نيروی محرکه الکتريکی و مولدها

بارهای الکتريکی ضمن شارش در مدار الکتريکی انرژی جنبشی از دست می دهند،کار مولد اين است که اين انرژی را دوباره تامين کند. همانطور که می دانيم بارهای الکتريکی از پتانسيل پايين تر شارش می کند و وارد مولد می شوند؛ مولد با صرف انرژی بارهای الکتريکی را از پتانسيل پايين تر به پتانسيل بالاتر می برد و سبب شارش آنها در مدار می شود. بارهای الکتريکی هنگام شارش انرژی خود را از دست می دهند برای اينکه شارش بار در مدار تداوم يابد اين انرژی بايد بوسيله مولد تامين شود.

وسيله ای که با انجام کار روی بار الکتريکی اختلاف پتانسيل را ثابت نگه می دارد، منبع نيروی محرکه الکتريکی ناميده می شود.

منبع نيروهای الکتريکی بارهای الکتريکی مثبت را در خلاف جهت ميدان الکتريکی از پتانسيل پايين تر به پتانسيل بالاتر می برند و با افزايش انرژی پتانسيل آنها، جريان ثابتی در مدار برقرار می کنند.

کاری که منبع نيروی محرکه روی واحد بار الکتريکی مثبت انجام می دهد تا آن را از پايانه با پتانسيل کمتر به پايانه با پتانسيل بيشتر ببرد، نيروی محرکه الکتريکی (emf) می نامند.

\(\varepsilon = \frac{{\Delta W}}{{\Delta q}}\)

يکای نيروی محرکه مولد، ژول برکولن (\(\frac{J}{C}\) ) یا ولت (V) است.

منبع نيروهای محرکه الکتريکی يا آرمانی (\(r = 0\) ) و یا واقعی (\(r \ne 0\) ) هستند، در حالت آرمانی اختلاف پتانسيل الکتريکی ميان اين دو پايانه با نيروی محرکه الکتريکی  برابر است.

\({V_b} - {V_a} = \varepsilon \)

در حالت واقعی هنگامی جريان از مولد می گذرد، اختلاف پتانسيل بين پايانه های آنها بر خلاف منابع آرمانی، متفاوت از نيروی محرکه الکتريکی خواهد شد، يعنی اختلاف پتانسيل در مقايسه با نيروی محرکه مولد بيشتر و يا کمتر خواهد شد.

قواعد حل مدارهای تک حلقه ای

در هر دور زدن کامل حلقه ای از مدار، جمع جبری اختلاف پتانسيل های اجزای مدار صفر است.

برای حل مدارهای تک حلقه ای بايد يک جهت دلخواه برای جريان الکتريکی و يک جهت دلخواه برای گردش حلقه در نظر بگيريم. اگر در سوالی جهت جريان و گردش حلقه مشخص باشد، بايد از همان جهت های مشخص پيروی کنيم اين جهت ها ساعتگرد و يا پاد ساعتگردند.

الف) هرگاه روی مداری در جهت جريان از مقاومت R و یا r بگذريم، پتانسيل به اندازه IR یا Ir کاهش می يابد و اگر درخلاف جهت جريان از مقاومت ها بگذريم، پتانسيل به اندازه IR یا Ir افزایش می یابد.

ب) هرگاه برای گذر از مولد (بدون توجه به جهت جريان) از پايانه منفی به پايانه مثبت برويم، پتانسيل به اندازه نيروی محرکه مولد افزايش می يابد و اگر از پايانه مثبت به منفی (بدون توجه به جهت جريان) بگذريم، پتانسيل به اندازه نيروی محرکه مولد کاهش می يابد.

مدار تک حلقه با چند مولد

مولدها وسايلی هستند که انرژی لازم را جهت حرکت الکترون در مدار تامين می کنند. مولدها تمايل دارند جريان را از پايانه مثبت خود خارج کنند، البته در شرايطی که تحت تأثير مولدی قرار بگيرند که از خودشان قوی تر باشد، جريان را از پايانه منفی خود خارج می کنند که در اين صورت به آنها مولدهای مصرف کننده (ضد مولد) نيز می گوييم، توان اين مولدها را توان ورودی ميناميم.

در مدارهای تک حلقه ای که چند مولد در يک شاخه حضور دارد، گام صفر اين است که بر اساس زور سنج ها  (\(\varepsilon \)) نيرو محرکه ها جهت جريان را مشخص کنيم، سپس اندازه ی آن را تعيين کنيم.

اندازه ی جريان را در اين گونه حلقه ها، از رابطه ی \(I = \frac{{\sum \varepsilon - \sum {\varepsilon '} }}{{\sum {(R + r)} }}\)  بدست می آيد که \(\sum \varepsilon \)  مجموع تمام نيروی های محرکه مولد (مولد توليد کننده) و \(\sum {\varepsilon '} \)  مجموع تمام نيرومحرکه های ضد مولد (مولد مصرف کننده( هستند.

در مدار روبرو، فرض کنيد ؛ \(({\varepsilon _1} + {\varepsilon _3})\rangle {\varepsilon _2}\)

زور نيرو محرکه ی مولدهای ساعتگرد (مولد اول و سوم) از نيرو محرکه های مولدهای پاد ساعتگرد (مولد دوم) بيشتر است.

مولد اول: جريان از سر مثبت خارج شده – پس توليد کننده است.

مولد دوم: جريان به سر مثبتش وارد شده – پس مصرف کننده است.

مولد سوم: جريان از سر مثبت خارج شده – پس توليد کننده است.

\(I = \frac{{({\varepsilon _1} + {\varepsilon _3}) - {\varepsilon _2}}}{{{R_1} + {R_2} + {R_3} + {R_4} + {r_1} + {r_2} + {r_3}}}\)

باتری که جريان از سر مثبتش خارج شود را مولد (يا مولد توليد کننده يا مولد برنده) و باطری که، جريان از سر منفی اش خارج شود؛ را ضد مولد (يا مولد مصرف کننده يا مولد بازنده) می ناميم. اگر در مداری فقط يک باتری داشته باشيم، قطعاً مولد (مولد توليد کننده) است و جريان از سر مثبتش خارج می شود.