فترة وتواتر التيار المتردد
يجب فهم هذا المصطلح "التيار الكهربائي المتناوب" على أنه تيار يتغير بمرور الوقت بأي شكل من الأشكال ، وفقًا لمفهوم "الكمية المتغيرة" المقدم في الرياضيات. ومع ذلك ، في الهندسة الكهربائية ، جاء مصطلح "التيار الكهربائي المتناوب" ليعني التيار الكهربائي المنسوب في اتجاه (على عكس التيار الكهربائي في اتجاه ثابت) وبالتالي في الحجم ، لأنه من المستحيل ماديًا تخيل تغيرات في التيار الكهربائي في الاتجاه دون تغييرات مقابلة في الحجم.
تسمى حركة الإلكترونات في الموصل ، في اتجاه واحد أولاً ثم في الاتجاه الآخر ، تذبذب التيار المتردد. يتبع التذبذب الأول الثاني ، ثم الثالث ، إلخ. عندما يتذبذب التيار في السلك حوله ، يحدث تذبذب مناظر للمجال المغناطيسي.
يُطلق على وقت التذبذب الواحد الفترة ويُشار إليه بالحرف T. يتم التعبير عن الفترة بالثواني أو بوحدات كسور الثانية.هذه هي: جزء من الألف من الثانية ملي ثانية (مللي ثانية) يساوي 10-3 ثوانٍ ، ومليون من الثانية يساوي ميكروثانية (μs) يساوي 10-6 ثوانٍ ، ومليار ثانية هو نانو ثانية (ns) ) يساوي 10-9 ث.
كمية مهمة مميزة التيار المتناوب، هو التردد. يمثل عدد التذبذبات أو عدد الفترات في الثانية ويُشار إليه بالحرف f أو F. وحدة التردد هي هرتز ، التي سميت على اسم العالم الألماني جي هيرتز واختصارها إلى الحروف Hz (أو Hz). إذا حدث تذبذب كامل في ثانية واحدة ، فإن التردد يساوي هيرتز واحد. عندما تحدث عشرة اهتزازات في غضون ثانية ، يكون التردد 10 هرتز. التردد والفترة متبادلان:
و
بتردد 10 هرتز ، تكون الفترة 0.1 ثانية. وإذا كانت الفترة 0.01 ثانية ، يكون التردد 100 هرتز.
التردد هو أهم خصائص التيار المتردد ، حيث يمكن للآلات الكهربائية وأجهزة التيار المتردد أن تعمل بشكل طبيعي فقط بالتردد الذي صممت من أجله. لا يمكن التشغيل المتوازي للمولدات والمحطات الكهربائية في شبكة مشتركة إلا على نفس التردد. لذلك ، في جميع البلدان ، يتم توحيد تردد التيار المتردد الذي تنتجه محطات الطاقة بموجب القانون.
في الشبكة الكهربائية للتيار المتردد ، يكون التردد 50 هرتز. يتدفق التيار خمسين مرة في الثانية في اتجاه واحد وخمسين مرة في الاتجاه المعاكس. تصل إلى قيمة اتساعها مائة مرة في الثانية وتصبح مساوية لصفر مائة مرة ، أي أنها تغير اتجاهها مائة مرة عندما تعبر قيمة الصفر. تنطفئ المصابيح المتصلة بالشبكة مائة مرة في الثانية وتضيء أكثر سطوعًا بنفس عدد المرات ، لكن العين لا تلاحظ ذلك بسبب الجمود البصري ، أي القدرة على الاحتفاظ بالانطباعات المستلمة لحوالي 0.1 ثانية.
عند الحساب بالتيارات المتناوبة ، يستخدمون أيضًا التردد الزاوي ، الذي يساوي 2pif أو 6.28f. لا ينبغي التعبير عنها بالهرتز ، ولكن بالراديان في الثانية.
مع التردد المقبول للتيار الصناعي البالغ 50 هرتز ، فإن أقصى سرعة ممكنة للمولد هي 50 ص / ث (ع = 1). تم بناء مولدات التوربينات لهذا العدد من الثورات ، أي المولدات التي يتم تشغيلها بواسطة التوربينات البخارية. يعتمد عدد دورات التوربينات الهيدروليكية ومولدات الهيدروجين التي تحركها على الظروف الطبيعية (بشكل أساسي على الضغط) وتتقلب ضمن حدود واسعة ، وتتناقص أحيانًا إلى 0.35 - 0.50 دورة / ثانية.
عدد الثورات له تأثير كبير على المؤشرات الاقتصادية للآلة - الأبعاد والوزن.المولدات المائية ذات الثورات القليلة في الثانية لها قطر خارجي أكبر من 3 إلى 5 مرات وتزن عدة مرات أكثر من مولدات التوربينات بنفس القوة مع ن = 50 دورة. في المولدات الحديثة ، يدور نظامها المغناطيسي ، وتوضع الأسلاك التي يتم إحداث EMF فيها في الجزء الثابت من الماكينة.
عادة ما يتم تقسيم التيارات المتناوبة حسب التردد. التيارات التي يقل ترددها عن 10000 هرتز تسمى التيارات منخفضة التردد (تيارات LF). بالنسبة لهذه التيارات ، يتوافق التردد مع تردد الأصوات المختلفة للصوت البشري أو الآلات الموسيقية ، وبالتالي يطلق عليها تيارات تردد الصوت (باستثناء التيارات التي يقل ترددها عن 20 هرتز ، والتي لا تتوافق مع الترددات الصوتية) . في الهندسة الراديوية ، تُستخدم التيارات منخفضة التردد على نطاق واسع ، لا سيما في الإرسال الهاتفي الراديوي.
ومع ذلك ، فإن الدور الرئيسي في الاتصالات الراديوية يتم لعبه عن طريق التيارات المتناوبة بتردد أعلى من 10000 هرتز ، وتسمى التيارات عالية التردد أو الترددات الراديوية (التيارات عالية التردد).لقياس تردد هذه التيارات ، يتم استخدام الوحدات التالية: كيلو هرتز (كيلو هرتز) ، يساوي ألف هرتز ، ميغا هرتز (ميجاهرتز) ، يساوي مليون هرتز ، وجيجاهرتز (جيجاهرتز) ، أي ما يعادل مليار هرتز. خلاف ذلك ، كيلو هرتز ، ميغا هرتز وجيجاهيرتز يقفون كيلو هرتز ، ميغا هرتز ، جيجاهرتز. التيارات التي يتردد ترددها مئات ميغا هرتز وأعلى تسمى تيارات الترددات الفائقة أو العالية التردد (UHF و UHF).
تعمل المحطات الإذاعية باستخدام التيارات المتناوبة ذات التردد العالي بتردد يصل إلى مئات الكيلوهرتز وما فوق. في تكنولوجيا الراديو الحديثة ، تُستخدم التيارات التي يبلغ ترددها مليارات هيرتز لأغراض خاصة ، وهناك أجهزة يمكنها قياس هذه الترددات الفائقة بدقة.