الأسئلة المتداولة حول المغناطيس للطاقة والإشعال، الجزء الأول

يبلغ عمر مصدر الطاقة البسيط الذي يتم تشغيله ميكانيكيًا ما يقرب من 200 عام ولا يزال له دور محدد جيدًا، وإن كان محدودًا، في أنظمة اليوم.

ما أو من هو مغناطيسي؟ لا، "المغنيتو" ليس فقط المتحول القوي الذي لديه القدرة على توليد المجالات المغناطيسية والتحكم فيها، وقد ظهر لأول مرة في العدد الأول من مجلة العاشر من الرجال في 1963.

بدلاً من ذلك، يعتبر المغناطيس الهندسي طريقة كهروميكانيكية أساسية لتحويل الحركة - عادة ما تكون دوارة، ولكن يمكن أن تكون خطية - إلى طاقة كهربائية. على الرغم من عمرها، فهي تقنية قديمة جدًا ولا تزال تستخدم في الإصدارات الحديثة التي تتراوح من التطبيقات العادية نسبيًا إلى التطبيقات المتطورة حيث تكون السلامة أمرًا بالغ الأهمية. في بعض الحالات، يمكنك حتى التفكير في استخدام المغناطيس كشكل من أشكال حصاد الطاقة، حيث أنه يأخذ أو "يسحب" بعض الطاقة الميكانيكية المتاحة ويحولها إلى طاقة كهربائية.

ملحوظة: المصطلحات والمعلمات الطاقة والقوة هي كيانات متميزة. الطاقة هي القدرة على بذل شغل، والطاقة هي معدل بذل الشغل. ومع ذلك، لأغراضنا في هذه الأسئلة الشائعة، فإن المصطلحين قابلان للتبادل تقريبًا، وليس هناك حاجة هنا للتمييز بينهما.

سوف تستكشف هذه الأسئلة الشائعة تاريخ Magneto وبنائه وتطبيقاته، بالإضافة إلى مزاياه وقيوده.

س: ابدأ بالأساسيات: ماذا يفعل المغناطيس؟
A: يتكون المغناطيس من مغناطيس دائم وملف كهربائي (نحاسي) ملفوف). إنه مصدر للتيار الكهربائي "غير المستقر" غير المستمر، ويعمل كمولد كهربائي خام وأساسي ولكنه فعال. إن التدفق المتغير أو العكسي الناتج عن مرور المغناطيس عبر الملف أو عبره ينتج عنه فرق جهد عبر الملف الأولي (قانون فاراداي) (الشكل 1). يؤدي فرق الجهد هذا أيضًا إلى مرور تيار عبر الملف وإلى الحمل، وبالتالي توليد طاقة كهربائية من الحركة الميكانيكية.

س: هل يوجد أكثر من هيكل مغناطيسي أساسي؟
A: نعم. يحتوي المكوك المغناطيسي على مغناطيس ثابت أثناء دوران الملف أو تحركه؛ يحافظ مغناطيسي المحث على تثبيت الملف أثناء تدوير المغناطيس أو تحريكه. عادةً ما يُفضل تصميم المحث لأنه لا توجد حاجة لتوصيل الأسلاك بمجموعة ملف متحركة أو دوارة، وبالتالي فإن التصميم أكثر موثوقية. وفي كلتا الحالتين، فإن مبدأ الفيزياء الأساسي واستخدام قانون فاراداي هو نفسه.

س: كيف يبدو الناتج الخام للمغناطيس؟ ما هي سعتها؟
A: الإخراج هو شكل موجة تيار متردد غير جيبية للغاية (الشكل 2). الكفاءة هي وظيفة التصميم والحجم والسرعة التي يمرر بها المغناطيس الملف ويكون موضعيًا بين ±15 و±40 فولت؛ يمكن لبعض المغنطيسات الأكبر حجمًا توصيل ما يصل إلى ± 100 فولت.

س: ما الفرق بين الماجنتو والدينمو؟
A: بشكل عام، يُنتج الدينامو تيارًا متناوبًا جيبيًا نظيفًا ومنخفض التوافقية، والذي يختلف تمامًا عن خرج الشكل الموجي المشوه "الشائك" للمغناطيس.

س: ما هو عمر استخدام المغناطيس كمصدر للكهرباء؟
A: قديم جدا. قام صانع الأدوات الفرنسي هيبوليت بيكسي ببنائه في عام 1832، بعد عام واحد فقط من اكتشاف مايكل فاراداي لمبادئ الحث الكهرومغناطيسي. تم تشغيله بواسطة كرنك يدوي، وكان المغناطيس الخاص به هو أول مولد عملي للتيار الكهربائي (الشكل 3).

أدى تدوير الكرنك إلى دخول المغناطيسات المستطيلة (ضعيفة نسبيًا في تلك الأيام) داخل وخارج ملفات الجرح عبر آلية حركة دوارة إلى خطية بسيطة، وبالتالي توليد التيار الكهربائي. كان هذا أول مخطط غير البطارية لتوليد تدفق تيار موثوق ومستمر إلى حد ما. وحتى لو لم يكن مستمرًا كما هو الحال من البطارية، إلا أنه كان مصدرًا "نظيفًا" لا يحتوي على مواد كيميائية أو يعاني من النضوب.

سؤال: كل هذا يبدو وكأنه تاريخ قديم وغير ذي صلة إلى حد ما. لماذا يجب أن ننظر إليها الآن؟
A: أولاً، تم استخدام المغناطيس في السيارات المبكرة، مثل الطراز T، وأدى إلى العديد من التطورات في مجال السيارات التكنلوجيا اشتعال الشرارة الحديثة والكهرومغناطيسية. والأهم من ذلك أنها لا تزال منتشرة على نطاق واسع وأكثر فعالية بسبب المواد والمكونات الميكانيكية والمغناطيسات الأفضل.

س: أين يتم استخدامها؟ ما هو دورهم؟
A: يتم استخدامها في كل من التطبيقات "المنخفضة"، مثل جزازات العشب التي تعمل بالبنزين أو المناشير، وفي الطائرات الصغيرة. يتم تحويل الخرج الكهربائي ذو الجهد المنخفض للمغناطيس إلى جهد/تيار مناسب لإشعال شمعة الإشعال لمحرك البنزين القائم على مكبس الاحتراق الداخلي. هذه التطبيقات المتعلقة بالشرارة هي التطبيقات السائدة بالنسبة للمغناطيسات، حيث لا تحتاج إلى توفير تدفق مستمر للطاقة ولكن فقط رشقات نارية دورية.

تم استخدامها أيضًا في الأيام الأولى للاتصالات الهاتفية، حيث كان المستخدم يدير ذراعًا على جانب الهاتف لتوليد الجهد العالي (50 إلى 100 فولت) اللازم للجرس (الجرس)، في حين أن البطارية ذات الجهد المنخفض ستكون يمكن استخدامها لدائرة الحديث الفعلية (الشكل 4).

س: هل يتم استخدام جهد الإخراج المغناطيسي مباشرة؟
A: بشكل عام، فهو ليس مفيدًا بشكل مباشر. يمكن استخدامه "كما هو" إذا كان يعمل فقط على تشغيل دائرة ذات جهد منخفض مثل جرس الهاتف (حوالي 20-40 فولت، وأحيانًا يصل إلى 80-100 فولت). ومع ذلك، فإن الجهد منخفض جدًا بحيث لا يمكن إشعال شرارة في محرك يعمل بالغاز حيث يلزم حوالي 10 كيلو فولت. في هذه الحالات، يتم استخدام مخططات مختلفة لزيادة الجهد باستخدام محول مزدوج الملف حيث يكون الجهد المغناطيسي هو الجهد الأساسي، ويرفع المحول ذلك بمقدار أمرين من الحجم (10 فولت إلى 1000 فولت).

س: لماذا يتم استخدام المغناطيس في هذه الأيام؟ بعد كل شيء، لدينا الآن بطاريات قوية وخفيفة الوزن.
A: من مميزات نظام الإشعال المغناطيسي أنه لا يتطلب أي مصدر طاقة خارجي، مثل البطارية؛ إنه نظام قائم بذاته تمامًا، ذاتي التشغيل. وهذا يجعله خيارًا جيدًا للتطبيقات التي لا تكون فيها البطارية كمصدر طاقة أساسي للتيار المستمر متاحة أو غير ممكنة، مثل المحركات الصغيرة (جزازات العشب والمناشير). بالإضافة إلى ذلك، تعتبر أنظمة الإشعال المغناطيسية بسيطة نسبيًا وتحتوي على عدد قليل من الأجزاء المتحركة، مما يجعلها متينة وسهلة الصيانة.

س: هذا منطقي، ولكن ما هو استخدامها في الطائرات؟
A: هناك العديد من الأسباب التي تجعل الطائرات ذات المحركات المروحية / المكبسية الحديثة المزودة بالبطاريات لا تزال تستخدم المغناطيس لتزويد الأسطوانات بشرارات عالية الجهد. وهم على النحو التالي:

• لا تعتمد المغنطيسات على النظام الكهربائي للطائرة، أو على البطاريات، أو مصادر أخرى للكهرباء على متن الطائرة، حيث ينقطع النظام الكهربائي للطائرة عن العمل ويفقد الطاقة تمامًا، وستستمر محركات الطائرة التي تعمل بالمغناطيس في العمل.
• المغناطيسات موثوقة. كما ذكرنا سابقًا، فهي واحدة من أقدم تقنيات الإشعال في صناعة الطيران، والتي استخدمتها الطائرات الأولى. لقد تم اختبارها عبر الزمن وموثوقة
• قد يضطر الطيارون إلى إغلاق النظام الكهربائي بالكامل للطائرة عمدًا في ظل بعض الظروف القاسية، كما هو الحال في حالة نشوب حريق كهربائي، لمنع انتشار الحريق. وباستخدام المغناطيس في نظام الإشعال، ستستمر المحركات في العمل حتى عند إيقاف تشغيل النظام الكهربائي.

يتناول الجزء التالي مزيدًا من التفاصيل حول استخدام المغناطيس في أنظمة الإشعال.

محتوى EE World ذو الصلة
كم عدد المحركات الكهربائية الموجودة في السيارة؟
لماذا لا تحتاج إلى محرك متغير السرعة لتغيير سرعة المروحة
الفرق بين تأثير فاراداي وقانون فاراداي للحث
لماذا تشتعل المنافذ عند فصلها؟
يستكشف الباحثون محركات سيارات تعمل بالبنزين قوية وعالية الكفاءة وخالية من شمعات الإشعال

مراجع حسابات
أخبار السيارات من هيمينجز، "أنظمة الإشعال المغناطيسية"
أكاديمية ماج لاب الوطنية للمغناطيس، "ماجنيتو – 1832"
الغابة الميكانيكية، "ما هو نظام الإشعال المغناطيسي؟"
مونرو أيروسبيس، "ما هو المغناطيس ولماذا تستخدمه الطائرات؟"
أخبار AOPA، "كيف يعمل: Magneto"
الطيران، "كيف يعمل: مغناطيسي"
كهرباء السيارات العتيقة (أستراليا)، “تاريخ ماجنيتو”
ويكيبيديا "مغناطيس"
ويكيبيديا، "الإشعال المغناطيسي"
باز باوند، "موديل T Ford Magnetos and Timing"
Model T Ford Club of America، "الشكل الموجي لإخراج المغناطيسية"
نادي Model T Ford الأمريكي، "نظام الإشعال وتوقيت الشرارة من Model T Ford"
مجلة محرك الغاز، "قيمة الجهد المغناطيسي: كيفية استخدام الفولتميتر"
هواتف فيرن القديمة، "دوائر الهاتف المغناطيسية"
منشورات مارفل، "ماكس آيزنهاردت ومغنيتو"