اتصال کوتاه

.

.

.

«سیم پیچ صاعقه»، «سیم پیچ مولّد جرقه» و «قرقره ی رومکُرف» برخی از نام هایی برای یک وسیله ی الکتریکیِ تاریخی هستند که به کمک آن در روزهای نوجوانی دانش و صنعت برق، با استفاده از پدیده ی خودالقایی، پالس های ولتاژ بالا تولید می شد. در نوشته های اولیه ی دانشمندان علم الکتریسیته از این دستگاه به عنوان «ایندوکتوریوم» یاد شده است. این وسیله در قرن نوزدهم و در اوایل قرن بیستم به شکل های مختلف در کاربردهای زیر مورد استفاده قرار داشته است:

• برای تولید پالس های ولتاژ بالا تا 250 کیلوولت،
• اجرای فرایندهای تخلیه ی الکتریکی با سطوح انرژی بالا، باید یادآور شد که تا پیش از اختراع این وسیله، فقط «الکتریسیته ی اصطکاکی» یا «الکتریسیته ی ساکن» به صورت بارهای مجزّا در اختیار دانشمندان بود. بارهایی که به وسیله ی دستگاه هایی چون «الکتروفور» و «مولّد وان در گراف» و «ماشین ویمزهورست» تولید می شدند.
• انجام مقایسه هایی با تخلیه های الکترواستاتیکی مانند برق زدن های صاعقه مانند.

.

الکتروفور Electrophorus	ماشین ویمزهورست Wimshurst Machine	مولّد وان در گراف Van der Graaf Generator

.

ساختمان و طرز کار

قرقره ی رومکورف دربردارنده ی یک ترانسفورماتور با «ضریب تبدیل» بسیار بزرگ می باشد. به عبارت دیگر، پیچش اولیه ی این ترانس از تعداد دور کمی سیم بسیار ضخیم تشکیل یافته، در حالی که پیچش ثانویه ی آن در بر دارنده ی تعداد دور بسیار زیادتر از سیم نازک تری است. عبور جریان در اولیه ی ترانس توسط وسیله ای موسوم به «چکّش واگنر» کنترل می شود.

.

.

این چکش سازو کاری مانند زنگ اخبار دارد و مسیر جریان را به طور متناوب قطع و وصل می کند، به این صورت که یک کنتاکت الکتریکی از لحاظ مغناتیسی به هسته ی ترانس مرتبط شده است. بسته بودن این کنتاکت سبب عبور جریان i₁ از پیچش اولیه ی ترانس می شود. با مغناتیسی شدن هسته ی ترانس، زبانه ی کنتاکت به سمت آن کشیده شده و کنتاکت را باز می کند که این خود سبب قطع جریان و غیرمغناتیسی شدن هسته و رها شدن آن کنتاکت می شود. این امر باعث وصل مجدد جریان و تکرار چرخه ی بالا می شود. تصویر زیر متغیرهای ولتاژ و جریان را بر حسب زمان در چرخه ی کاری مدار نشان می دهد.

.

روند تغییرات زمانیِ ولتاژ و جریان طی چرخه های کاری یک قرقره ی رومکورف

.

هنگام باز شدن مدار و قطع جریان، مقدار جریان در زمان بسیار کوتاهی افت می کند و به سرعت به صفر می رسد که این امر به یک تغییر شدید در میدان مغناتیسی سیم پیچ منجر می شود. بنا به «قانون اندوکسیون» با پایین رفتن i₁ در پیچش ثانویه یک پالس با ولتاژ بالا پدید می آید (در تصویر بالا روند این ولتاژ با منحنی قرمز رنگ u₂ نمایش داده شده است). دامنه ی این ولتاژ با «نسبت دور» پیچش های اولیه و ثانویه و همچنین سرعت قطع جریان متناسب است.

برای بهینه سازی عملکرد این مدار، یک خازن با کنتاکت های «چکش واگنر» موازی بسته شده است. این مدار بندی شبیه یک شبکه ی «اسنابر» است که از یک طرف شدت ایجاد جرقه در مدار را کم می کند و از طرف دیگر به همراه اولیه ی سیم پیچ یک مدار تشدید تشکیل می دهد که دارای «فرکانس تشدید»ی برابر با فرکانس تشدید سیم پیچ ثانویه و «ظرفیت های خازنی پراکنده» ای که با آن موازی هستند، می باشد. به این ترتیب یک «ترانسفورماتور تشدید» (Resonance Transformer) ساخته شده است که انتقال بهینه ی انرژی از اولیه به ثانویه ی ترانس را امکان پذیر می سازد. به موازات منبع تغذیه یک خازن نصب می شود تا ضربه ی پالسی که بر اثر بسته شدن کلید به وجود می آید، از منبع تغذیه دور نگه داشته شود.

در تصویر زیر متغیرهای ولتاژ و جریان بر حسب زمان در چرخه ی کاری قرقره ی رومکروف با خازن دیده می شود.

.

روند تغییرات زمانیِ ولتاژ و جریان طی چرخه های کاری یک قرقره ی رومکورف دارای خازن تشدید (رزونانس)

.

چکش واگنر به علت خال زدن و سوختن کنتاکتِ آن نه برای استفاده در توان های بالا مناسب بود، و نه حتی در توان های کم، به دلیل سرعت پایین عملکرد مکانیسم آن، فرکانس کاری اش از 200 هرتز بالاتر می رفت. در توان های بالاتر وسایل دیگری مانند «چرخ صاعقه» و «کلید جیوه ای» مورد استفاده قرار داشتند، وسایلی که از مدار مغناتیسی ترانسفورماتور، یعنی از هسته ی ترانس، مجزّا بودند و فرکانس کلیدگری را به چند کیلوهرتز می رساندند. با این ترتیبات قرقره ی رومکورف در ساخت اولین تجهیزات فرستنده ی بی سیم برای انتقال اطلاعات تله گرافی مورد استفاده قرار گرفت. توسط نمونه ای از همین دستگاه تله گراف بی سیم، آخرین پیام های مورس تقاضای کمک  توسط افسر بی سیم کشتی تیتانیک مخابره شدند.

.

تصویری از اتاق مخابرات کشتی تیتانیک.

قرقره ی رومکورف در گوشه ی سمت راست میز کار دیده می شود.

.

نقشه فنی مدار فرستده-گیرنده ی بی سیم تله گرافی کشتی تیتانیک.

این دستگاه مخابراتی ساخت شرکت «مارکونی» بود.

(برای دیدن تصویر در اندازه ی بزرگ تر، روی آن کلیک کنید)

.

.    

مطالب مرتبط:

بیایید با هم جادوی مخابرات بی سیم را دوباره کشف کنیم!

«چگونه انتشار الکتریکی نیرو» کشف شد؟

.

.