أوراق عمل ومراجعة وحدة دوائر التيار المتردد فيزياء الصف الحادي عشر المتقدم - نموذج 1
أوراق عمل ومراجعة وحدة دوائر التيار المتردد
دوائر المحثات والمكثفات LC
دائرة تتكون من مسار واحد تحوي محث ( ملف حثي) ومكثف
معامل الحث الذاتي للملف
سعة المكثف
الطاقة المختزنة في المجال الكهربائي لمكثف سعته C
الطاقة المختزنة في المجال المغناطيسي لمحث معامل حثه L
عمل دوائر التيار المتردد
دراسة الدوائر التي يتذبذب فيها التيار باستمرار من مصدر قوة دافعة كهربائية متغيرة مع الزمن
مصدر للقوة الدافعة الكهربائية المتغيرة مع الزمن تعطيه بالعلاقة التالية وهو تغيرها كدالة جيبة للزمن
Vemf=Vmax sin (wt)
ستغير التيار المستحث تبعاً للقوة الدافعة المستحثة وبالتالي سوف يتغير التيار مع الزمن لذلك يطلق عليه تيار متردد ومعادلة التيار المتردد
i=Isin (wt-Q)
دوائر التيار المتردد
سوف ندرس دوائر لمصدر تيار متردد تحوي مقاومة اومية ومكثف ومحث نقي
الدائرة تكون في مسار واحد فقط والمصدر قوة دافعة كهربائية متغيرة مع الزمن
المتجه الطوري : هو متجه يدور عكس عقارب الساعة ويكون ذيله عند نقطة الاصل
يمثل اسقاطه على المحرو الرأسي التغير الجيبي لكمية معينة في الزمن
السرعة الزاوية للمتجهات الطورية هي W
أولاً : دائرة تيار متردد تحوي مقاوم اومي فقط
تتكون من مصدر قوة دافعة مستحثة متغيرة ( تيار متردد ) ومقاومة أومية فقط
عند تطبيق قانون كيرشوف للمسارات فإن Vemf-VR=0
للحصول على معادلة الجهد كدالة للزمن
VR=Vmax sin (wt)=VR sin (wt)
تمرين 1
دائرة تيار متردد تحوي مقاومة أومية فقط إذا تم زيادة تردد المصدر للضعف ماذا يحدث لكل من
القيمة العظمى لجهد المقاومة VR
……………………………………………………………….
القيمة العظمى للتيار ( السعة ) IR
……………………………………………………………….
تمرين 2 :
الشكل المجاور يبين ثلاث متجهات طورية تدور عكس عقار ب الساعة مع الزمن حدد قيمة المتجه الطوري في هذه اللحظة من الأكبر إلى الأصغر
……………………………………………………
……………………………………………………
ثانياً : دائرة تيار متردد تحوي مكثف فقط ( دائرة المكثف )
تتكون من مصدر قوة دافعة مستحثة متغيرة ( تيار متردد) ومكثف فقط
عند تطبيق قانون كيرشوف للمسارات فإن Vemf-Vc=0
للحصول على معادلة الجهد كدالة للزمن
VC=Vmax sin (wt)=VC sin (wt)
المفاعلة المستوية Xc تمثل المقاومة التي يبديها المكثف للتيار الكهربائي مقدراها يساوي Xc=1/wC
تمرين :
دائرة تيار متردد تحوي مكثف متصل مع مصدر تيار متردد تردده 60 Hz فإذا كانت سعة المكثف 8.0 ومقدار القيمة العظمى Vc=150v
أجب عما يلي :
أحسب المفاعلة السعوية للمكثف
…………………………………………………..
احسب القيمة العظمى لشدة التيار المار بالدائرة
……………………………………………….
إذا تضاعف التردد كم يصبح كل من المفاعلة السعوية والتيار الأعظم المار بالدائرة
……………………………………………..
ثالثاً دائرة تيار متردد تحوي ملف حثي فقط ( دائرة محث نقي )
تتكون من مصدر قوة دافعة مستحثة متغيرة ( تيار متردد ) ومحث نقي فقط
عند تطبيق قانون كيرشوف للمسارات فإن Vemf-Vl=0
للحصول على معادلة الجهد كدالة للزمن
VL=Vmax sin (wt)=VL sin (wt)
المفاعلة الحثية : XL تمثل المقاومة التي يبديها المحث للتيار الكهربائي مقدراها يساوي XL=WL
تمرين :
دائرة تيار متردد تحوي محث معامل حثه الذاتي L=230mH متصل مع مصدر تيار متردد تردده 60 Hz ومقدار القيمة العظمى للجهد يساوي Vmax=Vl=36V
أجب عما يلي :
أكتب معادلة الجهد للمحث بدلالة الزمن
……………………………………….
اكتب معادلة التيار بدائرة المحث بدلالة الزمن
………………………………………………..
تمرين : دائرة كهربائية تحوي مقاومة أومية ومحث نقي ومكثف متصلة على التوازي مع مصدر تيار متردد تردده f ومتصل مع كل منها مصباح كما بالشكل المجاور فإذا زاد تردد مصدر التيار المتردد
ماذا يحدث لإضاءه كل مصباح مع التنفس بالمعادلات
…………………………………………………………..
مرشحات التردد :
مرشح إمرار ترددات منخفضة
دائرة كهربائية تعمل على إمرار الترددات المنخفضة ومنع مرور الترددات المرتفعة
تتكون دائرة من مقاوم ومكثف (شكل a )
بحيث يكون الممانعة السعوية للتيارات المنخفضة عالية فلا يمررها المكثف إلى الأرض وأنما تمر عبر الدائرة والتيارات ذات التردد العالي تكون الممانعة السعوية لها قليلة فترسل إلى الأرض للتخلص منها
تتكون دائرة من مقاوم ومحث (شكل b )
النحث تكون ممانعته للتيارات ذات الترددات المنخفضة قليلة فيسمح بمرور التيارات المنخفضة التردد ويمنع مرور التيارات العالية التردد
مرشح إمرار ترددات مرتفعة
دائرة كهربائية تعمل على إمرار الترددات المرتفعة ومنع مرور الترددات المنخفضة
تتكون دائرة من مقاوم ومكثف (شكل a)
بحيث تكون الممانعة السعوية للتيارات ذات الترددات العالية منخفض فيمررها المكثف إلى الدائرة ويمنع مرور التيارات ذات الترددات المنخفضة
تتكون دائرة من مقاوم ومحث (شكل b )
بحيث يكون الممانعة الحثية للتيارات ذات الترددات المرتفعة عالية فلا يمررها المحث إلى الأرض وأنما تمر عبر الدائرة والتيارات ذات التردد المنخفض تكون الممانعة الحثية لها قليلة فترسل إلى الأرض لتخلص منها
مرشح امرار النطاق :
مكون مرشح إمرار ترددات عالية متصل على التوالي مع مرشح ترددات منخفضة ومن ثم يمنع إمرار الترددات العالية والمنخفضة الغير مرغوبة ويسمح لنطاق ضيق من الترددات بالمرور عبر المرشح
الطاقة والقدرة في دوائر التيار المتردد
الدائرة التي تتكون من RLC تخزن بعض الطاقة الموجودة بالدائرة في ثلاثة أماكن
في المجال الكهربائي بالمكثف
في المجال المغناطيسي بالمحث
تبدد قدرة من الطاقة على شكل حرارة في المقاوم
في الحالة المستقرة : لا يتغير مجموع الطاقة في المكثف والمحث
الطاقة المنقولة من مصدر القوة الدافعة المستحثة إلى الدائرة تنتقل إلى المقاوم فقط
تمرين :
في الدائرة الموضحة بالشكل المجاور إذا كان V1 =150V V2=250Vأجب عما يلي
فرق الجهد بين طرفي المقاومة الأومية الصرفة
……………………………………………
الشدة الفعالة للتيار المار في الدائرة
………………………………………………