أنواع الدوائر الكهربائية.. وأفضلها للإستخدام المنزلي

أنواع الدائرة الكهربائية وأفضلها للمنازل

يمكن تقسيم الدوائر الكهربائية إلى نوعين حسب التيار الكهربائي، ونوعين حسب طريقة التوصيل، كما يلي:

وفقاً للتيار الكهربائي

• في دائرة التيار المباشر، يسير التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط.
• في هذا النوع من الدوائر، يتحرك التيار الكهربائي بشكل متكرر ذهابًا وإيابًا في كل ثانية ويُستخدم في المنازل.

وفقاً للتوصيل الكهربائي 

• دائرة كهربائية متتالية، حيث تكون اللمبات متصلة ببعضها على نفس الخط، وتكون كل لمبة بجوار الأخرى. ومن الجدير بالذكر أن شدة الإضاءة تقل وتضعف عند إضافة المزيد من اللمبات في هذا النوع من الدوائر الكهربائية. وإذا احترقت إحدى اللمبات المتصلة في التوالي، فإن باقي اللمبات المتصلة في الدائرة تنطفئ. ولذلك، لا يفضل استخدامها في المباني.
• في الدائرة الكهربائية المتوازية، تكون كل لمبة متصلة مباشرة بين قطبي مصدر الكهرباء. يجدر بالذكر أن تيار الكهرباء لا يضعف عند زيادة عدد اللمبات في الدائرة. إذا احترقت إحدى اللمبات، فلن يؤثر ذلك على اللمبات الأخرى وستظل تعمل بشكل طبيعي. يتم استبدال اللمبة المحترقة فقط. لا يمكن للشخص تحديد شدة الإضاءة في اللمبة الفردية، ولكنه يمكنه معرفة ما إذا كان التيار قويا أم ضعيفا. الدوائر المتوازية هي الأكثر ملاءمة للاستخدام المنزلي، حيث لا تؤثر شدة الإضاءة أو حالة احتراق أو تلف إحدى اللمبات على الأخرى.

مكونات الدائرة الكهربائية

• مصدر للطاقة
• الحمل الكهربائي
• أسلاك التوصيل
• أسلاك التوصيل

يجب توفّر أربعة مكوّنات رئيسية في أي دائرة كهربائية، بغض النظر عن بساطتها، وهي:

مصدر للطاقة :  يتم عمل هذا الجزء لتوفير الطاقة اللازمة لنقل التيار الكهربائي خارج الدائرة الكهربائية، ويتم اختيار هذا المصدر بناء على الجهد الكهربائي، ويمكن أن يكون مصدر الطاقة هو المخارج الكهربائية المختلفة أو البطارية.

الحمل الكهربائي :  جهاز يستهلك الطاقة، وتصميم الدائرة الكهربائية يسمح بتشغيله، على غرار المصباح الكهربائي البسيط.

أسلاك التوصيل :  الأسلاك هي خيوط مصنوعة من الألومنيوم أو النحاس، وتستخدم لنقل التيار الكهربائي بكفاءة داخل الدائرة الكهربائية، وتقلل من فقد الطاقة أثناء نقل التيار الكهربائي.

المفتاح الكهربائي :  هو جهاز يستخدم لفتح وإغلاق الدائرة الكهربائية دون الحاجة إلى فصل الأسلاك الكهربائية عن أي جزء من مكونات الدائرة الكهربائية. وتكون الدائرة الكهربائية المغلقة هي التي يكون المفتاح الكهربائي بها مغلقا مع توصيل الأسلاك بكافة أجزاء الدائرة الكهربائية، أما الدائرة الكهربائية المفتوحة فهي الدائرة التي يكون فيها المفتاح الكهربائي مفتوحا أو أن الأسلاك غير متصلة مع بعضها البعض.

تصنيف عناصر الدائرة الكهربائية

• فئة العناصر الفعالة
• فئة العناصر الغير فعالة

يمكن تصنيف عناصر الدائرة الكهربائية إلى فئتين، الفئة الأولى هي فئة العناصر الفعالة، والفئة الثانية هي فئة العناصر غير الفعالة.

فئة العناصر الفعالة :  العناصر الفعالة هي تلك التي تستطيع نقل الطاقة الكهربائية للدائرة الكهربائية عن طريق تحويل مصادر الطاقة الغير كهربائية إلى طاقة كهربائية، مثل البطارية التي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وكذلك الترانزستور والخلية الشمسية التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، بالإضافة إلى الصمام الثنائي كمثال على هذه العناصر.

فئة العناصر الغير فعالة :  بالتأكيد، فإنها تعكس العناصر الفعالة بالكامل، وبدلا من تزويد الدائرة الكهربائية بالكهرباء، فإنها تستهلك الطاقة الكهربائية. ومن الأمثلة على تلك العناصر المكثف والمقاومة الكهربائية والملف الكهربائي أو المحث.

عناصر الدائرة الكهربائية المعقدة

• البطارية
• المقاومة
• المُكثّف الكهربائي
• المِحث
• الصمام الثنائي
• الترانزستور

هناك دوائر كهربائية تكون معقدة في التركيب، وتحتوي على عدد من المكونات التي تسمح بتوليد الطاقة الكهربائية.

البطارية :  البطارية هي مصدر أساسي يعتمد عليه الدائرة الكهربائية بشكل كبير، حيث توفر الطاقة للدائرة الكهربائية، ولزيادة الجهد في الدائرة الكهربائية، يمكن توصيل عدة بطاريات متسلسلة معا.

المقاومة :  تم اختيار اسم المقاومة بسبب قدرتها على مقاومة تدفق التيار الكهربائي، ويعلم الناس أن بعض العناصر داخل الأجهزة الإلكترونية تكون حساسة للتيار.

يمكن للمقاومة أن تتأثر في حال زيادة التيار الكهربائي بشكل مفاجئ، وبالتالي يلعب المقاوم دورا هاما في تقليل تدفق التيار، ولذلك فإن المقاومة تعد أحد العناصر الأساسية داخل الدائرة الكهربائية، ويتم تحديد عدد المقومات المطلوبة في الدائرة بناء على حساب التيار الذي يتم تحمله والمطلوب مقاومته.

يُقاسم المقاومة في الفيزياء يُقاس بوحدة الأوم، ويعود ذلك إلى الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم، ويمكن تعريف الأوم بأنه المقاومة التي يتدفق فيها تيار يساوي 1 أمبير، ويكون فرق الجهد فيها مساويًا لـ1 فولت.

يمكن حساب قيمة المقاومة الكهربائية باستخدام قانون أوم، الذي ينص على أن قيمة المقاومة تكون نتيجة قسمة فرق الجهد على شدة التيار.

المُكثّف الكهربائي :  المكثف الكهربائي يعرف باسم المواسع الكهربائي وهو من المكونات الأكثر استخداما في الدوائر الكهربائية، حيث يشبه في عمله البطارية، ويستخدم لتزيين الشحنة الكهربائية، ويتكون من لوحين مسطحين يحتوي كل واحد منهما على فجوة صغيرة بينهما.

تتناسب فروق الجهد بين الطرفين طرديا مع اختلاف كمية الشحنة على كل منهما، ويمكن قياس سعة المكثف بالميكروفاراد، وغالبا ما توجد المكثفات داخل الدائرة الكهربائية الفعالة، وتستخدم إشارات كهربائية متذبذبة مثل تلك الموجودة في أجهزة الصوت والراديو.

المِحث :  للعنصر هذا اسم آخر وهو الملف الكهربائي، وهو عبارة عن لفة مصنوعة من سلك يستخدم في الدوائر الكهربائية المتعددة، والمجال المغناطيسي الناشئ عن هذا الملف يخزن الطاقة التي تنتج من تدفق التيار الكهربائي به.

“المحث يسمح بمرور التيار المباشر فقط، ولا يسمح بمرور التيار المتردد عبره، ويتم استخدامه في المرشحات لفصل الإشارات التي تكون بترددات مختلفة، ولذلك يتم استخدامه في الدوائر الكهربائية الفعالة.

من المعروف أن الدوائر الكهربائية الفعالة تسمح بالذبذبات التي تحتوي على تردد منخفض فقط، وتعرقل الإشارات التي تحتوي على تردد عالي.

الصمام الثنائي :  يشار إلى الصمام الثنائي باسم الديود، وهو جهاز يتكون من مهبط ومصعد ويسمح للتيار الكهربائي بالتدفق في اتجاه واحد فقط، ويجب توصيل طرف الجهد السالب بالمهبط وطرف الجهد الموجب بالمصعد حتى يتم تدفق التيار الكهربائي.

الترانزستور :  الترانزستور هو جهاز يستخدم لتنظيم تدفق التيار أو الجهد، ويستخدم بشكل رئيسي في تضخيم الإشارات الإلكترونية. يتألف من ثلاثة عناصر هي القاعدة والباعث والمجمع، وعندما يمر جهد قيمته 70 فولت بين الباعث والقاعدة، يعمل الترانزستور.

ومن الجدير بالذكر أنّ مرور مقدار قليل من التيار الكهربائي على قاعدة الترانزستور، يجعل له فرصة كبيرة على التحكم في التيار الذي يمر بين المجمع والباعث، وتلك الخاصية هي المستخدمة في عملية التضخيم، أي تحويل إشارة تمتلك طاقة قليلة إلى إساءة تمتلك طاقة أعلى دون حدوث أي تغيير في الخصائص.

قاطع التيار الكهربائي

يعمل قاطع التيار الكهربائي كمفتاحٍ كهربائيٍ يعمل بشكلٍ تلقائي، ويقوم بحماية الدائرة الكهربائية من التلف الذي قد يتعرض لها بسبب زيادة شدة التيار.

تُعد القاطع من الأشياء الضرورية التي يجب توفرها في كل منزل، لحماية الأفراد من مخاطر الكهرباء المختلفة.

عندما يتدفق تيار كهربائي كبير في سلك كهربائي، يؤدي ذلك إلى قطع الطاقة الكهربائية في المكان، وتظل الطاقة مقطوعة حتى يتم إصلاح الشبكة الكهربائية.

أنواع القواطع الكهربائية

• القواطع المغناطيسية تستجيب للتيار الكهربائي الزائد بشكل كبير وذو مدة زمنية قصيرة، وتكون أكثر سرعة.
• تستجيب القواطع الحرارية للتيار الزائد بطريقة صغيرة ولديها مدة زمنية طويلة، وهي أسرع في الاستجابة.
• تجمع القواطع المغناطيسية الحرارية بين خصائص القواطع المغناطيسية والقواطع الحرارية، ويستجيب للتيارات المفاجئة والتيارات ذات المدة الزمنية الطويلة.

الفاصمة الكهربائية أو الفيوز

عبارة عن جهاز يكون مصنوع من حبال مجدولة مصنوعة من النحاس أو الألومنيوم أو معدن الزنك، ويكون موصل على التوالي، ويتم استخدام القاصمة الكهربائية من أجل حماية الأجهزة الكهربائية الموجودة في المنزل مثل التليفزيون والثلاجة وكذلك الحاسوب من التلف، الذي قد تتعرض له بسبب الجهد العالي لكل جهاز من تلك الأجهزة.

عندمرور تيار كهربائي زائد في دائرة كهربائية، يتم حرقه وفصل الدائرة الكهربائية. وإذا لم يتم استخدام الفيوز في الأجهزة المختلفة، فقد يتسبب ذلك في العديد من الأخطاء مثل حرق الأجهزة، وقد يؤدي إلى حدوث حرائق داخل المنزل.

أنواع التوصيل في الدوائر الكهربائية

• الدائرة المغلقة.
• دائرة مفتوحة.
• دائرة مقصورة.
• دائرة التوالي والتوازي

الدارة المغلقة: تكون فيها تدفق الكهرباء بداخلها دون أي قاطع .

دائرة مفتوحة: هي دائرة تحتوي على سلك أو مفتاح يتم فيها قطع التيار، وتكون قيمة التيار داخلها صفرا، ويكون الجهد محددا.

دائرة مقصورة: يحدث هذا الدائرة عندما يحدث تماس كهربائي أو مشكلة في الكهرباء بسبب الارتباط بين طرفي البطارية ومصدر جهد لسبب ما.

دائرة التوالي والتوازي: في هذه السلسلة، يتم توصيل أكثر من مصباح معا على التوالي، وإذا انطفأ أحدهم، فإن التيار لا يمر إلى المصابيح الأخرى، ويتم إيقاف الدائرة.

وظيفة أسلاك التوصيل في الدارة الكهربائية

تتم تصنيع أسلاك الكمبيوتر والمكونات الإلكترونية من النحاس أو الألومنيوم، حيث يكون النحاس رخيصًا وموصلًا للكهرباء، ويتم تركيب السلك في الدائرة الأساسية في أحد طرفي مصدر الكهرباء مثل البطارية .

يتم توصيل المفتاح بالسلك، ويتم تحديد ما إذا كانت الدائرة مغلقة أم مفتوحة، ثم يتم توصيل السلك بالجهاز المسؤول عن سحب الطاقة، ويقوم السلك بوظيفته حيث يتم سحب الطاقة وتوصيلها بالطرف الآخر من البطارية.

يجب التأكد من عدم وجود فواصل في دائرة الكهرباء، حيث يمكن أن تؤدي إلى تسرب الكهرباء وتلف الجهاز أو عدم تشغيله.