القاگر چیست و القاگرها چگونه کار می‌کنند؟

در این ویدیو، می‌خوایم در مورد القاگرها صحبت کنیم. با نحوه‌ی کار اون‌ها و اینکه در کجا ازشون استفاده کنیم و اینکه چرا اهمیت زیادی دارن، صحبت می‌کنیم.

به خاطر داشته باشین که الکتریسیته خطرناکه و می‌تونه مرگ‌بار باشه. برای انجام هر گونه کار برقی باید توانایی و مهارت کافی رو داشته باشین.

خب… القاگر چیه‏‫؟ القاگر یه قطعه در مدار الکتریکیه که انرژی رو در میدان مغناطیسی خودش ذخیره می‌کنه. می‌تونه تقریبا به‌صورت آنی، انرژی رو آزاد کنه که بعدا در ادامه‌ی ویدیو می‌بینیم. توانایی ذخیره و آزادسازی آنی انرژی یه ویژگی بسیار مهمه و به همین خاطره که می‌خوایم از اون‌ها در انواع مختلف مدار استفاده کنیم.

خب، القاگر چطوری کار می‌کنه‏‫؟ می‌خوام اول در مورد جاری شدن آب درون لوله‌ها فکر کنین. یه لوله هست که به این آب فشار میاره و این لوله شبیه باتری مدار ماست. لوله به دو شاخه تقسیم می‌شه و لوله‌ها مثل سیم‌های ما هستن.

هر شاخه یه لوله داره که درونش یه کاهنده قرار گرفته و این کاهش، جاری شدن آب درون لوله رو کمی دشوار می‌کنه. پس، کاهنده مثل مقاومت در مدار الکتریکی ماست. درون شاخه‌ی بعدی، یه چرخ‌آب قرار داره. چرخ‌آب می‌چرخه و آب درون اون باعث چرخش چرخ‌آب می‌شه. چرخ خیلی سنگینه، پس برای اینکه سرعت بالاتر بره مقداری زمان لازم داره و آب باید در جهت مخالف فشار بیاره تا حرکتش بده.

این چرخ‌آب مثل القاگرهاست. وقتی که لوله رو راه‌اندازی کردیم آب جاری می‌شه و چون یه چرخه‌ی بسته‌ست، دوباره به لوله برمی‌گرده. درست مثل زمانی که الکترون‌ها باتری رو ترک می‌کنن جاری می‌شن و سعی می‌کنن تا دوباره به طرف دیگه‌ی باتری برگردن. راستی، در این انیمیشن‌ها از جریان الکترون منفی به مثبت استفاده کردم. اما ممکنه شما جریان متداول اون رو که از مثبت به منفیه، بیش‌تر دیده باشین. فقط هر دو رو یادتون باشه و دقت کنین که از کدومشون استفاده می‌کنیم.

خب، با جاری شدن آب به شاخه‌ها می‌رسه و حالا باید تصمیم بگیره که از کدوم مسیر حرکت کنه. فشار آب خلاف جهت چرخه. اما چرخ مدتی رو برای حرکت کردن نیاز داره. بنابراین مقاومت زیادی به لوله اضافه می‌کنه و جاری شدن آب در درون این لوله رو برای اون دشوار می‌کنه.

به همین خاطر، آب در مسیر کاهنده قرار می‌گیره، چون می‌تونه مستقیما از اون جاری بشه و خیلی راحت‌تر به لوله برگرده. با ادامه‌ی فشار آب، چرخ سریع‌تر و سریع‌تر شروع به چرخیدن می‌کنه تا به حداکثر سرعت برسه. حالا چرخ هیچ مقاومتی نداره. پس آب نسبت به مسیری که کاهنده داره. خیلی راحت‌تر در این مسیر جاری می‌شه. آب تقریبا، کاملا! مسیر حرکت از کاهنده رو قطع می‌کنه و حالا همشون از طریق چرخ‌آب جاری می‌شن.

وقتی که پمپ رو خاموش می‌کنیم آب بیش‌تری وارد سیستم نمی‌شه، اما سرعت چرخ‌آب هنوز زیاده. نمی‌تونه متوقف بشه، لختی داره با ادامه‌ی چرخش، حالا به آب فشار میاره و مثل یه پمپ عمل می‌کنه. آب در حلقه جاری می‌شه و روی خودش برمی‌گرده، تا زمانی که مقاومت درون لوله‌ها و کاهنده، آب رو به اندازه‌ی کافی کند کنه تا چرخ‌ها از حرکت بایستن.

به همین خاطر می‌تونیم پمپ رو خاموش و روشن کنیم و چرخ‌آب برای یه مدت کوتاه، در طول این وقفه‌ها باعث حرکت آب می‌شه. همین اتفاق در زمانی که یه القاگر رو وصل می‌کنیم به موازای بار مقاومتی، مثل یه لامپ هم رخ می‌ده. این مثل همون مداریه که دیدیم با این تفاوت که تمیزتر سیم‌کشی شده.

زمانی که به مدار برق‌رسانی می‌کنیم، الکترون‌ها اول از همه در لامپ جاری شده و اون رو روشن می‌کنن. به خاطر مقاومت القاگر، جریان بسیار اندکی در اون جاری می‌شه، در ابتدا خیلی زیاده. مقاومت کم می‌شه و امکان جاری شدن جریان بیش‌تر فراهم می‌شه. در نهایت، القاگر تقریبا هیچ مقاومتی ایجاد نمی‌کنه.

پس الکترون‌ها تصمیم می‌گیرن که این مسیر رو به سمت منبع توان برگردن، نه از طریق لامپ. پس لامپ خاموش می‌شه. وقتی که منبع توان رو قطع کنیم القاگر همچنان به الکترون‌ها در حلقه و درون لامپ فشار میاره. تا مقاومت، انرژی رو پراکنده کنه. خب، چه اتفاقی در القاگر میوفته که چنین رفتاری از خودش نشون می‌ده‏‫؟

خب… وقتی که جریان الکتریکی رو از یه سیم عبور بدیم، سیم در اطرافش یه میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنه. ما می‌تونیم با قرار دادن قطب‌نما در اطراف سیم، این میدان مغناطیسی رو ببینیم. وقتی که جریان رو از سیم عبور بدیم قطب‌نماها حرکت می‌کنن و با میدان مغناطیسی هم‌تراز می‌شن.

وقتی که جهت جریان رو برعکس کنیم، میدان مغناطیسی معکوس می‌شه و بنابراین جهت قطب‌نماها هم برعکس می‌شه، تا باهاش هم‌تراز بشن. هر چه جریان بیش‌تری از سیم عبور کنه میدان مغناطیسی هم بزرگ‌تر می‌شه. زمانی که سیم رو به شکل یه سیم‌پیچ بپیچونیم، هر سیم دوباره یه میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنه. اما این‌بار با هم ادغام می‌شن و یه میدان مغناطیسی قدرتمندتر و بزرگ‌تر به وجود میارن.

می‌تونیم میدان مغناطیسی آهنربا رو با ریختن مقداری براده‌ی آهن بر روی آهنربا، ببینیم که خطوط شار مغناطیسی رو مشخص می‌کنه. زمانی که منبع برق قطع می‌شه هیچ میدان مغناطیسی‌ای وجود نخواهد داشت. اما زمانی که منبع توان رو وصل کنیم جریان در سیم‌پیچ جاری می‌شه.

پس میدان مغناطیسی شروع به شکل‌گیری کرده و اندازه‌ی اون تا حداکثر زیاد می‌شه. میدان مغناطیسی انرژی ذخیره می‌کنه زمانی که توان قطع بشه میدان مغناطیسی کم کم کاهش پیدا می‌کنه و بنابراین میدان مغناطیسی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شه و به الکترون‌ها فشار میاره.

در حقیقت، این اتفاق با سرعت بالایی رخ می‌ده. من فقط سرعت این انیمیشن‌ها رو کم کردم تا راحت‌تر ببینین و متوجه بشین. خب، چرا این کار رو انجام می‌ده؟‎‏‫ القاگرها دوست ندارن که جریان رو تغییر بدن. می‌خوان همه چیز همونطور که هست، باقی بمونه. وقتی که جریان زیاد می‌شه سعی می‌کنن که با نیروی مخالف متوقفش کنن. وقتی که جریان کاهش پیدا می‌کنه سعی می‌کنن با فرستادن الکترون‌ها به بیرون و برگردوندن. به جای خودشون، اون رو متوقف کنن.

پس وقتی که مدار از خاموش به روشن تغییر می‌کنه تغییری که در جریان به وجود میاد افزایش پیدا می‌کنه. القاگر سعی می‌کنه که اون رو متوقف کنه، بنابراین یه نیروی مخالف ایجاد می‌کنه و اون همون ضد ‏‫EMF یا نیروی ضد محرکه‎‌ی الکتریکیه. این نیروی ضد محرکه در مقابل نیرویی که اون رو ساخته قرار می‌گیره. در این مورد، جریانیه که از باتری درون القاگر جاری می‌شه.

هنوز مقداری جریان جاری می‌شه و یه میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنه که به تدریج زیاد می‌شه. با افزایش اون، جریان بیش‌تر و بیش‌تری درون القاگر جاری شده و نیروی ضد محرکه به تدریج از بین می‌ره. میدان مغناطیسی به حداکثر می‌رسه و جریان ثابت می‌شه. القاگر دیگه مانع جاری شدن جریان نمی‌شه و مثل یه تکه سیم معمولی عمل می‌کنه.

این یه مسیر بسیار آسون برای الکترون‌ها ایجاد می‌کنه. خیلی راحت‌تر جاری شدن در لامپ، به باتری برگردن. پس الکترون‌ها در القاگر جاری می‌شن و لامپ دیگه نوری نخواهد داشت. وقتی که برق رو خاموش کنیم القاگر متوجه کاهش جریان می‌شه. از وضعیت راضی نیست و سعی می‌کنه که اون رو ثابت کنه. پس سعی می‌کنه که الکترون‌ها رو به بیرون بفرسته و اون رو ثابت کنه. اینطوری چراغ روشن می‌شه.

یادتون باشه که میدان مغناطیسی از الکترون‌هایی که در اون جاری هستن انرژی ذخیره شده داره و این می‌تونه اون رو دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل کنه تا جاری شدن جریان رو ثابت کنه. اما میدان مغناطیسی تنها زمانی که جریان از سیم عبور می‌کنه، وجود داره پس، با کاهش جریان از مقاومت مدار، میدان مغناطیسی کاهش پیدا می‌کنه تا جایی که دیگه توانی تولید نکنه.

اگه یه القاگر و یه رزیستور در مدارهای مجزا به یه نوسان سنج وصل کنیم می‌تونیم تاثیراتش رو ببینیم. وقتی جریانی عبور نکنه خط در نقطه‌ی صفر ثابت و مسطحه، اما زمانی که از رزیستور جریان عبور بدیم، یه طرح عمودی فوری می‌بینیم که به بالا می‌ره و بعد خط تخت در مقدار مشخصی ادامه پیدا می‌کنه، اما زمانی که یه القاگر وصل کنیم و جریان رو از اون عبور بدیم به سرعت زیاد نمی‌شه. به تدریج افزایش پیدا می‌کنه و یه مقطع خمیده تشکیل می‌ده و در نهایت در یه مقدار مسطح ادامه پیدا می‌کنه.

وقتی که جریان عبوری از رزیستور رو قطع کنیم دوباره، به سرعت کم می‌شه و این خط عمودی ناگهانی دوباره به صفر برمی‌گرده. اما زمانی که جریان رو در القاگر متوقف کنیم جریان ادامه پیدا می‌کنه و یه مقطع خمیده‌ی دیگه در نقطه‌ی صفر خواهیم داشت. این بهمون نشون می‌ده که القاگر چطور در برابر افزایش اولیه مقاومت می‌کنه و چطور از کاهش جلوگیری می‌کنه.

راستی، در مورد جریان الکتریکی هم در ویدیوی قبلی مفصل صحبت کردیم. حتما تماشا کنین، لینکش رو این پایین قرار دادیم. القاگرها چه شکلی هستن‏‫؟ القاگرها در صفحات مدار چنین شکلی دارن. در واقع، مقدار سیم مسی که به دور یه سیلندر یا حلقه پیچیده شده طراحی‌هایی هم هستن که روکش دارن. این روکش معمولا برای محافظت از میدان مغناطیسی روی اون قرار می‌گیره و یا اینکه اون رو از سایر قطعات جدا کنه.

در نقشه‌های مهندسی، القاگرها با چنین اشکالی نشون داده می‌شن. چیزی که باید به‌خاطر داشته باشین، اینه که هر چیزی با سیم سیم‌پیچی شده، به عنوان القاگر عمل می‌کنه. این شامل موتورها، ترانسفورماتورها و رله‌ها هم می‌شه. خب، از القاگرها برای چه کاری استفاده می‌کنیم‏‫؟ از اون‌ها برای تقویت کانورترها برای افزایش ولتاژ خروجی‏‫ DC و کاهش جریان استفاده می‌شه.

می‌تونیم از اون برای مسدود کردن منبع ‏‫AC استفاده کنیم تا فقط ‏‫DC عبور کنه. می‌تونیم از اون‌ها برای فیلتر کردن و جداسازی فرکانس‌های مختلف استفاده کنیم و مشخصا از اون‌ها برای ترانسفورماتورها، موتورها و رله‌ها استفاده کنیم.

اندوکتانس رو چطور محاسبه کنیم‏‫؟ اندوکتانس یه القاگر رو در واحد هانری محاسبه می‌کنیم، که با ‏‫H نشون داده می‌شه. هر چه مقدار بالاتر باشه، اندوکتانس بیش‌تر خواهد بود. هر چه اندوکتانس بالاتر باشه انرژی بیش‌تری رو می‌تونیم ذخیره و تامین کنیم.

همینطور ایجاد میدان مغناطیسی زمان بیش‌تری می‌بره و غلبه بر نیروی ضد محرکه‌ی الکتریکی هم بیش‌تر طول خواهد کشید. اندوکتانس رو نمی‌شه با یه مولتی‌متر استاندارد محاسبه کرد. گرچه با این عملکرد درونی جزییاتی رو به دست میارین، اما نتایج حقیقی رو مشخص نمی‌کنه. شاید باهاش مشکلی نداشته باشین. بستگی داره که برای چه کاری ازش استفاده می‌کنین.

برای محاسبه‌ی دقیق اندوکتانس باید از یک ‏‫RLC متر استفاده کنیم. کافیه که القاگر رو به این واحد وصل کنیم و با یه تست کوچیک، مقادیر رو محاسبه می‌کنیم.

ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)

منبع ویدیو: YouTube