حل وحدة دوائر التيار المتردد فيزياء ثاني عشر متقدم

حل وحدة دوائر التيار المتردد فيزياء ثاني عشر متقدم فصل ثالث

دوائر التيار المتردد

في الشكل (e) أصبحت طاقة الدائرة موجودة بالكامل في المجال المغناطيسي للمكثف (المجال الكهربائي معاكس للمجال الكهربائي الأصلي ) والتيار قيمته صفر والمجال المغناطيسي في المحث تحت الصفر 

في الشكل (f) يبدأ المكثف في تفريغ الشحنة مرة أخرى وينتج تيار يتدفق في الاتجاه المعاكس للتيار الأصلي منتجاً مجال مغناطيسي في الاتجاه المعاكس في المحث 

*لن يستمر هذا التذبذب في الدائرة بشكل لا نهائي لاحتوائها على مقاومة صغيرة ويعمل المجالان المغناطيسي والكهربائي على حفظ طاقة الدائرة 

*يمكن تمثيل التغير في (الشحنة - التيالر - الطاقة الكهربائية - الطاقة المغناطيسية ) كدالة زمن 

تدريب 1: مكثف فرق الجهد الفعال بين طرفيه (80v) ويمر فيه تيار متردد شدته الفعالة (4A)وتردده (60hz)

1)احسب سعة المكثف 

2)إذا تضاعف تردد التيار ماذا يطرأ على شدة التيار في المكثف

تدريب 2:في الشكل المجاور بين مع التعليل ماذا يحدث لسطوح كل مصباح عند أنقاص تردد التيار 

………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………….

………………………………………………………………………..

تدريب3 : علل ما يلي

1)تنعدم المفاعلة الحثية للملف عندما يوصل مع البطارية 

2)يستخدم الملف في الدوائر الكهربائية كمرشح للتيارات منخفضة التردد

3)المكثف لا يسمح بمرور التيار المستمر بينما يسمح بمرور التيار المتردد؟

القوة الدافعة الكهربائية المترددة 

الجهد الذي يعطيه مصدر القوة الدافعة الكهربائية المتغيرة مع الزمن يعطى بالعلاقة :

Vemv=Vmax   Sin wt

حيث (Vmax) أقصى سعة أو قيمة القوة الدافعة الكهربائية 

أما التيار الناتج عن المصدر فيكون أيضا متغيرا مع الزمن ويسمى التيار المتردد 

حيث سعة التيار وفرق الطور بين القوة الدافعة والتيار لا يساوي الصفر 

دائرة مقاومي أوم 

معادلة فرق الجهد  VR= Vmax Sin wt =VR Sin wt

معادلة شدة التيار iR=IR  Sin wt

دائرة المكثف 

معادلة فرق الجهد   vC=Vmax Sin wt  vC =Sin wt

دائرة محدث ومكثف ومقاوم موصلة على التوالي 

في دائرة (    RLC )يمكن وصف التيار المتغير مع الزمن باستخدام متجه طوري Lm ويمثل مركبته على المحور الرأسي التيار i المتدفق في دائرة كدالة زمن 

*أن التيار والجهود عبر مكونات الدائرة مختلفة في الطور 

*نحصل على أنخفاض الجهد الكلي عبر كل المكونات من خلال 

V=vR+vC+vL

سؤال : دائرة توصيل ومكثف ومقاوم على التوالي تحتوي مقاوم (R=100) ومكثف سعته (C=0.4UF)ومحث معامل حثه (L=0.50H) ومصدر قوة دافعة كهربائية متغيرة مع الزمن يعطي جهدا مقداره (40.0V)

1)ما تردد الرنين الزاوي للدائرة 

2)ما التيار الذي سيتدفق عبر الدائرة عند تردد رنين 

سؤال مصدر تيار متردد (Vm=220V) وتردده (f=60.0HZ) موصلة في دارئرة توصيل محث ومقاوم ومكثف على التوالي وقيم المقاومة R ومعامل الحث Lوالسعة C هي 0.0400mF و (0.200H ,R  (50.0

أوجد كلا مما يلي المفاعلة الحثية    المفاعلة السعوية         مقاومة الدائرة        أقصى تيار عبر الدائرة عند هذا التردد        أقصى فرق جهد عبر كل مكون للدائرة 

سؤال : مكثف متغير مستخدم في دائرة محث ومقاوم ومكثف ينتج ترددا مقداره (5.0MHZ) عند ضبط سعته على (15pF) ماذا سيكون تردد الرنين عند زيادة السعة إلى ( pF380 )

مرشحات التردد (فلاتر التردد)

هي دوائر كهربائية تستخدم في تمرير وانتقاء أشارات بترددات معينة وتنقسم إلى :

1)مرشحات تسمح بمرور التيارات المنخفضة 

2)مرشحات تسمح بمرور التيارات العالية 

3)مرشحات النطاق تسمح بمرور الترددات ضمن نطاق محدد لا تسمح بمرور الترددات أقل من 20HZ أو أكبر من 60HZ  

أولا : مرشحات تسمح بمرور التيارات المنخفضة 

ويوجد نوعين من المرشحات :

مرشح (RC) الترددات الغير مرغوب فيها العالية يتم التخلص منها عن طريق المكثف المتصل بالأرض ويسمى بوحدة الأخراج

مرشح (RL)  الترددات الغير مرغوب فيها العالية يتم التخلص منها عن طريق المقاومة المتصلة بالأرض ويسمى بوحدة الأخراج

ثانياً :مرشحات تسمح بمرور التيارات العالية  

ويوجد نوعين من المرشحات :

مرشح (RC) الترددات الغير مرغوب فيها المنخفضة يتم التخلص منها عن طريق المقاومة المتصلة بالأرض ويسمى بوحدة الأخراج

مرشح (RL)  الترددات الغير مرغوب فيها المنخفضة يتم التخلص منها عن طريق المحث المتصل بالأرض ويسمى بوحدة الأخراج

*في الشكل مرشح لإمرار النطاق يتكون مرشح إمرار النطاق مرشح ترددات عالية متصل على التوالي بمرشح إمرار ترددات منخفضة ومن ثم يتم منع كل من الترددات المرتفعة والمنخفضة ويسمح لنطاق معين من الترددات بالمرور عبر المرشح 

تدريب : صمم مرشح إمرار ترددات عالية مكون من مقاوم ومكثف يمرر أشارة ذات تردد 5.00KHZونسبة فرق الجهدالخارج إلى الداخل فيه 0.500 وقيمة المعاوقة 1.0K عند الترددات العالية جداً

1)ما المكونات التي ستستخدمها 

2)ما طور Voutبالنسبة إلى Vin  عند التردد 5.00KHZ

تدريب : في دائرة الرنين لمكبر صوت إذا علمت أن C=10.0uf وL=10.0mH وكل كل من مكبري الصوت مقاومة قوتها R=8.00 أوجد تردد الرنين

ملاحظة مهمة قيم التيار وفرق الجهد المستخدمة في الأجهزة المنزلية وأدوات القياس هي قيم فعالة للتيار وفرق الجهد وليست قيم قصوى أو عظمى

سؤال :ما أقصى قيمة لجهد التيار المتردد حيث القيمة الفعالة له تساوي 

V110     V 220 

سؤال مجفف شعر يحمل الملصق (110V-1250W)  ما أقصى تيار في مجفف الشعر مفترضاً أنه يعمل كمقاوم ؟

تدريب : في دائرة توصيا محث ومكثف ومقاوم على التوالي مزودة بمصدر قوة دافعة كهربائية متغيرة مع الزمن تعطي جهداً فعالاً مقداره (Vrms=170v)  ومقاومة (R= 820.0) وحث (L=30.0) ومكثف سعته (C=0.290) وتعمل الدائرة في حالة رنين ما القيمة الفعالة للجهد بين طرفي المحث ؟

عامل الجودة 

هو نسبة الطاقة الكلية المخزنة في النظام مقسومة على الطاقة المبددة لكل زمن دوري 

*عامل الجودة يميز أنتقائية الدائرة فكلما ارتفعت قيمة Q زدادت أنتقائية الدائرة 

مستقبل راديو AM 

يمكن صناعة مستقبل راديو باستخدام دائرة توصيل محث ومكثف ومقاوم على التوالي حيث يتم تزويد القوة الدافعة المتغيرة بهوائي يلقط أرسالاً من محطة راديو بعيدة 

تدريب :أفترض أن (R=0.0911)  و(L=5.0) و(C=6.7nf) و (Vrms=3.5mV) 

1)احسب تردد الرنين الزاوي 

2)احسب تردد الرنين وقارن أجابتك بالشكل المجاور 

سؤال : تحتوي دائرة على مقاوم 100.0وكحث معامل حثه 0.050 ومكثف سعته 0.400ومصدر قوة دافعة كهربائية موصلة على التوالي جهدها Vrms=50.0mV أجب عما يلي 

1)أوجد التيار المار في الدائرة 

2) أوجد انخفاض الجهد عبر كل مكون في الدائرة 

3)ما مقدار القوة التي يتم سحبها من مصدر القوة الدافعة الكهربائية 

المحولات 

المحول : هو جهاز يستخدم لرفع أو خفض فرق الجهد في دوائر التيار المتردد (AC) مع فقدان القليل من الكاقة على شكل حرارة 

التركيب : ملفان معزولان كهربائيا وملفوفان حول قالب من الحديد 

الملف الابتدائي (P) يوصل مع مصدر الجهد المتردد وعدد لقاته (Np)

الملف الثانوي (S) يوصل مع الجهاز أو الحمل (R) وعدد لفاته (Ns)

فكرة العمل : الحث المتبادل بين الملفين الأبتدائي والثانوي 

طريقة العمل :عند مرور تيار متردد في الملف الأبتدائي ينشأ تدفقاً متغيراً في الملف الثانوي فيتولد قوة محركة كهربائية 

أنواع المحولات :

1)محول رافع للجهد :يكون فرق جهد الملف الثانوي أكبر من الملف الأبتدائي (خافض للتيار)

2)محول خافض للجهد:يكون فرق جهد الملف الثانوي أقل من الملف الأبتدائي (رافع للتيار)