اختراعات


1- تمهيد :




الكهرباء مكون من مكونات هذا الكون تختلف قدرته من وسط الى اخر , قدرته في الصواعق أكبر من قدرته في الدارات الكهربائية والسيالة العصبية في الجسم . ماهو اذن "مدلول "القدرة الكهربائية ؟وكيف تحسب ؟

2-القدرة الكهربائية الأسمية :

1-2) المميزات الأسمية لجهاز كهربائي :

جل الأجهزة الكهربائية تحمل لوحة تسمى اللوحة الوصفية كتبت عليها مقادير فيزيائية تسمى المميزات الأسميةوهي تحدد ظروف الاشتغال العادي لكل جهاز.
∗مثال :آلة حاسبة.

نعتبر اللوحة الوصفية للآلة حاسبة:
انطلاقا من قراءة اللوحة الوصفية للآلة الحاسبة نستخلص المميزتين الأسميتين:
  • 3v وتمثل التوتر الاسمي .
  • 0.0004w وتمثل القدرة الكهربائية الأسمية.
يرمز للقدرة الكهربائية بالرمز P ووحدتها العالمية هي الواط رمزها w.
∗ بعض أجزاء و مضاعفات الواط :

مضاعفات الواطأجزاء الواط
1KW=103W(الكيلوواط)1mW=10-3W(الميليواط)
1MW=106W(الميغاواط)1μW=10-6W(الميكروواط)
1GW=109W(الجيغاواط)1nW=10-9W(النانوواط)


∗ تمرين مدمج 1:(الملائمةL’adaptation) : نريد تزويد  الآلة الحاسبة السابقة بالطاقة الكهربائية انطلاقا من مأخذ التيلر الكهربائي المنزلي . فسر كيف ؟
∗الحل :انطلاقا من قراءة اللوحة الوصفية لدينا التوتر الاسمي للالة الحاسبة هو 3v ونعلم ان التوتر الاسمي لمأخد التيار المنزلي هو220v او 230v لهذا يجب استعمال محول خافض للتوتر .

1-2)مدلول القدرة الكهربائية الاسمية :

أ - تجربة :


ب - ملاحظة وتفسير :

  • المصباحان يشتغلان بنفس التوتر.
  • المصباح L1 أكتر اضاءة من المصباح L2 لان القدرة الكهربائية للمصباحL1 أكبر.

ج - استنتاج :

تعبر القدرة الكهربائية الاسمية على تفوق جهاز كهربائي في أداء وظيفة معينة كالإضاءة , التسخين أوالتحريك.

∗ تمرين مدمج 2: فرن كهربائي مزود بصفيحتين مسخنتين r1 و r2 قدرتيهما على التوالي1200w و 1700w

أي الصفيحتان أكثر تسخينا؟علل جوابك؟
∗الحل: الصفيحة r2 أكثر تسخينا لأن القدرة الكهربائية الاسمية لهذه الصفيحة أكبر.

3 - القدرة الكهربائية المستهلكة من طرف جهاز كهربائي :

1-3) في التيار المستمر:

أ - تجربة : نقيس شدة التيار والتوتر بالنسبة لثلاثة مصابيح مختلفة L2 , L1 و L3 .


ب ملاحظة وتفسير :

التوتر الأسمي (v)شدة التيار (A)الجداء U×Iالقدرة الأسمية (w)
المصباح L112,61,1914,9415
المصباح L212,41,7021,0821
المصباح L312,60,415,165
انطلاقا من تحليل نتائج الجدول واخدا بعين الاعتبار هامش الخطأ المتعلق بالتجربة نلاحظ أن القدرة الكهربائية الاسمية تساوي الجداءU×I


ج - استنتاج :

في التيار المستمر تساوي القدرة الكهربائية المستهلكة من طرف جهاز كهربائي الجداء U×I ونكتب P=U×I بحيث:
U التوتر المطبق بين مربطي الجهاز بالفولط (v)
I شدة التيار المار بالجهاز بالأمبير (A)
P القدرة الكهربائية المستهلكة بالواط (w) .

ملحوظة :القدرة الكهربائية الاسمية هي حالة خاصة للقدرة الكهربائية المستهلكة : القدرة 

الكهربائية الاسمية هي القدرة الكهربائية المستهلكة عند الاشتغال العادي لجهاز.

∗ تمرين مدمج 3: يحمل مصباح كهربائي الاشارتين :(12v-45w)
أ - ماهي القدرة الكهربائية الأسمية للمصباح ؟
ب - أحسب القدرة الكهربائية المستهلكة عند تشغيل المصباح بالتوتر 12v
ج - عند تشغيل المصباح بتوتر 9v يمر فيه تيار كهربائي شدته 4,44A , أحسب القدرة الكهربائية المستهلكة في هذه الحالة .
∗ الحل :
أ - القدرة الكهربائية الأسمية هي : 45w
ب - القدرة الكهربائية المستهلكة هي 45w لأن 12v هو التوتر الأسمي للمصباح (أثناء الأشتغال العادي يستهلك جهاز قدرة كهربائية تساوي قدرته الأسمية)
ج - في هذه الحالة القدرة الكهربائية المستهلكة هي:P=UI=9v.4,44A=39,96w

2-3) في التيار المتناوب:

أ- تجربة:

نعيد التجربة السابقة وبدل المصابيح الثلاثة  نستعمل مصباح ,مكواة ومحرك كهربائي.

ب-ملاحظة وتفسير:

جدول النتائج

التوتر (v)شدة التيار (A)الجداء U×Iالقدرة الاسمية (w)
المصباح2200,4599100
المكواة22010,882393,62400
المحرك2202,1462400

- بالنسبة للمصباح والمكواة نلاحظ أن القدرة الكهربائية تساوي تقريبا الجداء UxI
- بالنسبة للمحرك الكهربائي نلاحظ أن القدرة الكهربائية أصغرمن الجداء UxI

ملحوظة:المصباح والمكواة...أجهزة تحول الطاقة الكهربائية الى طاقة حرارية (مفعول جول) بينما المحرك الكهربائي يحول الطاقة الكهربائية أساسا الى طاقة ميكانيكية.
مفعول جول: يؤدي مرور تيار كهربائي في موصل الى ارتفاع درجة حرارته,هذا المفعول الحراري للتيار الكهربائي يسمى مفعول جول.

ج- استنتاج:

في التيار المتناوب فقط بالنسبة للأجهزة ذات مفعول جول كالمصابيح, أجهزة التسخين (المقاومات الكهربائية بصفة عامة) لدينا P=U×I بحيث:
U التوتر الفعال المطبق بين قطبي الجهاز بافولط .
I شدة التيار الفعالة التي تخترق الجهاز بالأمبير .

∗ تمرين مدمج 4: نربط مكواة بمأخد تيار كهربائي توتره الفعال 230V فيخترقها تيار كهربائي فعال شدته 6,52A . أحسب القدرة الكهربائية المستهلكة من طرف المكواة .
∗ الحل : نعلم أن P=UI لدينا U=230V و I=6,52A اذن :P=230V.6,52A=1499,6W ≈1500W

∗ تمرين مدمج 5: القدرة الكهربائية المستهلكة في مصباح طبق بين مربطيه توتر U=230V هي P=100W . أحسب شدة التيار المارة بالمصباح .
∗ الحل : نعلم أن P=UI يعني I=P ⁄ U ولدينا U=230V و P=100W ,
 تطبيق عددي (ت.ع) :I=(100W ⁄ 230V)=0,43A


4 - بعض التطبيقات:

1-4) القدرة الكهربائية المستهلكة من طرف اجهزة تسخين ذات مفعول جول:

نعتبر الدارة الكهربائية أسفله والتي تمثل الدارة الكهربائية للأجهزة التسخين ذات المفعول الحراري للتيار الكهربائي )أجهزة تحول الطاقة الكهربائية الى طاقة حرارية (. تتكون هذه الأجهزة أساسا من مقاومة كهربائية .


القدرة الكهربائية P المستهلكة من طرف الجهاز هي :P=U×I
ونعلم حسب فانون أوم أن U=R×I : ومنه فان :P=(R×I)×I
اذن P=R×I2 بحيث R المقاومة الكهربائية بالأوم Ω و I شدة التيار الكهربائي بالأمبير (A) , هذه العلاقة تعبر عن قانون جول.
ملحوظة: يمكن التعبير عن القدرة الكهربائية المستهلكة في جهاز التسخين كما يلي P=U2⁄R
∗ برهان : نعلم ان :P=U×I و ونعلم أن :U=R×I اي I=U ⁄ R ومنه :P=U×(U ⁄ R)=U2 ⁄ R

∗ تمرين مدمج 6: نربط مقاومة كهربائية R=75Ω بمأخد التيار الكهربائي فيمر فيها تيار كهربائي شدته I=2,93A . أحسب القدرة الكهربائية للمقاومة.
∗ الحل : لدينا R=75Ω و I=2,93A ونعلم أن P=R×I2أي P=75Ω×(2,93A)2=643,86w

∗ تمرين مدمج 7: نقرأ على اللوحة الوصفية لجهاز تحظير القهوة الساخنة مايلي :(220v,600w)
أ - أحسب الشدة الفعالة للتيار الكهربائي المار بالجهاز اثناء الاشتغال العادي.
ب - استنتج مقاومة الجهاز.
∗ الحل :
أ - نعلم أن P=U× I أي I=P ⁄ U لدينا U=220v و P=600w تطبيق عددي (ت.ع) :I=(600w ⁄ 220v )=2,72A
ب - حسب قانون أوم U=R×Iأي R=U ⁄ Iاذن R=(220v ⁄ 2,72A )=80,88Ω

2-4) حماية الأجهزة الكهربائية:

لحماية جهاز كهربائي من الارتفاع المفاجئ للتيار الكهربائي نركب على التوالي مع الجهاز صهيرة ملائمة . فكيف يتم ذالك ؟
لاختيار صهيرة ملائمة يجب تحديد شدة التيار التي ستعبر الجهاز اثناء الاشتغال العادي اما انطلاقا من قرائتها على اللوحة الوصفية أو حسابها انطلاقا من العلاقة I=P⁄U حيث U التوتر الاسمي و P القدرة الكهربائية الاسمية .

∗ تمرين مدمج 8: في تركيب منزلي نريد اختيار الصهيرة الملائمة تركيبها مع مسخن كهربائي (230V-1,8KW) . من بين الصهائر التالية (10A-15A-20A-32A) اختر الصهيرة الملائمة .
∗ الحل : لتحديد الصهيرة الملائمة يجب في البداية معرفة التيار الذي يعبر الجهاز اثناء الاشتغال العادي , نعلم أن I=P ⁄ U ولديناU=230V و P=1,8KW=1800W ت.ع (تطبيق عددي) I=(1800W ⁄ 230V)=7,82A , لا يجب تجاوز هذه الشدة كثيرا لتفادي اتلاف الجهاز , اذن اختار الصهيرة 10A

∗ تمرين مدمج 9: : نقرأ على اللوحة الوصفية للفاصل الكهربائي في تركيب منزلي الاشارتين : الشدة القصوى 15A , توتر الاستعمال 220V .
أ - أحسب القدرة الكهربائية القصوى التي لاينبغي تجاوزها في هذا التركيب .
ب - ماذا سيحدث اذا تم تجاوز هذه القدرة ؟
∗ الحل :
أ - لدينا I=15A و U=220V اذن القدرة القصوى للفاصل هي P=220V.15A=3300W
ب - اذا تم تجاوز هذه القدرة القصوى مثلابسبب تشغيل في نفس الوقت مجموعة من الأجهزة مجموع قدراتها يفوق القدرة القصوى للفاصل فان هذا الاخير سيفتح وينقطع التيار عن التركيب .