الفيزياء – دوائر التيار المتردد للصف الثالث الثانوى 2016

المنحنى الجيبى خلال دورة كاملة

التيار المتردد  هو تيار تتغير شدته دورياً من الصفر للنهاية العظمى ثم تهبط للصفر وذلك من خلال نصف دورة وتزداد شدته من الصفر إلى نهاية عظمى ثم تقل للصفر وذلك فى نصف الدورة الثانى ويتكرر التيار بنفس الكيفية كل دورة .

تردد التيار  : هو عدد الذبذبات ( الدورات الكاملة ) التى يعملها التيار المتردد فى الثانية الواحدة وهى نفسها عدد دورات الملف فى الثانية الواحدة .

تردد التيار المستخدم فى مصر 50 HZ  

مميزات التيار المتردد :

1- يمكن رفع أو خفض القوة الدافعة للتيار المتردد حسب الحاجة وذلك باستخدام المحولات الكهربية

2- يمكن نقل الطاقة الكهربية المتولدة من مصادر التوليد و الانتاج لأماكن التوزيع و الاستهلاك

دون فقد كبير نسبياً

3- التيار المتردد يصلح فى بعض العمليات ولكنه لا يصلح فى عمليات أخرى كالتحليل الكهربى والطلاء بالكهرباء

4- يمكن تحويل التيار المتردد الى تيار مستمر

5- لكل من التيار المتردد و التيار المستمر تأثيراً حرارياً عند مرورهما فى مقاومة أومية حيث أن التأثير الحرارى لا يتوقف على اتجاه التيار .

مقارنة بين التيار المتردد والتيار المستمر

الاميتر الحرارى ( الأميتر ذو السلك الساخن  Hot wire ammeter )

 لا يصلح الأميتر ذو الملف المتحرك لقياس شدة التيار المتردد لتغير شدته و اتجاهه باستمرار لان الاميتر العادى تعتمد فكرة عمله على ثبات شدة و اتجاه المجال المغناطيسى لذلك يستخدم التأثير الحرارى لقياس شدته .

التركيب و العمل :

يتركب الاميتر الحرارى كما بالشكل من سلك رفيع مشدود بين مسمارين A,B وهو مصنوع من سبيكة الايريديوم و البلاتين حتى يسخن ويتمدد بمقدار محسوس عند مرور التيار الكهربى فيه و مثبت عند منتصفه طرف خيط حرير يمر فى لفه واحدة حول بكره S و يشد بواسطة زنبرك مثبت فى الجدار و مشدود دائماً والبكرة عليها مؤشر يتحرك على تدريج غير منتظم لقياس شدة التيار  . ويوصل سلك الايريديوم البلاتينى على التوازى بمقاومة R تستخدم كمجزئ للتيار .

عمل الاميتر الحرارى :

1-   يدمج الاميتر الحرارى على التوالى فى الدائرة المراد قياس شدة التيار فيها

2-   عند مرور التيار فى السلك يسخن ويتمدد و يرتخى فيشده خيط الحرير فتدور البكرة و المؤشر الذى يتحرك على التدريج ثم

3-    يثبت المؤشر عندما تثبت درجة حرارة سلك الايريديوم البلاتينى و يقف تمدده ويحدث ذلك عندما تتساوى كمية الحرارة المتولدة فيه مع المفقودة منه

4-   يدل التدريج الذى يثبت عنده طرف المؤشر على القيمة الفعالة لشدة التيار المتردد .

كيفية تدريج الأميتر الحرارى

ويدرج الأميتر الحرارى بمقارنته بالأميتر ذو الملف المتحرك عندما يوصلان على التوالى ويمر فيها تيار مستمر , مع ملاحظة ان تدريج الأميتر الحرارى غير منتظم و أقسامه ليست متساوية بل يزداد اتساعها كلما زادت شدة التيار لآن كمية الحرارة المتولدة فى السلك تتناسب طردياً مع I²

عيوب الاميتر الحرارى :

1- يتحرك مؤشرة ببطء حتى يثبت كما انه يعود للصفر ببطء بعد قطع التيار عنه .

2- يتأثر سلك الايريدوم البلاتينى على درجة حرارة الجو ارتفاعاً وانخفاضاً ويسبب ذلك خطأ فى دلالة الأميتر ( خطأ صفرى ) وللتغلب على هذا العيب يشد السلك على لوحة من مادة لها نفس معامل تمدد السلك مع عزله عنها .

• مقارنة بين الأميتر الحراري والأميتر ذو الملف المتحرك:

سؤال : علل : لا يستخدم الجلفانومتر ذو الملف المتحرك لقياس شدة التيار المتردد    

الإجابة : لأن عمله يعتمد على ثبوت اتجاه وشدة المجال المغناطيسي ( المتولد من التيار الكهربي المستمر فقط ) ولكن التيار المتردد يولد مجال مغناطيسي تتغير شدته واتجاهه على حسب تردده وهذا يسبب تذبذب مؤشر الجلفانومتر حول صفر التدريج ( عندما يكون التردد ضعيفا ) وتذبذب مؤشره حول موضع سكونه

( صفر التدريج ) لحظيا ثم يقف المؤشر بفعل القصور الذاتي عند نقطة الصفر ( عندما يكون التيار عالي التردد )    

دوائر التيار المتردد ( AC)

(1)      التيار المتردد وفرق الجهد المتردد فى مقاومة أومية عديمة الحث :

فى الدائرة المقابلة :

عند غلق الدائرة :  يكون فرق الجهد على طرفى المقاومة

حيث أن V هى القيمة اللحظية لفرق الجهد , V_maxالقيمة العظمى له , t  هى زاوية الطور .

وبمقارنة المعادلتين (1) , (2)   نجد أن كل من V,I فى مقاومة عديمة الحث لهما نفس الطول .

لذلك ينمو التيار و الجهد إلى أن يصلا إلى القيمة العظمى فى أن واحد .

(2) التيار المتردد وفرق الجهد المتردد فى دائرة ملف حث عديم المقاومة :

يمثل الشكل دائرة تيار متردد تتكون من مصدر للتيار ومفتاح وملف حث                           عديم المقاومة موصلة على التوالى .

عند غلق الدائرة    ينمو التيار تدريجياً من صفر إلى نهاية عظمى بمعدل    .

-L     و بالتالى تتولد بالحث الذاتى قوة كهربية مستحثة عكسية مقدارها

وحيث أن I تتغير مع زاوية الطور على صورة منحنى جيبى كما بالشكل المقابل

فان تمثل ميل المماسو يكوننهاية عظمى عندما تكون زاوية الطور مساوية صفراً  . ويقل بالتدريج حتى يصل للصفر عندما تصل I الى نهاية عظمى وعندما تقل شدة التيار ليصبح الميل  مقداراً سالباً وهكذا ليصبح شكل المنحنى V كما هو موضح بالشكل

ويتضح من الشكل أن V يكون متقدماً فى الطور على التيار بزاوية 90  ويمثل كل من V و I بالمتجهات الموضحة

المفاعلة الحثية : X_L 

هى الممانعة التى يلقاها التيار المتردد فى الملف بسبب حثه الذاتى

                                                        f  L X_L = 2

و  شدة التيار ( I) =

ملحوظة هامة

المفاعلة الحثية للتيار المتردد فى عدد من ملفات متصلة معاً

1- لو الملفات متصلة معاً على التوالى :

X_L =X_L1 + X_L2 + X_L3

إذا كانت المفاعلات الحثية متساوية

X_L  = n X_L1

 
  2- لو الملفات تتصل معاً على التوازى : 

مثال : ملف حثه الذاتى 700 m H    مهمل المقاومة وصل بمصدر متردد قوته الدافعة 200 V وتردده 50 Hz أحسب شدة التيار المار فى الملف .

[url=http://cairodar.youm7.com/flashes/PDFfiles/fzeaa altear elmtarded.pdf] لتحميل الدرس بصيغة PDF اضغط هنا..[/url]