لماذا الكهرباء في البيوت متناوب (AC) وليس مستمر (DC)؟

من أسئلة الشائعة التي تراود أفكار كثير من الناس هي أنه لماذا الكهرباء في المنازل متناوب و ليس مستمر؟

منذ إختراع الكهرباء و الثورة الصناعية في قرن التاسع عشر قد إقترح بعض العلماء مثل نيكولا تسلا و جورج وستينكهاوس أن يكون التيار المتولد في شبكة الكهرباء وصولاً إلى منازل الناس متناوب (AC), في حين أن توماس إديسون كان مصراً أن يكون الكهرباء مستمر(DC).

دعنا نرى أي طرف كان على حق؟

ايجابيات كهرباء المستمر(DC)
1-كهرباء المستمر(DC) أقل خطورة على الأنسان حيث أن التيار هو الذي يقتل الإنسان و ليس الجهد و بما أن التيار المار في الجسم يعتمد على مقاومة الكهربائية للجسم و مقاومة الكهربائية للجسم تقل كل ما كان التردد أعلى, إذن نستنتج بأن كهرباء المتناوبة أخطر لأن لها تردد 50 أو 60 هرتز في حين أن تردد كهرباء المستمر صفر. لهذا السبب لو لامست سلكي موجب + و السالب - لبطارية 48 فولت, الجهد سوف يكون 50 فولت تقريباً في حال شحن الكامل و هذا الجهد لن يقتلك مادام مستمر(DC) بينما لو لامست 50 فولت متناوب هناك إحتمال كبير أن تصاب بصدمة كهربية و قد تصاب برعشة إن لم تقتلك. هذا لا يعني أن كهرباء المستمر لا يشكل خطر على الإنسان لكن خطورته أقل من المتناوب. لتفاصيل أكثر افتح رابط التالي:
 https://ibdaa-alarab.blogspot.com/2018/02/ac-dc.html
2- جهد المستمر مناسب لأدوات الكهربائية الحديثة مثل مصابيح LED , تلفاز LCD  أو LED, راديو, حواسيب المحمولة و ... الخ, حيث أنهما يعملان في الحقيقة بجهد مستمر لذا يمتلكان محولة داخلية أو خارجية لتحويل جهد المتناوب إلى المستمر
3- معامل القدرة دائماً تساوي واحد (من الأساس لا توجد زاوية مابين طور التيار و طور الجهد في دوائر التي تعمل بجهد مستمر ) بالتالي لا توجد قدرة راجعة أو غير فعالة (Reactive power) و هذا الأمر جيد جداً, شرحت سابقاً عن هذا الموضوع يمكنك قراءة المزيد من هنا

سلبيات كهرباء المستمر(DC)
1- على عكس كهرباء المتناوب لا يمكن تقوية جهد المستمر DC بمجرد إستخدام المحولات لذا الأمر أكثر تعقيداً
2- بسبب صعوبة تقوية الجهد المستمر و بما أن جهد أقل= تيار أكبر (بثبوت القدرة) لذا نحتاج لأسلاك سميكة جداً لتتحمل التيار الكبير و بالتالي كلفة خطوط نقل الكهرباء كبيرة جداً على سبيل المثال نفترض أنتجنا 24 كيلو وات كهرباء 240 فولت مستمر في محطة الكهرباء و نريد نقلة إلى المستهلك, في هذه الحالة التيار المار في الأسلاك سوف يكون 100 أمبير حسب معادلة القدرة P = I . V و هذا التيار الكبير يحتاج إلى سلك نحاس سميك جداً لكي يتحمل هذا الكَم الهائل من التيار حتى لا ينصهر !!

صورة التالية توضح سمك الأسلاك و التيار المار في الحالتين لو كان الجهد في شبكة الكهرباء مستمر (DC) أو متناوب (AC),
في الصورة تلاحظ محطتين لإنتاج الكهرباء كلاهما ينتجان 24 كيلو وات أي 24000 وات و الفرق الوحيد هو أن محطة الأولى تنتج كهرباء مستمر و الثانية تنتج كهرباء متناوب
في محطة التي تنتج كهرباء مستمر نحتاج إلى أسلاك سميكة جدا لكي تتحمل تيار المار فيه و هو 100 أمبير في حين أن محطة الثانية التي تنتج كهرباء متناوب لتقليل تيار المار في البداية نقوم برفع الجهد 10 أضعاف بسهولة بواسطة محولة رفع الجهد حتى يصبح 2400 فولت بدلاً من 240 فولت ثم نقوم بخفض الجهد مرة أخرى إلى 240 فولت قبل دخولة إلى منزل المستهلك
ما هي الفائدة من رفع الجهد؟
ج\ حسب معادلة القدرة(P = I . V), جهد أكبر = تيار أقل (بتثبوت القدرة) إذن تخلصنا من تيار المرتفع في الأسلاك و لا حاجة لإستخدام أسلاك سميكة جداً في حين أن القدرة بقت كما هي أي 24 كيلو وات في هذا المثال. فبالتالي كلفة شراء أسلاك النقل قلت 10 أضعاف أو أكثر.
ملاحظة: 240 فولت RMS متناوب يعادل 339 فولت مستمر لكن لم أخذ هذا الموضوع بنظر الإعتبار لتبسيط الفكرة فقط


لماذا الكهرباء في البيوت متناوب (AC) وليس مستمر (DC)؟



ايجابيات كهرباء المستمر(AC)
1-سهولة التقوية بمجرد إستخدام محولات رفع الجهد
2- سهولة النقل
3-سهولة في خفض الجهد بواسطة محولات الخاصة بخفص الجهد 
4- سمك الأسلاك أقل
 

سلبيات كهرباء المستمر(AC)
1- جهد المتناوب أكثر خطراً على قلب الإنسان و يسبب الموت عند لمسة حتى لو كان بمقدار 50 فولت فقط
2- إختلاف زاوية الطور مابين طور الجهد و طور التيار في أحمال الحثية و السعوية يسبب هدر الطاقة على شكل قدرة راجعة أو غير فعالة للمزيد إضغط هنا

إستنتاج:
نستنتج بأن نيكولا تسلا و جورج وستينكهاوس كانا على حق حينما إقترحا أن يكون الجهد المولد في المحطات وصولاً إلى منازل الناس متناوب(AC) و ذلك بسبب سهولة التقوية ثم النقل إلى المستهلك لأن هناك مسافة كبيرة جداً مابين محطة توليد الكهرباء و المستهلك.في نفس الوقت سمك الأسلاك أقل و كلفة أقل. لكن...
اليوم بعد أن مضى قرنين من إكتشاف الكهرباء مرةً أخرى قد تتغير الكهرباء المستهلكة في المنازل من AC إلى DC !!
ذلك بسبب إنتشار إستخدام طاقات المتجددة مثل طاقة الشمسية و طاقة الرياح في المنازل مما يجعل كل بيت ينتج الكهرباء ثم يستهلكه, لذا لا توجد ضرورة لتقوية الكهرباء لسهولة النقل لأن أساساً المسافة بين مولد الكهرباء (ألواح الشمسية في أسطح المنازل) و المستهلك (المنزل نفسة) مسافة قصيرة جداً.
من جهة أخرى معظم أجهزة الكهربائية الحديثة اليوم تعمل بجهد مستمر,مثل مصابيح LED, تلفزيون LED أو LCD, حاسوب المحمول و ... الخ.

لماذا الكهرباء في البيوت متناوب (AC) وليس مستمر (DC)؟



شارك الموضوع

مواضيع ذات صلة