كيف يعمل الدينامو
يعتبر الدينامو مولد تيارٍ كهربائيٍّ مستمر، أي آلةٌ كهربائيةٌ تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقةٍ كهربائيةٍ، وتعتمد في ذلك على قانون الحث الكهرومغناطيسي، وتتكون من مجموعةٍ من اللفائف التي تنتج الحقل المغناطيسي بحيث يتم توليد التيار الكهربائي عند تدوير هذه اللفائف.
الوصف العام للدينامو
يوضح الشكل أدناه بنية الدينامو البسيط الذي يتألف بشكلٍ أساسيٍّ من:
- لفائف مصنوعة من أسلاك موصلة، تصل هذه اللفائف بين القطبين الشمالي والجنوبي لمغناطيسين دائمين، وعند بدء الدوران يدور النصف الأيسر من الملف باتجاه القطب الشمالي للمغناطيس الأيسر بينما يدور النصف الأيمن للملف باتجاه القطب الجنوبي للمغناطيس الأيمن، ثم يدور الملف بالاتجاه المعاكس في النصف الثاني من الدوران، ومن خلال دوران الملف يتم توليد الحقل المغناطيسي.
- العاكس؛ الذي يتكون من نصفي إسطوانتين من موادٍ ناقلةٍ للتيار، يتم توصيل كل نصف إسطوانة بنهاية الملف الدوار، ويقوم العاكس بدور محطة إضافية لتوليد التيار الكهربائي، كما أنه يحافظ على الجهد الناتج عن الدينامو.
- فرشاتان ثابتتان مصنوعتان من الكربون، تضغطان على العاكس، وتعمل الفرش كأطرافٍ (مخرجات) للدينامو.
آلية عمل الدينامو
كما أشرنا فإن الآلية الأساسية لعمل الدينامو تعتمد على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، حيث يتم توليد الحقل المغناطيسي بدوران اللفائف وفق الخطوات التالية:
- عندما يدور الملف الدوار مع محوره العمودي على المجال المغناطيسي، يتغير التدفق المغناطيسي الذي يجتاز الملف فيتم إحداث تيارٍ مستحثٍ في الملف، و يتدفق التيار المستحث في الملف وفي الدارة الخارجية المتصلة بالملف من خلال الفرش وحلقات الانزلاق.
- تدور اللفائف بحيث ينخفض الذراع AD إلى مستوى الورقة ويرتفع الذراع BC إلى أعلى الورقة.
- باستخدام قاعدة اليد اليمنى، يمكن أن نحدد جهة التيار الناتج؛ حيث نجد أن التيار يتدفق باتجاه CBAD وفي الدراة الخارجية من Brush B2 إلى B1.
- بعد نصف دورة، ينخفض الذراع BC ويرتفع الذراع AD لأعلى، وباستخدام قاعدة اليد اليمنى مجددًا نجد أن التيار يتدفق باتجاه DABC وفي الدارة الخارجية من الفرشاة B1 إلى B2.
- وهكذا، فخلال دوران الملف نصف دورة، يتدفق التيار في اتجاهٍ واحدٍـ وعندما يكمل النصف الثاني من الدوران يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس.
- تتكرر هذه العملية في الدينامو بشكلٍ مستمرٍ ويستمر تدفق التيار المتردد في الدارة الخارجية.
أنواع الدينامو
يصنف الدينامو حسب نوع التيار الذي ينتجه إلى نوعين هما: مولد التيار المتناوب AC، ومولد التيار المستمر DC.
- مولد التيار المتناوب AC:
مولدات التيار المتناوب تعمل على نفس المبادئ الأساسية للتحريض الكهرومغناطيسي؛ إذ يتم توليد التيار المتناوب عن طريق تدوير لفائف في المجال المغناطيسي، أو عن طريق تدوير مغناطيس داخل ملفٍ ثابتٍ، وتعتمد قيمة الجهد الناتج على أمرين أساسين؛ هما عدد اللفات في الملف، والسرعة التي يدور بها الملف أو الحقل المغناطيسي.
- مولد التيار المستمر DC:
هو جهازٌ يحول الطاقة المكيانيكية إلى طاقةٍ كهربائيةٍ، ويعتمد هذا النوع على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. أي عندما تتغير كمية التدفق المغناطيسي المارة في اللفائف فإنها تحث هذه اللفائف على إنتاج تيارٍ مستمرٍ.
يتكون مولد التيار المستمر من نفس الأجزاء التي يتكون منها الدينام الخاص بالتيار المتناوب، ولكن بدون حلقة الانزلاق التي يتم استبدالها بحلقات انقسامٍ أو مبدلٍ ما.
استخدامات الدينامو
- في الشركات:
يلعب الدينامو دورًا هامًا في الحفاظ على استمرار العمل في حالة انقطاع التيار الكهربائي غير المتوقعة، كما أنه يعتبر عنصرًا وقائيًا لمنع إتلاف الأجهزة باهظة الثمن بسبب انقطاع التيار.
- في مواقع البناء:
تستخدم المولدات كمصدرٍ لتزويد مواقع البناء بالطاقة خصوصًا في المواقع التي لا يوجد فيها مصدرٌ رئيسيٌّ للطاقة، حيث يتم استخدام الطاقة المولدة من قبل المولدات لتشغيل الأدوات المستخدمة في البناء.
تستخدم الديناموهات في مجالات عديدة أخرى مثلًا:
- تعتبر الدراجات وسيلة النقل الرئيسية للعديد من الأشخاص المتحضرين، وإنّ معظم هذه الدراجات تكون غير مزوّدةٍ افتراضيًّا، فيستخدم الدينامو في هذه الدراجات لتحويل الطاقة المولدة عن طريق الدواسة من طاقةٍ ميكانيكيةٍ إلى طاقةٍ كهربائيةٍ.
- كما يمكن استخدام الديناميات لتوليد الطاقة من دوران عجلات السيارات، إذ توجد تقنياتٌ لتوليد المزيد من الطاقة عبرها، ويتم استخدام تلك الطاقة المولدة إما في نفس السيارة، أو يُصار لتخزينها في بطاريةٍ لتشغيل بعض الأجهزة الأخرى.
- يُستخدم الدينامو أيضًا لشحن أجهزة الإضاءة الصغيرة، والتي يستعملها الطلاب للدراسة ليلًا.
- تتوسع مجالات استخدام الدينامو أيضًا لتشمل الأجهزة الخلوية، وأجهزة الأيباد، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.