التيار المتردد الجيبي أوالتيار المتناوب الجيبي (بالإنجليزية: sinusoidal Alternating current)‏ هوتيار كهربائي يعكس اتجاهه بشكل دوري ويتذبذب في مكانه ذهابا وإيابا 50 أو60 مرة في الثانية حسب النظام الكهربائي المستخدم. يمكن توليده فقط حسب قانون فرداي عن طريق مولد كهربائي متردد.

ويتم الآن استخدام التيار المتردد لنقل الطاقة الكهربائية في جميع دول العالم رغم أسبقية التيار المستمر التاريخية، ورغم حتى أول محطة تجارية لتوليد الكهرباء في العالم وهي التي أنشأها أديسون في نيويورك سنة 1882 م كانت كذلك محطة لتوليدة التيار المستمر حتى حتى أولى الأجهزة الكهربية كانت تعمل على التيار المستمر مثل مصباح أديسون إلا حتى الوضع انقلب رأسا على عقب بعيد حرب التيارات فأصبح التيار المتذبذب مفضلا في عملية ايصال الطاقة لأسباب لها علاقة بتقنتي نقل الطاقة من جهة ومعالجة الإشارات من جهة أخرى.

شكل موجة التيار المتردد هي الموجودة في المنازل والشركات. والشكل الموجي المعتاد هي موجة جا (Sin wave)، ولكن في بعض التطبيقات من الممكن استخدام موجة مثلثية أومربعة. وغالبًا ما تستخدم الاختصارات (AC) للتيار المتردد، و(DC) للتيار المستمر، كما يمكن التعبير عنها مع الجهد الكهربائي.

مزاياه

ربما يتساءل البعض لما يستخدم التيار المتردد في نقل الطاقة الكهربائية على الرغم من أنه أكثر تعقيدا من التيار المستمر. ولكن يمتاز التيار المتردد بعدد من الميزات عن التيار المستمر:

1. يمكن نقل القدرة الكهربائية عبر التيار المتردد إلى مسافات بعيدة جدا وهذا ما لا يمكن للتيار المستمر حتى يعمله بطريقة اقتصادية أوعملية. حيث يمكن خفض وحمل جهد المولد الكهربائي باستخدام جهاز يدعى المحول لا يمكن تطبيقه على التيار المستمر بسبب عدم وجود تغير في التدفق المغناطيسي. يقوم المحول بحمل الجهد الكهربائي الآتي من المولد والذي يتراوح عادة بين 11-36 كيلوفولت ويقوم بحمله إلى مستويات تبلغ 110-765 كيلوفولت مما يجعل بالإمكان نقله إلى مسافات بعيدة جدا بين الدول أوحتى عبر القارات.
2. تمتاز التيارات المترددة على المستمرة بقدرتها على نقل المعلومات. فمكبر الصوت مثلا يقوم بتحويل المعلومات المحتواة في حدثة إلى تيار متردد
3. التيار المتناوب سهل التوليد من التوربينات حيث حتى الوشائع والمغانط الدوارة تنتج تيارا متناوبا وللحصول على التيار المستمر منها يجب إجراء تقويم وترشيح وهذه العملية من الصعب تحقيقها في التوترات العالية.
4. تنتج الخلايا الكهروكيميائة التيار المستمر مباشرة ولكنها تكون غير عملية لتلبية احتياجات مناطق سكانية كبيرة، بينما يمكن استعمال الطاقة الهائلة للمياه المخزونة خلف السدود على الأنهار، واستغلال طاقة المد والجزر للمحيطات وطاقة الرياح والوقود الاحفوري والتفاعلات النووية الآمنة لتدوير عنفات والتي بدورها تدير مولدات تيار متردد.

كان توماس إديسون يفضل التيار المستمر على المتردد في نقل الطاقة الكهربائية في الأيام الأولى لإنشاء الشبكات الكهربائية ولكن زملاؤه رؤوا حتى التيار المتردد يمكن حتى يعمل بشكل أفضل وقد أخذ اديسون وقتا حتى اقتنع بخطأ موقفه لكن من الممكن كان يفهم شيئا لم يكن يعهده زملاؤه. هناك ميزة زائدة للتيار المستمر في الشبكات الكهربائية عند نقل الطاقة الكهربائية لمسافات يعيدة حيث أنها تنتقل بشكل أكثر فعالية عند التوترات العالية من التيار المتردد لأن الأسلاك لها مقاومة أصغر عند مرور التيار المستمر منها عند مرور التيار المتردد وأيضا تقل الطاقة المغناطيسية الضائعة على شكل حقل مغناطيسي حول الاسلاك. ويعتبر نقل الطاقة باستخدام التيار المستمر ذي التوتر العالي واعدا جدا في المستقبل ولكن في الوقت الحالي تكمن المشكلة الأساسية في الكلفة لأنه يلزم تجهيزات تحويل للطاقة مدروسة بشكل كبير.

تردد جيبي

يمكن وصف تغير التيار المتردد مع الزمن بمعادلة جيبية على الصورة :

${\displaystyle i(t)={\hat {i \cdot \sin(\omega t)$

حيث :${\displaystyle \stackrel{^<!--\; ^\; -->}{i}}$${\displaystyle (\omega )$ التردد الزاوي .

• يلاحظ حتى التردد الزاوي ${\displaystyle (\mathrm{\omega <!--\; \omega \; -->})}$

الجهد المتردد

تنطبق المعادلة الجيبية السابقة أيضا على الجهد المتردد (قارن الشكل ):

${\displaystyle u(t)={\hat {u \cdot \sin(\omega t)$

حيث :${\displaystyle \stackrel{^<!--\; ^\; -->}{u}}$${\displaystyle (\omega )$ التردد الزاوي .

في هذا الشكل يزداد التيار وينخفض تباعا لتزايد الجهد المتردد وانخفاضه، ونقول في تلك الحالة أنهما في نفس طور الموجة.

ولكن أحيانا يمر الجهد المتردد عبر مكثف أوعبر ملف عندئذ يحدث إزاحة للتيار عن الجهد، ونقول حتى بين التيار والجهد فرق طور.

الشكل أربعة يوضح فرق الطور عند مرور الجهد والتيار المترددين عبر مكثف ، يبلغ انزياه الطور هنا 90 درجة (زاوية).

الشكل ثلاثة يبين أيضا حتى القدرة الكهربائية P هي حاصل ضرب الجهد في التيار . ونلاحظ حتى الجهد المتردد والتيار المتردد يتغيران في مطالهما بين الموجب (أعلى المحور الأفقي) والسالب (أسفل المحور الأفقي ). أما القدرة فهي دائما موجبة .

التيار والدورة

عدد الذبذبات في الثانية يسمى التردد ويقاس بوحدة هرتز واختصارها Hz .

والدورة هي تغير حالة تعيد نفسها على فترات زمنبة متساوية وتسمى تلك الفترة زمن الدورة (لنا مثلا دوران الأرض حول الشمس، زمن الدورة سنة واحدة . أودوران الأرض حول محورها، دورة جميع 24 ساعة) . يرمز لزمن الدورة في الفيزياء بالحرف T .

بالنسبة للتيار المتردد تكون الدورة هي الزمن بين قمتين متتاليتين، أوالزمن بين قاعين متتاليين على منحنى الجهد (بالمثل يتغير أيضا منحنى التيار) . بالمل يمكن القول حتى الدورة في التيار المتردد تتكون من نصفي اهتزازة متتابعتين أحدهما موجبة والأخرى سالبة. ويمكن حساب زمن الدورة T بمقلوب التردد f.

${\displaystyle T={\frac {1 {f$

في معظم بلاد العالمقد يكون تردد التيار المتردد المستخدم في البيوت له زمن دورة قدرها :

${\displaystyle T_{50 ={\frac {1 {50{\text{ Hz ={\frac {1 {50 {\text{ s =20{\text{ ms$

وفي حسابات الهندسة الكهربائية (حساب التيار المتردد ) نستخدم التردد الزاوي ω حيث يسهل كتابة المعادلات :

${\displaystyle \omega =2\pi \cdot f$

فعندماقد يكون لدينا تيار متردد وله تردد 50 هرتز (أي يتذبذب بمعدل 50 مرة في الثانية) :

${\displaystyle \omega _{50 =2\pi \cdot 50{\text{ Hz \approx 314{\text{ s ^{-1$

وإذا كان هذا الجهد المتردد يغذي آلة كهربائية بواسطة قطبين، فهي تدور ولها نصف دورة موجبة تتبعها نصف دورة سالبة، ... إلى غير ذلك . بذلك تدور الآلة وتكمل 360° (وهي دورة واحدة).

أنواع التيارات المترددة الجيبية

التيار المتردد نحصل عليه من مولدات التيار المتغير وهذا النوع من التيار متغير القيمة والاتجاه وهورائج الاستخدام في المنازل والمصانع ويمكن الحصول عليه بقدرات عالية ومن مميزات هذا النوع من التيار أنه يمكن حمله أوخفضه باستخدام المحولات الكهربائية ويمكن نقله إلى مسافات بعيدة بأقل فقد في القدرة المنقولة والتيار المتردد نوعين :

• تيار متردد أحادي الطور
• تيار متردد ثلاثي الطور

مغناطيس التيار المتردد

في التيار المتردد تتغير شدة التيار دوريا من نهاية عظمى (مطال) تنخفض إلى الصفر (عند ربع طول الموجة) إلى نهاية صغرى (مطال معكوس الإشارة) ثم إلى الصفر ثم يصل ثانيا إلى النهاية العظمى التي بدأ منها، وبذلك تكون الدورة قد تمت. وتتكرر تلك الدورة للتيار المتردد (انظر الشكل). ونظرا لذلك التغير الذي تصل فيه قيمة التيار دوريا إلى الصفر في حالة التيار المتردد فلا بد من ضمان عمل المغناطيس المستمر خلال اللحظات الدورية التي لا يمر خلالها تيار في الملف .

ويتم ذلك عن طريق استخدام ملف إضافي ينتج تيارا مترددا إضافيا ويكون في طور منزاحا عن طور التيار المتردد الأصلي، بحيث يتطابق التياران المترددان على بعضهما البعض، وتصبح للمحصلتهما دائما قيمة مختلفة عن الصفر (انظر الشكل، المنحنى الأسود). كما يمكن إجراء ذلك عن طريق استخدام تيار ثلاثي الأطوار وهوالنظام المتبع لتشغيل المحركات الكهربائية في القطارات والروافع وغيرها.

اقرأ أيضا

• محرك قطب مشقوق
• تيار ثلاثي الأطوار
• محول تردد
• تيار مداوم
• مولد كهربائي
• محول كهربائي
• مغناطيس كهربي
• طور الموجة
• محرك كهربائي
• آلة تيار ثلاثي الأطوار
• مولد خطي

مراجع

تيار متردد في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز