية هى الأوم (Ω) ohm , حيث واحد أوم يعادل واحد فولت لكل أمبير .
تعرف المقاومة بأنها المقاومة بين نقطتين بالموصل عندما تطبيق جهد كهربى ثابت قيمة واحد فولت عند النقطتين ليتسبب فى مرور تيار قدره واحد أمبير بالموصل , وبالتالى :

حيث V فرق الجهد بين النقطتين , بالفولت , و I التيار المار بين النقطتين , بالأمبير .
معكوس المقاومة يسمى التوصيلية conductance ويقاس بالسيمنس siemens (S) . وبالتالى :

حيث R المقاومة بالأوم .

8- القدرة والطاقة الكهربية Electrical power and energy :
عندما يمر تيار مستمر I أمبير فى دائرة كهربية ويكون فرق الجهد عبر الدائرة V فولت , عندئذ تكون القدرة الكهربية بالوات :

والطاقة الكهربية بالجول :

على الرغم من أن وحدة الطاقة هى الجول , إلا أنه عند التعامل مع كمية طاقة كبيرة , فإن المحدة المستخدمة هى الكيلووات ساعة kilowatt hour (kWh) حيث :

1 kWh = 1000 watt hour
= 1000* 3600 watt seconds or joules
= 3 600 000 J

مثال :
مصدر قوته الدافعة الكهربية 5 V , يعطى تيار قدره 3 A لمدة 10 minutes. ما هى كمية الطاقة المعطاة فى هذا الزمن؟

مثال :
سخان كهربى يستهلك 1.8 MJ عند توصيله بمنبع 250 V لمدة 30 minutes . أوجد معدل القدرة للسخان والتيار المأخوذ من المنبع .

9- ملخص للمصطلحات والوحدات ورموزها :

[فكروعلم]

مليون شكر أخ فتح الله

[F.Abdelaziz]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة فكروعلم

مليون شكر أخ فتح الله

أخى الكريم

شكرا جزيلا لك

وكل عام وانت بخير

اللهم تقبل صيامنا وقيامنا وسائر أعمالنا

مع تمنياتى بدوام التوفيق