شرح وتحليل دوائر التيار المتردد _مقاومات اومية _ملفات _مكثفات _ موضحاً شرح دوائر التيار المتردد على أمثلة محلولة
دوائر التيار المتردد
تحتوي دوائر التيار المتردد عادة على:
(1) مقاومات أوميه. (2) ملفات. (3) مكثفات.
ولكل من هذه المكونات تأثير على شدة التيار المتردد وجهده.
مرحباً بكم أعزائي الزوار طلاب وطالبات في صفحة موقعنا النورس alnwrsraby.net العربي نرحب بكل زوارنا الكرام الناشطين في البحث عن الحلول والاجابات والمعلومات الصحيحة في شتى المجالات التعليمية والثقافية يسرنا بزيارتكم أن نقدم لكم الأن شرح وتحليل دوائر التيار المتردد _مقاومات اومية _ملفات _مكثفات _ موضحاً شرح دوائر التيار المتردد على أمثلة محلولة
(1) مقاومات أوميه. (2) ملفات. (3) مكثفات.
ولكل من هذه المكونات تأثير على شدة التيار المتردد وجهده.
(1) دائرة تحتوي على مقاومة أوميه عديمة الحث:
أ) عند مرور التيار في مقاومة أوميه فإنه يلاقي مقاومة تتوقف على طول السلك/ مساحة مقطعة / نوع مادته حيث (م =) أوم
ونتيجة لذَلك تفقد طاقة كهربية تظهر على شكل طاقة حرارية في السلك نتيجة المقاومة.
ب) تكون شدة التيار وفرق الجهد (ق.د. ك للمصدر) متفقين في الطور:
أي يمر منحنى كل منهما بالنهايات العظمى والصغرى في نفس الوقت وفي نفس الاتجاه فتكون لهما نفس زاوية الطور.
جـ) تتعين شدة التيار في أي لحظة من العلاقة ت = أمبير.
(2) دائرة تحتوي على مكثف:
المكثف:
أداة لتخزين الشحنات الكهربية ويستخدم في الأجهزة الإلكترونية.
حيث: سعة المكثف =
∴ سـع = فـــــاراد
وعرفنا من مميزات التيار المتردد أنهُ يمر في المكثفات بينما لا يمر التيار المستمر في المكثفات فما السبب في ذلك؟.
لــلإجـابة نقوم بالنشاط التالي:
التيار الكهربي المتردد يمر بيـن لوحي المكثف بينما لا يمر التيار المستمر
التجربة:
خطوات التجربة:
نصل الدائرة الكهربية كما بالشكل على التوالي.
أغلق الدائرة الكهربية بواسطة المفتاح نلاحظ عدم إضاءة المصباح.
استبدل البطارية السابقة بمصدر تيار متردد باستخدام محول خافض للجهد قوته الدافعة 6فولت ثم أغلق الدائرة نلاحظ إضاءة المصباح.
الاستنتــاج:
فـي حالة التيار المستمر: يمر تيار لحظي يشحن المكثف فيتكون فرق جهد بين لوحي المكثف يزداد حتى يصبح يساوي ويضاد فرق الجهد بين قطبي البطارية فينعدم مرور التيار بعد فترة قصيرة جداً لا تكفي لتسخين فتيلة المصباح حتى يضيء.
فـي حالة التيار المتردد: يمر تيار كهربي لحظي في اتجاه ما يشحن المكثف وعندما ينعكس اتجاه التيار المتردد فإن المكثف يفرغ شحنته ثم يعاد شحنه في الاتجاه المعاكس وهكذا فتستمر إضاءة المصباح لمرور تيارات الشحن والتفريغ في الدائرة الكهربية.
ملاحظة:
لا يمر التيار المستمر أو التيار المتردد خلال لوحي المكثف لوجود مادة عازلة بينهما وإنما يمر التيار من أحد لوحي المكثف إلى اللوح الآخر المتصل بالدائرة الخارجية فقط.
العلاقة بيـَّن شدة التيار وسعة المكثف
تجربــة:
نكون الدائرة الكهربية السابقة في وجود مصدر التيار المتردد.
نغلق الدائرة الكهربية بالمفتاح نلاحظ إضاءة المصباح إضاءة شديدة.
نستبدل المكثف الذي سعته 1000ميكروفاراد بمكثف آخر سعته أقل 100ميكروفاراد نلاحظ أن إضاءة المصباح تقل.
الاستنتــاج:
كلما زادت سعة المكثف فإن تيارات الشحن والتفريغ تزداد فتزداد قدرته على إمرار التيار المتردد أي تقل مقاومته.
كلما قلت سعة المكثف فإن تيارات الشحن والتفريغ تقل فتقل قدرته على إمرار التيار المتردد أي تزداد مقاومته.
المقاومة التي يبديها المكثف لمرور التيار الكهربي المتردد تسمى المفاعلة السعوية.
تفسير مرور التيار المتردد في المكثف:
عند توصيل لوحي مكثف بمصدر تيار متردد نلاحظ:
1) فـي النصف الأول من الدورة: يشحن المكثف تدريجياً حتى يصل فرق الجهد بين لوحيه إلى قيمة عظمى(جـ=جـع)أي مساوي للنهاية العظمى للقوة الدافعة للمصدر (ق.د.ك) وتكون الشحنات عليه أعلى ما يمكن فيتوقف الشحن وينعدم التيار(ت = صفر).
ثم تبدأ (ق. د. ك) للمصدر في الهبوط ويفرغ المكثف شحنته حتى تصل القوة الدافعة للصفر فيصل جهد المكثف للصفر أيضاً (ج = صفر) فيكون معدل التفريغ أي التيار أكبر ما يمكن أي قيمة عظمى (ت = ت ع).
2) فـي النصف الثاني من الدورة: يسري تيار في اتجاه معاكس ويشحن المكثف ثانية في الاتجاه المضاد حتى يصل فرق جهده إلى نهاية عظمى تساوي ق للمصدر (جـ=-جـع) فيتوقف الشحن وينعدم التيار ثم يبدأ جهده في الانخفاض ويفرغ شحنته حتى يصل التيار لقيمه عظمى (ت= - تع) عندما يكون المكثف مفرغ تماماً من الشحنات فيصبح جهده والقوة الدافعة للمصدر صفر وهكذا في كل الدورات.
أي يسمح المكثف بمرور التيار المتردد في الدائرة لحدوث عمليتي شحن وتفريغ=
علاقة الطور بين الجهد والتيار والشحنة الكهربائية في دائرة المكثف الكهربي:
عند مرور تيار متردد في دائرة تحتوي على مكثف فإن:
1) شدة التيار المتردد المار في أية لحظة تتناسب طردياً مع معدل التغير في شحنة المكثف أو جهده.
∴ جـ = جـ ع× جاز .............. (1)
2) الشحنة الكهربية على المكثف في أي لحظة زمنية تتعين من العلاقة:
ش = سـع × جـ
بالتعويض من (1) ∴ ش = سـع × جـع × جاز
3) باشتقاق طرفي المعادلة بالنسبة للزمن:
= سـع ×
∴ = سـع × جـع ×× جتاز
4) ∵ شدة التيار الكهربي اللحظي (ت) المار في الدائرة تتعين من:
∵ ت =
∴ ت = سـع × جـع× جتاز
5) تكون شدة التيار المار قيمه عظمى عندمــا:
ز= صفر ∴ جتاز = 1 ∴ ت = تع
∴ تع = سـع جـ ع
6) ∴ شدة التيار عند أي لحظة يمكن وضعها في الصورة التالية:
ت لحظية = ت ع × جتاز .............. (2)
وعند استخدام العلاقة المثلثيه فإن:
جتاز = جا (ز + )
∴ تلحظية = تع × جا (ز +)
ومن العلاقـــــــة (1)
∴ جـ لحظية = جـ ع × جاز
جـ لحظية = جـ ع × جا (ز -)
∴ جـ ع =
7) بمقارنة المعادلتين (1 ، 2) يتضح أن الجهد بين طرفي المكثف في أي لحظة دالة في جيب الزاوية (جاز) بينما شدة التيار في أي لحظة في دائرة المكثف دالة في جيب تمام الزاوية (جتاز).
∴ منحنى التيار يتقدم على منحنى الجهد بزاوية طور ثابتة قيمتها حيث (ز>1)
والشكل يوضح العلاقة البيانية للطور بين الشحنة الكهربية (ش) وفرق الجهد الكهربي بين لوحي المكثف (جـ) وشدة التيار الكهربي (ت).
ومن المنحنى يتضح أن التيار المتردد في المكثف يتقدم عن فرق جهده بزاوية طور مقدارها (90ْ أي دورة).
المفاعلة السعودية للمكثف:
تعريف المفاعلة السعويه (م سع):
هي المقاومة (الممانعة) التي يلقاها التيار الكهربي المتردد عند مروره في مكثف بسبب سعته
الفرق بين المقاومة الأوميه/المفاعلة السعوية
المقاومة الأوميه:
تقاوم مرور التيار المتردد وتستنفذ (تحول) جزء من الطاقة الكهربية على صورة طاقة حرارية.
المفاعلة السعوية:
تقاوم مرور التيار المتردد ولا تستنفذ أي جزء من الطاقة الكهربية ولكنها تخزنها في صورة مجال كهربي.
حساب المفاعلة السعوية لمكثف (م سع).
م سع = ............. (1)
تع= سع جـ ع
بالتعويض في (1) ∴ م سع =
∴ م سع=
∵ = 2 f حيث (f) التردد.
∴ مسع = أوم.
العوامل التي تتوقف عليها المفاعلة السعوية:
تردد التيار (f): (م سع) تتناسب عكسياً مع (f).
أي كلما زاد التردد قلت المفاعلة السعوية.
سعة المكثف (سع): (م سع) تتناسب عكسياً مع (سع).
أي كلما زادت سعة المكثف قلت المفاعلة السعوية والعكس صحيح.
المفاعلة السعوية الكلية لعدة مكثفات متصلة معاً:
أولاً: على التوالي
بفرض ثلاثة مكثفات سعاتها (سع1 ، سع2 ، سع3) متصلة معه على التوالي بدائرة كهربية كما بالشكل وعند مرور التيار المتردد تشحن المكثفات بشحنات متساوية (ش) كولوم فإذا كانت فروق الجهد لها على الترتيب هي جـ1 ، جـ2 ، جـ3.
∴ جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3
∵ جـ =
∴ =+ + ( = ش (+ + )
∴ = + +
ومنها نوجد المفاعلة السعوية الكلية من العلاقة: م سع ك= أوم.
ملاحظات:
تقل السعة الكلية فتزداد المفاعلة السعوية فتقل شدة التيار في حالة التوصيل على التوالي.
إذا كانت المكثفات متساوية السعة وسعة كلاً منها (سع1) وعددها (ن).
∴ سع ك = فـــــاراد
في حالة مكثفين فقط. ∴ سع ك = فـــــاراد
ثانياً: على التوازي:
بفرض توصيل المكثفات الثلاثة السابقة على التوازي بمصدر تيار كهربي متردد جهده (جـ) كما بالشكل فإن شحناتها هي ش1، ش2، ش3 على الترتيب وتكون جهودها متساوية.
∴ شك = ش1 + ش2 + ش3
∵ ش = سـع × جـ
∴ سع ك × جـ = سع1 × جـ + سع2 × جـ + سع3 × جـ
سع ك × جـ = جـ (سع1+ سع2 + سع3)
سع ك = سع1 + سع2 + سع3-
ومنها نوجد المفاعلة السعوية الكلية من العلاقة م سع ك= أوم.
ملاحظات:
تزداد السعة الكلية فتقل المفاعلة السعوية فيزداد شدة التيار.
إذا تساوت السعة. ∴ سع ك = سع1 × ن فــــــاراد
وحدات قياس السعة الكهربية لمكثف:
الفــــاراد ( F )
مللي فاراد( mF)=10-3 فــــــاراد.
ميكروفاراد(f ) = 10-6 فــــــاراد.
بيكــــوفـــــاراد = 10-12 فــــــاراد.
ملاحظات هامة لحل المسائل:
تابع باقي شرح وتحليل دوائر التيار المتردد _مقاومات اومية _ملفات _مكثفات _ موضحاً شرح دوائر التيار المتردد على أمثلة محلولة في مربع الاجابات اسفل الصفحة كالتالي