المحولات الكهربائية — مبدأ عمل المحول الكهربائي وأنواعه وتطبيقاته مع أمثلة وتمارين محلولة — العلوم الفيزيائية — السنة الرابعة متوسط — المنهاج الجزائري

مقدمة

المحول الكهربائي (transformateur) جهاز كهرمغناطيسي يستخدم لرفع أو خفض قيمة التوتر الكهربائي المتناوب مع الحفاظ على التردد. وهو من أهم الاختراعات في مجال الكهرباء، حيث يسمح بنقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة بكفاءة عالية.

أهداف الدرس

• تعريف المحول الكهربائي وبيان مبدأ اشتغاله
• التعرف على عناصر المحول الكهربائي
• حساب العلاقة بين التوتر وعدد اللفات
• تمييز أنواع المحولات (رفع وخفض)

أولاً: تعريف المحول الكهربائي

المحول الكهربائي هو جهاز كهرمغناطيسي ساكن (لا يحتوي أجزاء متحركة) يحول الطاقة الكهربائية من دارة إلى أخرى مع تغيير قيمة التوتر الكهربائي، مع بقاء التردد ثابتاً، ويعمل فقط بالتيار المتناوب.

ثانياً: مكونات المحول الكهربائي

المكون	الوصف
النواة المغناطيسية	مصنوعة من صفائح حديدية معزولة، توصل المجال المغناطيسي
الملف الابتدائي (N₁)	ملف سلكي متصل بمصدر التوتر المتناوب
الملف الثانوي (N₂)	ملف سلكي يغذي دارة الاستخدام

ثالثاً: مبدأ عمل المحول الكهربائي

1. يمر تيار متناوب في الملف الابتدائي.
2. ينشأ مجال مغناطيسي متغير في النواة المغناطيسية.
3. يتجه المجال المغناطيسي إلى الملف الثانوي عبر النواة.
4. يحدث تغير في التدفق المغناطيسي في الملف الثانوي.
5. يتولد توتر كهربائي محرّض (توتّر ثانوي) في الملف الثانوي.

رابعاً: العلاقة بين التوتر وعدد اللفات

قانون المحول الكهربائي:

U₂ / U₁ = N₂ / N₁

حيث:

• U₁: التوتر في الملف الابتدائي (V)
• U₂: التوتر في الملف الثانوي (V)
• N₁: عدد لفات الملف الابتدائي
• N₂: عدد لفات الملف الثانوي

خامساً: أنواع المحولات

النوع	الشرح	مثال
محول رفع	N₂ > N₁ → U₂ > U₁	محطات توليد الكهرباء
محول خفض	N₂ < N₁ → U₂ < U₁	شواحن الهواتف، أجهزة المنزل

سادساً: تطبيقات المحولات

• نقل الطاقة الكهربائية: رفع التوتر في محطات التوليد لتقليل الفقد في النقل، ثم خفضه للاستخدام المنزلي.
• الأجهزة الإلكترونية: شواحن الهواتف وأجهزة الحاسوب.
• أفران القوس الكهربائي: محولات خاصة في الصناعة.
• أجهزة القياس: محولات التيار والتوتر في العدادات.

أمثلة محلولة

مثال 1:

محول كهربائي عدد لفات ملفه الابتدائي 500 لفة، وعدد لفات ملفه الثانوي 2000 لفة. إذا كان التوتر الابتدائي 220V، فما هو التوتر الثانوي؟

الحل:

U₂ / U₁ = N₂ / N₁

U₂ / 220 = 2000 / 500

U₂ / 220 = 4

U₂ = 220 × 4 = 880 V

إذاً المحول من نوع رفع.

مثال 2:

محول خفض توتره الابتدائي 220V وعدد لفات ملفه الابتدائي 1100 لفة. إذا كان التوتر الثانوي 12V، فما عدد لفات الملف الثانوي؟

الحل:

N₂ / N₁ = U₂ / U₁

N₂ / 1100 = 12 / 220

N₂ = 1100 × (12 / 220)

N₂ = 1100 × 0.0545

N₂ = 60 لفة

خلاصة الدرس

• المحول الكهربائي جهاز كهرمغناطيسي ساكن.
• يعمل فقط بالتيار المتناوب.
• العلاقة بين التوترين وعدد اللفات: U₂ / U₁ = N₂ / N₁.
• محول رفع: N₂ > N₁، محول خفض: N₂ < N₁.
• للمحولات تطبيقات واسعة في نقل الطاقة والأجهزة الكهربائية.

تمارين

1. محول عدد لفات ملفه الابتدائي 400 لفة وعدد لفات ملفه الثانوي 100 لفة. هل هو محول رفع أم خفض؟
2. محول رفع توتره الابتدائي 110V وعدد لفات ملفه الابتدائي 550 لفة. إذا كان عدد لفات الملف الثانوي 2200 لفة، فاحسب التوتر الثانوي.
3. ما فائدة استخدام محولات الرفع في محطات توليد الكهرباء؟
4. لماذا لا يعمل المحول الكهربائي بالتيار المستمر؟

درس: المحولات الكهربائية — العلوم الفيزيائية — السنة الرابعة متوسط — المنهاج الجزائري