مصباح قدرته 100 watt=P يعمل على فرق جهد V=220 V تصل درجة حرارة فتيلته إلى .t=2000Co
إذا كان معامل درجة الحرارة لمقاومة مادة الفتيلة يساوي .أحسب
1-التيار الذي يمر في المصباح لحظة اشتعاله إذا كانت درجة الحرارة الابتدائية Co .
2-مقاومة المصباح النهائية Rt عند درجة حرارة 2000.
الحل:
مقاومة المصباح في درجة حرارة 2000Co تساوي:
المقاومة لحظة اشتعاله المصباح R15C0
لذا فإن التيار الذي يمر في المصباح لحظة اشتعاله هي:
-2-7 المقاومات المستخدمة عملياً.
* يستفاد من خاصية المقاومة في تنظيم مرور التيار في فروع الدوائر الكهربائية المختلفة وتحديد قيمته،
* ولتحقيق هذا الغرض تستخدم عناصر كهربائية تدعى المقاومات Resistors .
* تصنع المقاومات بطرق وأشكال مختلفة حسب الغاية المتوخاة من استعمالها.
* من هذه المقاومات ما هو ثابت، ومنها ما يمكن تغيير قيمتها. ومن هذه المقاومات ما يمتاز بدقة قيمته.
* ومنها ما يمتاز بصفات أخرى غير تلك الصفات. وسنشرح فيما هو أت عددا من الأنواع الشائعة الاستعمال.
1 -7-2. المقاومات القياسية Standard resistors
• تتصف المقاومات القياسية بالمحافظة على قيمتها المحددة لزمن طويل، رغم تغير الظروف الجوية المحيطة بها.
• وتصنع عادة من سلك من مادة تمتاز
• بمقاومتها النوعية العالية
• ومعاملتها الحراري المنخفض جداً
• مثل سبيكة المنغانيز ( 84 % Cu, 12% Mn, 4% Ni لكي لا يحدث تغير يذكر في قيمتها عند ارتفاع درجة حرارة السلك أثناء مرور التيار فيه.
• ولتجنب نشوء حث ذاتي يلف السلك كما هو مبين في الشكل(15 . 2) فبهذه الطريقة تتساوى التأثيرات الحثية في النصف الأول من لفات السلك مع التأثير المماثلة الناتجة عن لفات النصف الآخر منه وتعاكسها وبذلك يصبح التأثير الحثي الكلي صفراً.
الشكل(15 . 2)
• إن هذا الأسلوب من لف الأسلاك يدعى لف غير حثي Non – inductive.
• ويثبت الملف المقاوم داخل وعاء مقفل مملوء بالزيت للتخلص من تأثير الرطوبة على قيمة المقاومة.
• للمقاومات القياسية أهمية كبيرة في مختبرات القياس والمعايرة والسيطرة النوعية
المحاضره العاشره16\10\2014
2-7-2- المقاومات السلكية Wire – wound resistors
• تصنع المقاومات السلكية من سلك من:-
• سبيكة المنغانيز ( 84 % Cu. 12% Mn 4% Ni
• أو سبيكة الكونستانتان (45 % Cu. 55% Ni
• او سبيكة النيكروم، Nichrome (كرومCr10%,: Ni90%; نيكل )
• ملفوف بالطريقة المبينه في الشكل(15 . 2) للتخلص من التيارات المحثية، لأجل أن يكون المقاوم صالحاً للاستعمال في دوائر التيار المتناوب ,
• يمكن بسهولة الحصول على القيمة المطلوبة للمقاومة، وبدرجة كافية من الدقة لكثير من الأغراض العملية، وذلك بقطع الطول الملائم من السلك، إذ أن مقاومة السلك تتناسب تناسباً طردياً مع طوله كما هو معروف.
• يستعمل هذا النوع من المقاومات عادة في أجهزة القياس الكهربائية مثل الاميترات والفولتميترات.
• صندوق المقاومة Resistance box الشكل(15.a . 2) هو مجموعة من تلك الملفات المقاومة المثبتة داخل جسم الصندوق والمتصلة بعضها مع البعض الآخر بطريقة تجعل اختيار القيمة المرغوبة للمقاومة أمرا في غاية السهولة. ومما يساعد على ذلك هو تأشير القيم المختلفة لمقاومات الملفات على نهايات وأزرار مثبتة على وجه الصندوق.
الشكل(15.a . 2) صندوق مقاومه
• كما تصنع كذلك مقاومات منفردة من لف السلك على اسطوانة من مادة صلبة وعازلة للكهربائية مثل :
• الخزف الصيني
• أو السيراميك،
• ثم تطلى من الخارج بمادة عازلة لحمايتها من المؤثرات الخارجية وإكسابها قوة ومتانة.
• تترك نهايتان للتوصيل الكهربائي لربط المقاوم بالدائرة الكهربائية عن الاستعمال.
3-7-2 المقاومات الكربونية Carbon resistors
تصنع هذه المقاومات
• من خلط مسحوق الكربون C + عجينة من السيراميك +(اكسيد الألمنيوم AL2O3 او اكسيد الزركنيومZrO2) بنسبة معينة وجعلها بشكل قضبان صغيرة.
• وبربط سلكان قرب نهايتي القضيب عند نقطتين يحدد موضعها بدقة على ضوء القيمة المطلوبة للمقاومة.
• ثم تغلف بمادة الباكليت أو السيراميك لإكسابها قدراً ملائماً من المتانة.
• تكون القيم المعطاة لهذه المقاومات أقل دقة من المقاومات السلكية،
• ولهذا تستعمل عادة في الدوائر الإلكترونية التي تحمل عادة في فروعها تيارات ضعيفة والتي لا تحتاج إلى دقة عالية لقيم المقاومات مثل أجهزة الراديو.
• تحدد قيمة المقاومة مع نسبة التفاوت في القيمة المعطاة بواسطة منظومة من الألوان التي تطلى على غلاف المقاوم وتدعى دليل الألوان Color code .
1- دليل ألوان المقاومات Resistor color code
للتعبير عن قيمة المقاومات الكربونية جرت العادة أن تقوم الجهة المنتجة لهذه المقاومات بطلي جسيم المقاوم عند أحد طرفيه بثلاثة أحزمة من الألوان المختلفة، كما هو مبين في الشكل ( 17 . 2) بدلا من كتابة قيمة المقاومة عليه. وبذلك يمكن قراءة قيمة المقاومة على ضوء تسلسل هذه الألوان ابتداءً من طرف المقاوم وكذلك الرقم الذي يرمز له كل لون حسبما هو مبين في الجدول الآتي:
اللون أسود بني أحمر برتقالي أصفر أخضر أزرق بنفسجي رمادي أبيض
الرقم 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
الشكل ( 17 . 2)مقاومه كربونيه
• يدل لون الحزام الأول على الرقم الأول من قيمة المقاومة من جهة اليسار.
• ولون الحزام الثاني يمثل الرقم للقيمة،
• أما لون الحزام الثالث فإنه يعبر عن عدد الأصفار التي تلي هذين الرقمين.
• وبهذا يكتمل العدد المعبر عن قيمة المقاومة بالأوم, لقد بينا فيما مضى من الصفات أن القيم المعطاة للمقاومات الكربونية ليست دقيقة. إذ قد تصل نسبة الدقة 20% + من قيمتها المعطاة.
• لذا يقوم المنتج بإضافة حزام رابع للتعبير عن نسبة الدقة في قيمة المقاومة.
• فإذا كان لون هذه الحزمة ذهبيا كانت الدقة ( أو كما تسمى في كثير من الأحيان التفاوت المسموح Tolerance 5% + من القيمة المستخرجة من الألوان.
• وإذا كان اللون فضياً كانت الدقة 10% + .
• اما إذا كانت الحزمة بدون لون لأصبح التفاوت المسموح في قيمة المقاومة 20% + ,
• .لنأخذ عددا من الأمثلة على كيفية استخراج قيمة المقاومة حسب الألوان المطلية على كل من المقاومات التالية وذلك بالاستفادة من الجدول المبين في أعلاه:
1- أزرق وأسود وبني ثم ذهبي R = 600 + 5% = 600 + 30Ω
2- اخضر وأخضر وبرتقالي ثم فضي 55000+ 5500 Ω =R = 55000 + 10%
3-- بني وأسود وأخضر ثم ذهبي 1000000 + 50000 Ω R= 1000000 + 5%=
هناك نمطاً آخر لتلوين المقاومة بدلا من الأحزمة الثلاثة.
• في هذه الحالة يطلى جسم المقاومة كله بلون معبر عن الرقم الأول للقيمة حسبما جاء في الجدول في أعلاه،
• ويرسم حزام في طرف المقاومة ليعبر عن الرقم الثاني.
• ثم ترسم نقطة بلون آخر للتعبير عن عدد الأصفار التي تلي هذين الرقمين.
4-7-2- المقاومات المتغيرة Rheostat
• تمتاز المقاومات المتغيرة كما يستدل من اسمها بإمكانية تغيير قيمتها بالتدرج لكي يتسنى بواسطتها تغيير التيار المار حسبما يراد.
• تتكون المقاومة المتغيرة عادة من :
• سلك من اكسيد النيكروم oxidized nichrome (كرومCr15%,: 25% حديدNi60%; نيكل ) ملفوف على جسم اسطواني معزول بحيث تلاصق كل لفة التي تجاورها.
• إن الأكسيد يعد بمثابة مادة عازلة تفصل اللفات المتلاصقة عن بعضها.
• تمتلك المقاومة المتغيرة ثلاثة أطراف لتوصيلها بالدائرة الخارجية.
• اضافة إلى الطرفين المتصلين بنهايتي السلك المقاوم، هناك طرف ثالث منزلق على الجزء العلوي من اللفات وملامس لها.
• إن تحريك الطرف الثالث المنزلق يؤدي بطبيعة الحال إلى تغيير قيمة المقاومة المتصلة بالدائرة ومن ثم التيار المار فيها.
• ومما تجدر الإشارة إليه هو أن المقاومات المتغيرة قد تصنع كذلك من سلك يلف على لب عازل بهيئة كعكة كما هو مبين في الشكل ( 2.16) ويوضع في مركز الكعكة محور يرتكز عليه ذراع يلامس لفات السلك، بحيث أن تدوير المحور يؤدي إلى تغيير موضع التلامس بين الذراع واللفات. ومن ثم تغيير قيمة المقاومة. وبصورة عامة يمكن استعمال المقاومات المتغيرة كمجزئات للجهد Potenial devider .
الشكل ( 2.16) مقاومه متغيره
8-2-التأثر الحراري للتيار الكهربائي.
• من الملاحظ أنه عند مرور تيار كهربائي في موصل لفترة زمنية فإنه يصبح ساخناً.
• وكما نعلم فإن التيار الكهربائي هو حركة موجهة ومنظمة للإلكترونات خلال المادة.
• عندما تمر الإلكترونات المتحركة خلال جزئيات أو ذرات المادة فإنها تصطدم مع إلكترونات أخرى وهذا التصادم الإلكتروني يؤدي إلى إنتاج حرارة وهذا يفسر أن مرور التيار يرافقه عادة توليد حرارة.
• مقدار الشغل أو الطاقة الناتجه عن مرور تيار مقداره خلال مقاومة مقدارها في زمن مقداره يساوي:
وحيث أن المكافئ الميكانيكي للحرارة ( J) يساوي
فإن هذا الشغل يتم تحويله إلى حرارة ومن ثم يتبدد. لذا فإن مقدار الحرارة الناتجة (H) تساوي:
Conductanceالموصليه ( الناقيلة ) -2-9
يرمز للموصيلة Conductance عادة بالحرف ( G) ويمكن تعريفها ببساطة بأنها تساوي مقلوب المقاومة وتعبر عن مدى توصيل المواد للتيار الكهربائي المار خلالها, لذا فهي تتناسب تناسبا عكسياً مع المقاومة.
• فكلما كانت قيمة المقاومة صغيرة ,كما في المواد الموصلة, كانت التوصيلية كبيرة،
• وكلما كانت المقاومة كبيرة كما في المواد العازلة كانت الموصلية صغيرة.
21+23 محاضرتان لم تعطي بسبب مرض في اللوز
26\10\2014 المحاضره الحادي عشر
الفصل الثالث
المواد العازلة Insulating Materials
من أجل أن تتمكن المواد العازلة للكهرباء أن تكون حسنة الأداء، يجب أن تحتوي على المواصفات التاليه :
• ثابت عازل منخفض Dielectric constant .
• وعامل قدرة صغير power factor,
• ومقاومة عزل عالية ,
• وشدة عازل كبيرة( Dielectric strength ( V/m.
• استقراراً كيميائياً كافياً،
• مقاومة عالية للرطوبة،
• مقاومة للحرارة والتسخين
• خواص ميكانيكية تصلح لظروف الاستعمالات المعينة.
• ومن أهم خصائص العوازل الكهربائية هي :
-.1شدة العازل Dielectric Strength
* تعتبر شدة العازل أحد المتطلبات الهامة جداً للحصول على عزل كهربائي جيد، ويقصد بشدة العازل
- المتانة الكهربائية له، أو بتعبير آخر هي شدة المجال الكهربائي النهائي الذي ينهار فوقها العازل تماما.
_ والوحدة العاملة والمستعملة للتعبير عن شدة العازل هي ،V/m., (kV/mm) V/mm من سمك المادة العازلة وعلى طول الزمن الذي يستغرقه تطبيق الفولتية الكهربائية.
-وأية زيادة في السمك تزيد من قيمة فولتية ألانهيار V،
- ولكن الزيادة ليست طردية لأن شدة العزل للمادة تتغير عكسيا مع الأس 0.4 للسمك.
- وسبب هذا التغير وجود شقوق وثقوب صغيرة في المادة، والتي تؤدي إلى تيار تسرب ينتج عنه انهيار سابق لأوانه. ولهذا السبب، يجب فحص العزل الكهربائي عند السمك المستخدم تقريبا في الأجهزة الكهربائية.
العوامل التي تساعد على التسرب هي
- الرطوبة،
- التلوث،
- درجة الحرارة العالية،
- التعتيق،
- الإجهاد الميكانيكي يؤدي الى تخفيض شدة العزل للمادة ..
جدول( 1-3) شدة العزل وثابت العزل لبعض المواد عند درجة حرارة 20oC.
Material
الماده
Dielectric constant
ثابت العزل Dielectric strength ( V/m
شدة العزل
Vacuum 1.0 ------
Air ( dry) Bakelite 1.00059 3x106
Bakelite 4.9 24x106
Fused quartz 3.78 8x106
Pyrex glass 5.5 14x106
Polystyrene 2.56 24x106
Teflon 2.1 60x106
Neoprene rubber 6.7 12x106
Nylon 3.4 12.106
Paper 3.7 16x106
Strontium titanate 233 8x106
Water 80 ----
Silicone oil 2.5 15x106
2- مقاومة العزل: هي التأثير المشترك للمقاومة السطحية ربما تختلف كثيرا في القيمة بسبب عدم تجانس المادة والظروف البيئية فعلى سبيل المثال، تتأثر المقاومة السطحية بصورة كبيرة بفعل رطوبة الهواء التي ربما تؤدي إلى تكوين غشاء رقيق على السطح.
3-فوا قد العزل
3.2 انواع وخصائص المواد العازلة Tyebs and Characteristics of Insulating Material
يمكن أن تكون المواد العازلة احد حالات المادة الثلاثة .
• غازيه،
• سائله،
• صلبه.
1-خصائص الغازات العازلة .
• قدرتها على التبريد: - ويستفاد منها في تأمين العزل في المحولات الكهربائية الكبيرة، والمولدات، وقواطع الدوائر الكهربائية.
• وهناك غازات عازلة جديدة تستخدم عند درجات الحرارة والفولتية الكهربائية العالية.
وتملك هذه الغازات شدة عازل أكبر ومقدرة ممتازة للتبريد تفوق مقدرة الهواء أو النيتروجين وتوجد تحت متناول اليد. وهذه الغازات هي
- سادس فلوريد الكبريت ( SF6)
- الهيدروكربونات الهالوجينية مثل CF4CCIF3,CCI3F CCI4 .
المحاضره الثانيه عشر الثلاثاء 28\10\2014
2-خصائص السوائل العازلة.
للسوائل العازلة نفس خصائص العزل المذكورة أعلاه للغازات. وهي في الأساس مركبات غير قطبية مثل:-
_ زيوت النفط،
- زيوت السيلكون،
- الهيدروكربونات الفلورية والمواد الكيميائية الفلورية الأخرى،
تستخدم لأغراض العزل تحت درجات الحرارة العاليىه حيث تتميز بمقاومة عالية للتأكسد.
تستخدم السوائل العازلة بصورة رئيسية
- لتبريد كيبلات الفولتية الكهربائية العالية
- في المكثفات،
- يستخدم الزيت المعدني MINIRAL OIL لتبريد محولات القدره الكهربا ئيه
- في قواطع الدوائر الكهربائية.
• يستخرج زيت تبريد المحول من البترول ثم يضاف إلية مادة مانعة للأكسدة
• ويعتمد أداء المحول إلى درجة كبيرة على خواص الزيت الفيزيائية والكيميائية والكهربائية، لذلك يجب أن يخضع الزيت لعدة إختبارات تحددها المواصفات العالميه .
مواصفات وخصائص زيت التبريد :
1 - المظهر : يدل المظهر الخارجى للزيت على حالته فيجب أن يكون خالياً من العوالق.
-2الكثافة Density : يجب ألا تزيد كثافة الزيت عن Kg/m3895 وذلك يضمن عدم تجمد الزيت فى
درجات الحرارةالمنخفضة والتى تقل عن -20C0 وهذا الشرط غير حيوى فى البلدان الحارة .
3- اللزوجة Viscosity :
- تؤثر لزوجة الزيت بدرجة كبيرة على عملية التبريد
- إذ أن حركة الزيت داخل المحول تزداد كلما قلت لزوجته.
- ويجب ألا تزيد لزوجة الزيت عن حد معين حتى لا تعيق حركته داخل مجارى وفراغات المحول.
- درجة اللزوجة عند C021 لا تقل عن.(37mm2/sec).
-4نقطة الوميض Flash point : -
- هي درجة حرارة الزيت التى يكون عندها بخار الزيت المتواجد فى الهواء الملامس لهذا الزيت قابلة للإشتعال إذا تعرض لأي لهب أو شرار كهربائي،
- يجب أن تكون أعلى من درجة حرارة الزيت أثناءالتشغيل مع إتخاذ هامش أمان كبير (من C0140-130).
-5 نقطة الإنصباب Pour point: -هى أقل درجة حرارة للزيت يمكن أن يتدفق عندها تحت قيمة معينة لفرق الضغط دون حدوث أى معوقات
-تعطى مؤشراً لأقل درجة حرارة للوسط الموجود فيه الزيت
- حيث يمكن لهذا الزيت أن يؤدى وظيفته بأمان وبطريقة سليمة عندما تتراوح درجة الحراره بينC045- 30.
-6 محتوى الماء: تتأثر خواص الزيت بدرجة كبيرة بالماء
- وجود الماء فيه بنسبة 0.06% تقلل شدة العزل الكهربائيه بنسبة 50%،
- يجب ألا تزيد نسبة الماء فى الزيت عن 35 جزء فى المليون،
- ويمكن إزالة الرطوبة برفع حرارة الزيت أعلى من درجة غليان الماء لفترة طويلة .
-7 شدة المجال الكهربائية Electric strength :
- تحدد قدرة الزيت على تحمله للمجال الكهربائئ ,
- وتحدد كذلك كفاءةالزيت كمادة عازلة على تحمله للمجال الكهربائئ
- ان لا تقل المتانة الكهربائية عن KV30 عند إختباره بين كرتين الفاصل بينهما 2,5mm .
-8زاوية الفقدان ” Loss tangent
-عامل تبريد العزل الكهربائي (زاوية الفقد( ,
- وهو يعطى مقياس للفقدالكهربائي فى العزل
- وتنص المواصفات على أن يكون الحد الأعلى لظل زاوية الفقد 0.005 مقاسه عند درجةحرارة C0 90 على أن يكون القياس على عينة جافة مرشحة وعند إجهاد بين /mm 500/ - V/mm1000 وترددبينHz 40 -62 .
9 -الخواص الكيميائية :قد يحتوى الزيت على بعض العناصر مثل
- الحديد والنحاس والكبريت
- كما قد يحتوى على بعض الأحماض
- علاوة على ذلك فإن تشغيل المحول وإرتفاع درجة حرارة الزيت وملامسته لقلب وملفات المحول ينتج عنه تكوين بعض الأكاسيد التى تتسبب فى تكوين الأحماض والكتل الصلبة Sludges والأضرار التى تنتج عن وجودالأحماض تتمثل فيما يلي :
1- يؤدى وجود الأحماض فى الزيت إلى تآكل جسم الخزان للمحول
2 -ويؤدى ذلك أحيانا إلى سقوط الصدأ المتكون على ملفات وقلب المحول مما يؤدى إلى حدوث قصر فى
الدائرة .
-3 قد يؤدى تكون بعض الأحماض إلى تكوين كتل صلبة Sludge حيث تترسب هذه الكتل على العوازل الصلبة للقلب والملفات مما يقلل كفاءة التبريد ,كما يمكن أن تترسب فى مجارى التبريد للزيت (مواسير التبريد – زعانف التبريد)مما يسبب ضعف عملية التبريد .
محاضره رقم ثلاثة عشر 2\11\2014
3- المواد الجامدة العازلة.
ويمكن استخدام المواد العازلة الجامدة على أشكال مختلفة :
• صفائح،
• الألواح،
• انابيب جامدة وطرية،
• قضبان،
• اشرطة،
• وقوالب مصبوبة.
ويمكن أن تحتوي تراكيب القوالب على حشوات مختلفة مثل:-
• المايكا الطبيعية أو الصناعية على شكل مسحوق،
• الكوارتز،
• الخيوط الزجاجية،
• اسبست،
• الألو منيا ومواد أخرى مشابهة
وتشمل المواد العازلة الجامدة
1-المبلمرات العضوية
2-الخزفيات.
وتشمل المبلمرات أنواعاً متعددة من المواد:
* البلاستيكية،
* المطاط،
* الشمع،
* الورق،
* والخيوط والأنسجة الصناعية.
وتشمل والمواد البلاستيكية،
• البوليثيلين PE
• البولينتر فلورثلين
• البولسترين، ولها ثوابت عازلة منخفضة تقع بين
• أما المبلمرات التي تحتوي على ثنائيات قطب دائمة، مثل:-
• البوليفينيل كلوريد PVC
• البوليمثيل مثكريليت
• والرزن الفينوليي ومركبات أخرى مماثلة، فإنها تُظهر ثوابت عازلة أعلى ، وفوا قد عزل أكبر عند تطبيق التيار المناوب.
الموادالخزفيات
تعطي عزلا ممتازاً عالية واستقرار حراري ممتاز ، لأنها تملك شدة عازلDielectric strength ( V/m). والخزفيات الشائعة الاستعمال كمواد عازلة هي :
• الزجاج،
• البور سلين،
• الألو منيا،
• الكوارتز،
• المايكا،
• والأسبست، جميعها لها ثوابت عازلة تصل إلى 12.
الميكا، معدن المايكا اسم لمجموعة من المعادن :
- تحتوي المايكا على ذرات الألومنيوم +الأكسجين +السليكون المرتبطة معاً في شكل رقائق منتظمة.
- وتمتاز المايكا بخاصية الانقسام التام؛ أي أنها تنقسم بشكل جيد إلى رقائق أو طبقات رقيقة.
- وتمتاز رقائق المايكا بقوتها ومرونتها وقابليتها للمط.
- وقد تكون المايكا غير ملونة أو قد تكسوها ظلال من اللون الأسود أو البنّي أو الأخضر أوالبنفسجي
الأنواع الرئيسية من المايكا فهي:
1- الفلوجوبايت. ويحتوي على:-
- المغنيسيوم+ والبوتاسيوم، وقد يكون لونه بنياً باهتا، أو قد لايكون له لون.
2- البيوتيت.
- فيحتوي على الحديد +المغنسيوم +البوتاسيوم، ولونه أسود. ويتحول من خلال تعريضه للعناصرالجوية إلى الفيرمكيولايت، الذي يُستخدم في صناعة مواد البناء الخاصة العازلة والكاتمة للصوت.
3-المسكوفيت. :-
- فيحتوي على الألومنيوم +البوتاسيوم. وهو ـ عادة ـ لا لون له، إلا أنه قد يكون أخضر باهتًا. وقداكتسب المسكوفيت هذا الاسم؛ لأن الموسكوفيين (سكان موسكو) استخدموه زجاجًا للنوافذ
4-اللبيدوليت : -
- فيحتوي على الألومنيوم +الليثيوم ولونه بنفسجي باهت ويستخدم مصدرًا لليثيوم الذي يستعمل:-
- في البطاريات الجافة طويلة العمر
- في صناعة الخزف
-في منتجات الزجاج
-في الألومنيوم.
• توجد الميكا في الصخور النارية والصخور المتحولة.
• وتتلألأ هذه الصخور إذا ما احتوت على كمية كبيرة من الميكا
• تستخدم الميكا في شكلها المتوافر في الأرض ـ
- حشوة مخففة للاحتكاك في القوالب الصناعية
- تستخدم كطبقة سطحية في تصنيع الدهانات والبلاستيك والمواد التي تستخدم في إنشاء الأسطح....
تنتج الميكا على شكل
- رقائق ضخمة
- أو على شكل قطع صغيرة، تُسمَّى فتات الميكا أو رقائق الميكا.
* تعد الهند أكبر منتج لها يليها كل من البرازيل ومدغشقر.
- تراجع استخدام رقائق الميكا منذ خمسينيات القرن العشرين؛ وذلك بسبب تكاليف إنتاجها العالية ولأن المواد الاصطناعية حلت محلها بشكل جزئي.
استخدام رقائق الميكا
• المنتجات الإلكترونية والكهربائية المتنوعة,
• أمَّا فتات الميكا فله أهميته في مختلف الصناعات.
وتُعدُّ ولاية كارُولينا الشمالية أهم مصدر للميكا في الولايات المتحدة تليها ولاية نيو مكسيكو .
3.3– السماحيهالنسبيه ( ɛ ) . Permittivity
ɛ - السماحيه الكلية Total permittivity
ɛr –سماحيه المادة = ثابت العزل Dielectric constant
ɛ0 - سماحيه الفراغ= Permittivity of vacuum
3 .3 - فواقد العازل Dielectric losses
- يعمل كل من الاحتكاك الداخلي للمادة والتهيج الحراري على:
* مقاومة توجيه ثنائيات القطب والدوران الناتج
* أو إعاقة توجيه ثنائيات القطب والدوران الناتج.
- تعتمد هذه الفواقد على تردد المجال الكهربائي المؤثرHz؛ توجيه ثنائيات القطب والدوران الناتج
- ولكن ربما تكون هذه الفواقد أصغر عند التردد العالي جداً لأن المجال ينعكس بسرعة فائقة يستحيل عندها اصطفاف الثنائيات تماماً مع المجال.
فواقد العزل للمادة العازلة تنتج عن
1- الامتصاص للطاقة الكهربائية ( احتكاك داخلي لثنائي القطب )
- تؤدي فواقد الامتصاص تحت تأثير المجال الكهربائي المتناوب إلى تبديد الطاقة الكهربائية كحرارة تُسخن
المادة،
-العازل المثالي لا يمتص طاقة كهر بائية، وتستعاد شحنة المكثف بالكامل عند إزالة المجال الكهربائي.
2- عن تيارات التسرب خلال المادة.
- يقع التسرب عن طريق التوصيل الكهربائي الذي يظهر عامة أيونيا بطبيعته ويهمل في العادة ما عدا عند
درجات الحرارة العالية.
- تسبب المادة العازلة الحقيقة دائماًبعض ضياع الطاقة الكهربائية، إلا أنها تكون في عدة حالات صغيرة جداً. ويقاس هذا الضياع عن طريق فرق الطور بين زاوية الطور والزاوية 90o للمكثف المثالي.
- ويُعرف عامل الفقد بحاصل ضرب عامل التبديد الحقيقي وثابت العازل، وهو مقياس لفقدان القدرة (القدرة الضائعة ) في العزل.
- وبشكل عامل التبديد الجزء المفقود من الطاقة أثناء الدورة الواحدة.
• يتأثر عامل الفقد بتردد المجال الكهربائي.
- عند الترددات المنخفضة تملك ثنائيات القطب الوقت الكافي لتوجيه نفسها بالكامل بموازاة الاتجاه اللحظي للمجال الكهربائي.
- التوجيه أولاً في اتجاه واحد وثم في الاتجاه الآخر، حيث يتبع التغيرات في اتجاه المجال الكهربائي .
- دوران ثنائي القطب ينتج مقاومة من قبل الاحتكاك الداخلي للمادة ومن التهيج الحراري للجزئيات.
* فالطاقة اللازمة لحفظ هذا الدوران تعلل كمصدر لفقدان القدرة.
- عندما تزداد الترددات يصبح الدوران أكثر سرعة وتزيد الطاقة المفقودة ( فقد الطاقة ).
- إذا وصلت الترددات إلى قيمة عالية جداً. فإن المجال الكهربائي ينعكس دورياً بسرعة كبيرة يتعذر عندها اصطفاف الثنائيات كاملاً مع المجال.
- ونتيجة لذلك تقل ذبذبات ثنائي القطب وتقل قيمة ثابت العازل،
- بينما تزداد فواقد القدرة وتأخذ قيمة قصوى قبل أن تصبح ضئيلة أو مهملة عند الترددات الأعلى بمقدار كبير.
Dielectric loss angel ( tan δ ) - زاوية فقدان العزل -3.5
• في المكثف ألمثالي والتي لا يوجد فيه أي فقدان يكون التيار متقدم بزاوية 900 عن الفولتيه كما هو مبين الشكل(3. 3ِ ). في الحياة ألعمليه هذا سيكون من المستحيل الحصول على مكثف مثالي ,
• يمكن الحصول على مكثفات قريبة جدا إلى المكثفات ألمثاليه ,وذلك عن طريق التصميم الصحيح .
• في كل مكثف يكون هناك خسائر في المواد العازلة تسمى ( خسائر العزل ) الناتجة عن امتصاص العازل للطاقة الكهربائية في الدائرة.
• نتيجة للخسائر في العازل فان الزاوية بين التيار والجهد تكون اقل من900. في حالة العوازل الرديئة فان الخسائر ستكون عالية وهذه الخسائر تظهر بشكل فقدان حراري كما في الشكل( 3-3 ).
الشكل (3.1 ) دائرة المكثف
الشكل(3.2 ) الدائرة الكهربائية ألمكافئه للمكثف
الشكل(.3. 3)
حيث ان :
- مساحة سطح الصفيحة ِ.A
سمك المكثف (سمك العازل) .- d
مقاومة العزل dielectric resistance ( shunt) -Rsh
تيار الشحن charge current - Ic
تيار التسربleakage current - IL
frequency of the supplely ( 50 – 60 Hz) -f
Capacitance السعة - C (1
( 3 . 1)
. Loss angle ( tan ∂) معامل الخسائر او زاويه الفقدان Loss factor ( L.f )2) -
) 3.2)
ألقدره. فقدان Power loss) - ( 3
( 3.3)
صغيره لذا فان:δ بما ان الزاويه
tan δ = sin δ
(3.5)
معامل الفقدان ( الخسائر ) يعتمد على مساحةِA وسمك العزل d, وعلى سماحية المادةالمستعمله (ɛr).
مثال. 3.1
مكثف سعتهμF C=10 وزاوية الفقدان δ=100 موصول على التوالي مع مقاومه مقدارها R=100Ω تم تغذية المكثف والمقاومة بفولتيه V=220V ذات تردد f=50Hzأوجد:
1- الزيادة في ألمقاومه الناتجة عن اظافة المكثف في الدائرة.
2- القدرة المبددة ( المفقودة ) في المكثف .
3- معامل القدرة للدائرة .
ملاحظه: خسائر العزل في المكثف الحقيقي(العملي ) يمكن تخيلها على أنها سعة نقية ولها مقاومة مكافئهRse موصولة على التوالي مع السعة كما في الشكل (3.4 ) كما ان الخسائر في هذه المقاومة وهي خسائر العزل في المكثف .
الحل :
بالعودة إلى المثال فان الدائرة تكون كما يلي :
الشكل (3.4 )
2- الزيادة في المقاومة أو المقاومة ألمكافئه للعازل على التوالي مع السعة نجدها بالمعادلة التأليه :
ألمقاومه الكلية للدائرة :
Rt = R+ Rse =100+56,1=156,1Ω
الشكل (3.5 )
الممانعة الدائرة الكليه Z :
354,4Ω
تيار الدائرة الكلي :
القدرة المفقودة في المكثف :
القدرة المفقودة في الدائرة :
4- معامل القدرة للدائرة : ϕ = 63,80
5- معامل ألجوده ( Q)