أوراق عمل ومراجعة وحدة دوائر التيار المتردد فيزياء الصف الحادي عشر المتقدم - نموذج 3
دوائر التيار المتردد
دوائر المحثات والمكثفات
درسنا في الفصل السابق المولد الكهربائي AC مولد التيار المتردد
وهو التيار الذي يتغير شدته دورياً من الصفر إلى نهاية عظمى ثم يهبط إلى الصفر وذلك خلال نصف دورة ثم ينعكس اتجاه التيار وتزداد شدته من الصفر إلى نهاية عظمى ثم تقل إلى الصفر وذلك في نصف الدورة الثاني
ويتكرر التيار بنفس الكيفية كل دورة
ميزات التيار المتردد
1-يمكن رفع أو خفض القوة الدافعة للتيار المتردد حسب الحاجة وذلك باستخدام المحولات الكهربائية
2-يمكن نقل الطاقة الكهربائية المترددة من مصادر التوليجد إلى اماكن الاستهلاك عبر الأسلاك لمسافات بعيدة دون فقد كمية كبيرة من الطاقة وذلك باستخدام المحولات
3-التيار المتردد يصلح في بعض العمليات ولكنه لا يصلح في بعض العمليات الأخرى
4-يمكنة تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر
5- لكل من التيار المتردد والتيار المستمر تأثيراً حرارياً عند مرورهما في مقاومة أومية
في الشكل المجاور تصل شحنة المكثف في دائرة المحث والمكثف اقصى قيمة لها عندما تكون قيمة التيار صفراً كم يكون فرق الجهد بين لوحي المكثف عند هذه الحالة
فرق الجهد بين لوحي المكثف أقصى قيمة له عند مرور أقصى تيار
فرق الجهد بين لوحي المكثف أقصى قيمة له عندما تكون الشحنة قيمة عظمى
فرق الجهد بين ثابت بين لوحي المكثف
دائرة تيار متردد تحوي مقاومة أومية فقط عديمة الحث إذا تم زيادة تردد المصدر للضعف ماذا يحدث لكل من
القيمة العظمى لجهد المقاومة VR
القيمة العظمى للتيار ( السعة ) IR
س- دائرة تيار متردد تحوي مقاومة أومية فقط مقدارها R=250.0 كما في الشكل المجاور فإذا كان أقصى امخفاض للجهد بالمقاومة يساوي Vmax =VR=40.0 v وتردد الدائرة f=100.0 Hz أجب عما يلي :
اكتب معادلة الجهد الكهربائي كدالة مع الزمن
اكتب معادلة التيار الكهربائي كدالة مع الزمن
دائرة تيار متردد تحتوي على مقاومة اومية عديمة الحث
عند توصيل مقاومة عديمة الحث ومصدر تيار متردد فإنه يمكن أن يكون مصدر الجهد قادراً إنتاج جهد متغير مع الزمن نفترض ان مصدر القوة الدافعة الكهربائية النتغيرة مع الزمن يعطي جهداً جيبياً كدالة للزمن وبالتالي نحصل على القوة الدافعة الكهربائية
دائرة تيار متردد تحتوي على مكثف
في نصف الدورة الأول
في الربع الأول
يتم شحن المكثف حتى يصل فرق الجهد بين لوحية إلى نهاية عظمى تساوي النهاية العظمي للمصدر
في الربع الثاني :
تبدأ Vemf للمصدر في الهبوط ويكون جهد المكثف اكبر فيفرغ شحنته في المصدر حتى إذا وصلت Vemf للصفر يكون جهد المكثف وصل إيضاً للصفر
في الربع الثالث
يتم شحن المكثف كما الربع الأول ولكن بشحنات معاكسة حتى يصل فرق الجهد بين لوحيه إلى النهاية العظمى للمصدر
في الربع الرابع :
يبدأ المكثف بتفريغ شحنته كما في الربع الثاني عند انخفاض فرق الجهد للمصدر حتى يصل كل منهما إلى الصفر في نهاية النصف الثاني للدروة
الفرق في الطور بين التيار وفرق الجهد
يتغير فرق الجهد مع زاوية الطور على صورة منحنى جيبي كما في الشكل المجاور
يمكن حساب ميل المماس للمنحنى حيث
يكون هذا الميل نهاية عظمى عندما تكون قيمة v مساوية للصفر وبذلك تكون شدة التيار نهاية عظمى
2- بزيادة فرق الجهد يقل الميل تدريجياً حتى يصل إلى الصفر عندما تصل قيمة فرق الجهد إلى نهاية عظمى وبذلك تكون شدة التيار مساوية للصفر
3- عندما يقل فرق الجهد يصبح ميل المماس مقدار سالب وتصبح شدة التيار اللحظي مقداراً سالباً أيضاً
دائرة تيار متردد تحتوي على محث نقي
المحث النقي : هو ملف مقاومته الأومية صغيرة جداً يمكن أهمالها
يتم توصيل ملف حث عديم المقاومة ومصجر تيار متردد على التوالي كما في الشكل
تتغير قيمة شدة التيار بمرور الزمن فتتولد قوة دافعة كهربائية مستحثة عكسية بالحث الذاتي
دائرة محث ومكثف ومقاوم موصلى على التوالي
عندوجود دائرة كهربائية تحتوي علىى مكثف وملف حث ومقاومة اومية متصلة جميعاً على التوالي كما بالشكل المجاور
نلاحظ :
الملف الحثي : تقدم فرق الجهد على التيار بزاوية طور مقدارها 90 في ملف الحث
المقاومة الأومية : اتفاق فرق الجهد والتيار في الطور في المقاومة الأومية
المكثف : تأخر فرق الجهد على التيار بزاوية طور مقدارها 90 المكثف
دائرة الرنين
دائرة تتكون من ملف حثي غير نقي ومكثف متغير السعة
وظيفة دائرة الرنين
نقل الموجه التي يسمح لها بالمرور إلى دوائر التلفاز أو الجهاز اللاسلكي
بينما تمنع مرور الموجات الأخرى
تردد الرنين
هو التردد الذي يجعل ممانعة الدائرة أقل ما يمكن وشدة التيار قيمة عظمى
نلاحظ
عند تردد الرنين : كلما قلت المقاومة الأوميةفإن المعاوقة الكلية تقل وبالتالي القيمة القصوى للتيار تزداد ويكون اكثر وضوحاً
التردد لا يؤثر في شدة التيار ولكن المقاوم هي التي تؤثر
مرشحات التردد
المرشحات : هي دوائر كهربائية تستخدم في تمرير وانتقاء إشارات بترددات معينة
أو : هي عبارة عن دائرة كهربائية تعمل على فصل الترددات العالية عن الترددات المنخفضة
(يدعى المجال الذي نقوم فيه بتصميم المرشحات ب معالجة الإشارة ويطبق على الأشارة المسموعة أو المرئية أو البيانات
أولاً : مرشح إمرار ترددات منخفضة
وهي دائرة كهربائية تسمح بمرور الترددات المنخفضة وتمنع مرور الترددات العالية
تتكون الدائرة من مقاوم ومكثف
في هذه الحالة تكون المفاعلة السعوية للتيارات ذات الترددات المنخفضة عالية فلا يسمح لها بالمرور للأرض ولكن تمر عبر الدائرة والتيارات ذات التردد العالي تكون المفاعلة السعوية لها صغيرة فترسل إلى الأرض للتخلص منها
تتكون الدارئرة من مقاوم ومحث
في هذه الحالة تمر جميع الترددات خلال المقاوم بينما الحث يمنع مرور الترددات العالية ويسمح للترددات المنخفضة بالمرور إلى الأرض
مراجعة المفاهيم
الاستجابة الترددية لمرشح إمرار النطاق الممثل في الشكل
هي …………الاستجابة الترددية لمرشح إمرار الترددات المنخفضة والاستجابة الترددية لمرشح امرار الترددات العالية
مجموع حاصل ضرب النسبة بين الفرق بينهما
الطاقة والقدرة في دوائر التيار المتردد
عندما تكون دائرة الحث والمكثف والمقاوم RLC قيد التشغيل يحدث الآتي :
تخزن الطاقة الموجودة في المجال الكهربائي للمكثف
تخزن بعض الطاقة الموجودة في المجال المغناطيسي للمحث
تتبدد بعض الطاقة في صورة حرارة في المقاوم
لا يتغير مجموع الطاقة المخزنة في المكثف والمحث في الحالة المستقرة ولذلك فإن
الطاقة المنقولة من مصدر القوة الدافعة الكهربائية إلى الدائرة تنتقل إلى المقاوم
متوسط القدرة الفعالة : القدرة الناتجة بواسطة المولد الكهربائي وهي تساوي حاصل ضرب التيار في الجهد ولأن كل من التيار والجهد متغير تكون القدرى المرافقة للتيار المتردد متغيرة أيضاً
عامل الجودة
هو نسبة الطاقة الكلية المخزنة في النظام مقسومة على الطاقة المبددة لكل زمن دوري
عامل الجودة يميز انتقائية الدائرة فكلما ارتفعت قيمة Q زادت انتقائية الدائرة
مستقبل رادية AM
يمكن صناعة مستقبل راديو AM باستخدان دائرة توصيل محث ومكثف ومقاوم على التوالي كما في الشكل المجاور يتم فيها تزويد القوة الدافعة الكهربائية المتغيرة مع الزمن بهوائي يلتقط إرسالاً من محطة راديو بعيدة
المحولات الكهربائية
هو جهاز يستخدم لرفع أو خفض فرق الجهد في دوائر التيار المتردد AC مع فقدان القليل من الطاقة
تركيبه : ملفان معزولان كهربائيا ً عن بعضهما البعض وملفوفان حول قالب من الحديد
فكرة العمل : الحث المتبادل بين ملفين
طريقة العمل :
عند مرور التيار المتردد في الملف الابتدائي ينشأ تدفقاً متغيراً في الملف الثانوي
أنواع المحولات
1- المحول الرافع : هو نوع من المحولات يكون فيه فرق الجهد الثانوي أكبر من فرق الجهد الابتدائي
المحول الخافض : هو نوع من المحولات يكون فيه فرق الجهد الثانوي أقل من فرق الجهد الابتدائي
يعمل المحول على التيار المتردد فقط ولا يعمل على التيار المستمر علل ؟
التيار المتردد ينشأ تدفق متغير في الملف الثانوي ام التيار المستمر ينشا عنه تدفق ثابت
المقومات
تتطلب العديد من الأجهزة الألكترونية التيار المستمر بدلاً من التيار المتردد لكن العديد من المصادر الشائعة للطاقة الكهربائية توفر تياراً متردد لذا يجب تحويل هذا التيار المتردد إلى تيار مستمر لتشغيل المعدات الألكترونية
المقوم : جهاز يقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر
يستخدم الصمام الثنائي في تقويم التيار المتردد وتحويله إلى تيار مستمر في اتجاه واحد
اعتماداً على البيانات في الدائرة الكهربائية المجاورة أجب عما يلي :
احسب الشدة الفعالة للتيار الكهربائي المار في الأميتر
احسب معامل الحث الذاتي للملف النقي الذي إذا أضيف إلى الدائرة على التوالي جعلها في حالة رنين
احسب شدة التيار الفعال في الدائرة وهي في حالة الرنين