اندازه نیرومحركه‌ی مولد

بخش اول

برای مشاهده چگونگی تولید جریان توسط مواد، به وجه قائم سیم پیچ توجّه كنید.

از آن جا كه هر كدام از این ها در میدان مغناطیسی حركت می‌كنند نیروی مغناطیسی وارد بر بارهای داخل سیم، باعث به جریان افتادن آن ها شده و بدین ترتیب جریان الكتریكی به‌وجود می‌آید. طبق قانون دست راست می‌توان دریافت كه جهت جریان در سیم سمت چپ از پایین به بالا و در سیم سمت راست از بالا به پایین است. بنابراین جریان در حلقه برقرار می‌شود.

قسمت بالا و پایین حلقه نیز در حال حركت اند. اما در هر حال، ما این تكه ها را در نظر نمی‌گیریم زیرا نیروی وارد بر بارهای (داخل این تكه سیم ها) به سمت جانب سیم بوده و در راستای آن ها نمی‌باشد.

اندازه نیرومحركه حركتی كه در یك سیم پیچ متحرّك در میدان مغناطیسی به‌وجود می‌آید برابر  است.

برای اعمال این قاعده برای سیم سمت چپ سیم پیچ، كه طول آن L است، ما به مؤلفه سرعت  كه عمود بر میدان B است نیاز داریم.

اگر  زاویه بین  و B باشد آنگاه   خواهد بود و نیرومحركه ‌القایی را بدین شكل می‌توان نوشت:

نیرومحركه‌القایی در سیم سمت راست نیز همین مقدار را دارد.

ازآن جاكه نیرومحركه ها در هر دو وجه حلقه جریان را در یك راستا حول حلقه به‌وجود می‌آورند بنابراین نیرومحركه در حلقه كامل برابر  خواهد بود.

اگر سیم پیچ از N حلقه تشكیل شده باشد نیرومحركه كل N برابر نیرومحركه یك حلقه است. به‌طوری‌كه خواهیم داشت:

مناسب است متغیّرهای  و  را بر حسب سرعتِ‌زاویه‌ای   بیان كنیم. در واقع سیم پیچ با سرعتِ‌زاویه‌ای  دوران می‌كند.

از قبل می‌دانیم كه زاویه  برابر حاصل ضرب سرعتِ‌ زاویه‌ای در زمان،  است، با این فرض كه در لحظه t = 0 اندازه

 باشد. علاوه بر این هر نقطه بر وجه جانبی حلقه حول دایره‌ای به شعاع r دوران می‌كند، كه r نصف پهنای حلقه (W) است.

 یعنی: .

از قبل می‌دانیم كه سرعت مماسی  را می‌توان بر حسب شعاع r و سرعتِ ‌زاویه‌ای بیان نمود به‌ طوری‌كه داریم:

با جا گذاری مقادیر معادل  و r در رابطه نیرومحركه‌القایی خواهیم داشت:

به جای حاصل ضرب LW می‌توان مساحت حلقه A را قرار داد: 

به یاد داشته باشید كه سرعتِ‌زاویه‌ای   (بر حسب رادیان بر ثانیه) را می‌توان بر اساس بسامد (بر حسب دور بر ثانیه یاHz ) بیان نمود.

به‌طوری‌كه داریم: 

اگر چه رابطه نیرومحركه با فرض مستطیلی بودن حلقه به‌دست آمد ولی این رابطه برای هر شكل مقطعی از سیم پیچ آرمیچر صادق است. در ضمن نیرومحركه سینوس وار نسبت به زمان تغییر می‌كند.

شكل رو به ‌رو نمودار رابطه فوق است و این موضوع را نشان می‌دهد كه در حین چرخش سیم پیچ قطب‌های نیرومحركه‌القایی تغییر می‌كند. اگر یك مدار كامل خارجی به مولد وصل شود آن گاه متناوباً جهت جریان عبوری از مدار تغییر می‌كند.

بدیهی است بسامد تغییر جهت جریان در مدار همان خواهد بود. بر این اساس به این مولد "مولد جریان متناوب (AC)" می‌گویند.

ادامه دارد ...

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی