Medical Physics Lecture(6) - Electrical Current and Power - PDF

Collage of pharmacy Msc. Abedulkareem,..Mahdy Medical Physics Mohamed Lecture(6) jElectric Current and electrical Power j‫التيار الكهربائي...

Collage of pharmacy Msc. Abedulkareem,..Mahdy Medical Physics Mohamed Lecture(6) jElectric Current and electrical Power j‫التيار الكهربائي والطاقة الكهربائية‬ "The current" typically refers to the flow of electric charge carriers, such as electrons, through a conductor. It's measured in amperes(A) and represents the rate at which charge flows past a given point in a circuit. In a broader context, "current" can also refer to the flow or movement of anything, like air currents or ocean currents, though in the context of electricity, it most commonly refers to electrical current. ‫يشير "التيار" عادة إلى تدفق حامالت الشحنة‬ ‫ يقاس باألمبير‬.‫ عبر الموصل‬، ‫ مثل اإللكترونات‬، ‫( الكهربائية‬A) ‫ويمثل معدل تدفق الشحنة عبر نقطة‬ ‫ مثل‬، ‫ يمكن أن يشير "التيار" أيضا إلى تدفق أو حركة أي شيء‬، ‫ في سياق أوسع‬.‫معينة في دائرة كهربية‬ ‫ فإنه يشير بشكل شائع إلى‬، ‫ على الرغم من أنه في سياق الكهرباء‬، ‫التيارات الهوائية أو تيارات المحيط‬ ‫التيار الكهربائي‬. Ohm's Law;- The fundamental principle in electrical engineering and physics that describes the relationship between voltage (V), current (I), and resistance (R) in an electrical circuit. It's named after the German physicist Georg Simon Ohm, who first formulated it. ‫المبدأ‬ ‫( في الدائرة‬R) ‫( والمقاومة‬I) ‫( والتيار‬V) ‫األساسي في الهندسة الكهربائية والفيزياء الذي يصف العالقة بين الجهد‬ ‫ الذي صاغها ألول مرة‬، ‫ سميت على اسم الفيزيائي األلماني جورج سيمون أوم‬.‫الكهربائية‬ Ohm's Law states that the current through a conductor between two points is directly proportional to the voltage across the two points and inversely proportional to the resistance between them. Mathematically, Ohm's Law is expressed as: ‫ينص قانون أوم على أن التيار المار عبر‬ ‫ يعبر عن قانون‬،‫ رياضيا‬.‫موصل بين نقطتين يتناسب طرديا مع الجهد عبر النقطتين ويتناسب عكسيا مع المقاومة بينهما‬ ‫أوم على الصورة‬: 𝑉=𝐼×𝑅 Where:  V is the voltage measured across the circuit element (in volts, V), ‫هو الجهد المقاس عبر عنصر‬  ، ‫الدائرة (بالفولت‬V I is the current flowing through the circuit element (in amperes, A), ‫هو التيار المتدفق عبر‬ ‫ أ‬، ‫عنصر الدائرة الكهربية (باألمبير‬ R and is the resistance of the circuit element (in ohms, Ω). ، ‫ وهي مقاومة عنصر الدائرة (باألوم‬Ω This relationship implies that if you increase the voltage across a component in a circuit while keeping its resistance constant, the current flowing through it will increase proportionally. Conversely, if you increase the resistance while keeping the voltage constant, the current will decrease proportionally. ‫تشير هذه العالقة إلى أنه إذا قمت بزيادة الجهد عبر مكون في دائرة مع الحفاظ على مقاومته ثابتة‬ ، ‫ إذا قمت بزيادة المقاومة مع الحفاظ على الجهد ثابتا‬، ‫ على العكس من ذلك‬.‫ فإن التيار المتدفق عبره سيزداد بشكل متناسب‬، ‫فسوف ينخفض التيار بشكل متناسب‬ Ohm's Law is crucial for understanding and analyzing electrical circuits, as it allows engineers and technicians to predict how changes in voltage, current, and resistance will affect the behavior of the circuit. ‫ ألنه يسمح للمهندسين والفنيين بالتنبؤ بكيفية تأثير‬، ‫يعد قانون أوم أمرا بالغ األهمية لفهم وتحليل الدوائر الكهربائية‬ ‫التغيرات في الجهد والتيار والمقاومة على سلوك الدائرة‬ Law to find;- I= V/R Law to find;- R=V/I Direct Current (DC) ;-, This is a Current or Voltage that has a constant polarity. That is either a positive or negative value. The current that flows in a flashlight or ano ther appliance running on batteries is a direct current ‫ التيار الذي يتددفق‬.‫ هذه إما قيمة موجبة أو سالبة‬.‫هذا تيار أو جهد له قطبية ثابتة‬ ‫في مصباح يدوي أو جهاز يعمل على البطاريات هو تيار مباشر‬ DC can be generated in a number of ways:‫ يمكن إنشاء‬DC ‫بعدة طرق‬   An AC generator equipped with a device called a "Commutator" can produce direct current‫يمكن لمولد التيار المتردد المجهز بجهاز يسمى "العاكس" إنتاج تيار مباشر‬  Use of a device called a "Rectifier" that converts AC to DC "‫استخدام جهاز يسمى "المعدل‬ ‫الذي يحول التيار المتردد إلى التيار المستمر‬  Batteries provide DC, which is generated from a chemical reaction inside of the battery ‫ والذي يتم إنشاؤه من تفاعل كيميائي داخل البطارية‬، ‫توفر البطاريات التيار المستمر‬ Everything used of a battery and plugs into the wall with an AC adapter or uses a USB cable for power relies on DC ‫كل ما يستخدم من بطارية ومقابس في الحائط مع محول التيار المتردد أو‬ ‫ يستخدم كابل‬USB ‫ للطاقة يعتمد على‬DC ses a USB cable for power relies on DC.‫ يعتمد كبل‬USB ‫للطاقة على التيار‬ ‫المستمر‬ Alternating Current (AC) This is a Current or Voltage that has alternating polarity. It will have both positive and negative values in any one cycle. AC electricity mimics the mathematical sine wave ‫ كهرباء التيار‬.‫ سيكون لها قيم موجبة وسالبة في أي دورة واحدة‬.‫هذا هو التيار أو الجهد الذي له قطبية متناوبة‬ ‫المتردد تحاكي موجة جيبية رياضية‬. We often want to describe an AC waveform in mathematical terms. For this example, will use the standard sine wave. There are three parts to a sine wave: amplitude, frequency, and phase ‫ في هذا المثال‬.‫غالبا ما نريد وصف الشكل الموجي للتيار المتردد بمصطلحات رياضية‬ ‫ السعة والتردد والطور‬:‫ هناك ثالثة أجزاء للموجة الجيبية‬.‫ ستستخدم موجة جيبية قياسية‬، Looking at just voltage can describe a sine wave as the mathematical function: ‫النظر إلى الجهد فقط يمكن أن يصف موجة جيبية بأنها الدالة الرياضية‬  V (t) is our voltage as a function of time, which means that our voltage changes as time changes. V (t) ‫ مما يعني أن الجهد يتغير مع تغير الوقت‬، ‫هو الجهد كدالة للوقت‬  VP is the amplitude. This describes the maximum voltage that our sine wave can reach in either direction ‫ يصف هذا الجهد األقصى الذي يمكن أن تصل إليه الموجة الجيبية في أي من‬.‫نائب الرئيس هو السعة‬ ‫االتجاهين‬ 2π is a constant that converts the frequency from cycles (in hertz) 2π ‫هو ثابت يحول التردد‬ ‫من الدورات (بالهرتز‬  to angular frequency (radians per second). ‫إلى التردد الزاوي (راديان في الثانية‬  f describes the frequency of the sine wave. f ‫يصف تردد الموجة الجيبية‬  t is the independent variable: time (measured in seconds). t ‫ الوقت (يقاس بالثواني‬:‫هو المتغير المستقل‬  Electric power is the rate at which electrical energy is transferred by an electric circuit. It's typically measured in watts (W) and represents the amount of energy consumed or produced per unit of time. Mathematically, electric power (P) can be calculated using the formula: ‫(ويمثل كمية الطاقة المستهلكة أو‬W) ،.‫ يتم قياسه عادة بالواط‬.‫هو معدل انتقال الطاقة الكهربية بواسطة دائرة كهربية‬ ‫(باستخدام الصيغة‬P‫المنتجة لكل وحدة زمنية رياضيا يمكن حساب ) الكهربائية الطاقة‬ Law to value of power;- 𝑃=𝑉𝐼 Where:  P is the electric power in watts (W)‫( هي القدرة الكهربائية بالواط‬W  V is the voltage in volts (V) ‫( هو الجهد بالفولت‬V  I is the electric current in amperes (A) ( ‫) هو التيار الكهربي باألمبير‬ Alternatively, if resistance (𝑅) is known instead of current, the formula can also be expressed as:‫ إذا كانت المقاومة‬، ‫( بدال من ذلك‬R) ‫معروفة بدال من‬ ‫ فيمكن أيضا التعبير عن الصيغة على النحو التالي‬، ‫التيار‬: P=RV2 Or if resistance is known instead of voltage: ‫أو إذا كانت المقاومة معروفة بدال من‬ ‫الجهد‬ 𝑃= 2𝑅 Efficiency;- To find efficieny use the law Դ =P out / P inp x100% Դ = efficieny with out unit ,  P inp=the power input (W) , P out= the power oupt (W) Some appretures using measuring in elecetric circute' Multimeter: This versatile tool combines several measurement functions into one device. It can measure voltage, current, and resistance. Some advanced models may also measure capacitance, frequency, and temperature. :‫بعض المظاهر التي تستخدم القياس في المقياس المتعدد الدائري اإللكتروني‬ ‫ قد تقيس بعض الطرز المتقدمة‬.‫ يمكنه قياس الجهد والتيار والمقاومة‬.‫تجمع هذه األداة متعددة االستخدامات بين العديد من وظائف القياس في جهاز واحد‬ ‫أيضا السعة والتردد ودرجة الحرارة‬ 1. Voltmeter: Specifically measures voltage across two points in a circuit. It's used to determine the potential difference between two points. ‫ يقيس على وجه التحديد الجهد عبر نقطتين‬:‫الفولتميتر‬ ‫ يستخدم لتحديد فرق الجهد بين نقطتين‬.‫في الدائرة‬ 2. Ammeter: Measures the current flowing through a circuit. It's connected in series with the circuit and must have a very low resistance to avoid altering the circuit's behavior. ‫ إنه متصل على التوالي بالدائرة ويجب أن يكون له مقاومة‬.‫ يقيس التيار المتدفق عبر دائرة كهربية‬:‫مقياس التيار الكهربائي‬ ‫منخفضة جدا لتجنب تغيير سلوك الدائرة‬ 3. Ohmmeter: Measures resistance in a circuit. It typically employs a small known voltage or current source to determine resistance through Ohm's law (V=IR). (V = IR‫ يستخدم عادة جهدا صغيرا معروفا أو مصدر تيار لتحديد المقاومة من خالل قانون أوم‬.‫ يقيس المقاومة في الدائرة‬:‫األوميتر‬ 4. Wattmeter: Measures the electrical power consumed by a circuit. It can measure both AC and DC power. Wattmeter: ‫ يمكنه قياس‬.‫يقيس الطاقة الكهربائية التي تستهلكها الدائرة‬ ‫كل من طاقة التيار المتردد والتيار المستمر‬ 5. Oscilloscope: This instrument displays voltage signals as a waveform, allowing you to visualize how voltage changes over time. It's useful for analyzing the behavior of complex signals in circuits. ‫ مما‬، ‫ تعرض هذه األداة إشارات الجهد كشكل موجي‬:‫راسم الذبذبات‬ ‫ إنه مفيد لتحليل سلوك اإلشارات المعقدة في الدوائر الكهربية‬.‫يسمح لك بتصور كيفية تغير الجهد بمرور الوقت‬ 6. Frequency Counter: Measures the frequency of an electrical signal. It's often used in conjunction with other instruments like oscilloscopes. ‫ يقيس تردد اإلشارة‬:‫عداد التردد‬ ‫ غالبا ما يستخدم جنبا إلى جنب مع أدوات أخرى مثل الذبذبات‬.‫الكهربائية‬ 7. Power Quality Analyzer: This instrument measures various parameters related to the quality of electrical power, including voltage fluctuations, harmonics, and power factor. ‫ بما في ذلك تقلبات الجهد والتوافقيات وعامل‬، ‫ يقيس هذا الجهاز المعلمات المختلفة المتعلقة بجودة الطاقة الكهربائية‬:‫محلل جودة الطاقة‬ ‫القدرة‬  These instruments are essential for troubleshooting, testing, and analyzing electrical circuits in various ‫هذه األدوات ضرورية الستكشاف‬ ‫األخطاء وإصالحها واختبارها وتحليلها الدوائر الكهربائية في مختلف‬ capacitior- (Transistors) (Resistors) (Diodes) (Inductors) (Fuses) (Crystal Oscillators) (Sensors) (Integrated Circuit Electrocardiogram (E.C.G) An electrocardiogram (ECG) is a quick, simple and painless procedure in which the electrical heartbeat is amplified and recorded.This record, also known as an ECG, provides information about ‫ مخطط كهربية القلب هو إجراء سريع وبسيط وغير مؤلم يتم فيه تضخيم ضربات‬ECG) ‫( معلومات حول‬ECG ‫ المعروف أيضا باسم‬، ‫ يوفر هذا السجل‬.‫ القلب الكهربائية وتسجيلها‬، The part of the heart that triggers each heartbeat (pacemaker called the sinoatrial or sinus node) Nerve conduction pathways of the heart ‫جزء القلب الذي يحفز كل نبضة قلب (جهاز‬ ‫تنظيم ضربات القلب يسمى العقدة الجيبية األذينية أو العقدة الجيبية) مسارات التوصيل العصبي للقلب‬  TENS Device ;- Electrical Impulses : The TENS device generates electrical impulses, usually in the form of a continuous or pulsed waveform, depending on the settings selected by the user. Electrical nerve stimulation devices, also known as TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation) devices, work by delivering electrical impulses to nerves via electrodes placed on the skin. These devices are commonly used for pain relief and muscle stimulation. Here's how they typically work:‫ يولد جهاز‬TENS ‫نبضات‬ ‫ تعمل أجهزة تحفيز األعصاب الكهربائية والمعروفة‬.‫ اعتمادا على اإلعدادات التي يحددها المستخدم‬، ‫ عادة في شكل موجة مستمرة أو نابضة‬، ‫كهربائية‬ ‫التحفيز الكهربائي لألعصاب عبر الجلد) عن طريق توصيل نبضات كهربائية إلى األعصاب عبر أقطاب كهربائية موضوعة‬TENS ‫أيضا باسم أجهزة‬، ‫ إليك كيفية عملها عادة‬.‫ تستخدم هذه األجهزة عادة لتخفيف اآلالم وتحفيز العضالت‬.‫على الجلد‬  Electrode Placement: Electrodes are placed on the skin near the area of pain or where muscle stimulation is desired. These electrodes are connected to the TENS device via wires. ‫ يتم وضع األقطاب الكهربائية على‬:‫وضع القطب الكهربائي‬ ‫ يتم توصيل هذه األقطاب الكهربائية بجهاز‬.‫ الجلد بالقرب من منطقة األلم أو حيث يكون تحفيز العضالت مطلوبا‬TENS ‫عبر‬ ‫األسالك‬ Nerve Stimulation: The electrical impulses travel through the electrodes and into the skin, where they stimulate the nerves underneath. These impulses can interfere with or block the transmission of pain signals to the brain, thereby reducing the perception of pain. ‫ تنتقل النبضات الكهربائية عبر‬:‫تحفيز األعصاب‬ ‫ يمكن أن تتداخل هذه النبضات مع أو تمنع انتقال إشارات األلم إلى الدماغ‬.‫ حيث تحفز األعصاب تحتها‬، ‫األقطاب الكهربائية إلى الجلد‬ ‫ مما يقلل من إدراك األلم‬،. Pain Relief: By modulating the transmission of pain signals, TENS devices can provide temporary relief from various types of pain, such as chronic pain, acute pain, or pain associated with muscle tension. ‫ من خالل تعديل‬:‫تخفيف اآلالم‬ ‫ يمكن ألجهزة‬، ‫ انتقال إشارات األلم‬TENS ‫ مثل األلم المزمن أو األلم الحاد أو األلم‬، ‫توفير راحة مؤقتة من أنواع مختلفة من األلم‬ ‫المرتبط بتوتر العضالت‬ Muscle Stimulation : In addition to pain relief, TENS devices can also be used to stimulate muscles. The electrical impulses cause muscles to contract and relax, which can help improve blood circulation, ‫تحفيز‬ ‫ يمكن أيضا استخدام أجهزة‬، ‫ باإلضافة إلى تخفيف اآلالم‬: ‫ العضالت‬TENS ‫ تتسبب النبضات الكهربائية في‬.‫لتحفيز العضالت‬ ‫ مما قد يساعد في تحسين الدورة الدموية‬، ‫انقباض العضالت واسترخائها‬