تحضير التيار المتردد المتناوب أنواع التيار الكهربائي مسائل عن التيار المتردد المتناوب مع الحل
Alternating Current
مرحباً اعزائي طلاب وطالبات العلم في موقعنا باك نت يسرنا بزيارتكم أن نقدم لكم من كتاب الطالب اللغة العربية للتعليم المتوسط و البكالوريا 2023 شرح ملخص وحل تطبيقات دروس ونصوص مقترح كما نقدم لكم الأن أعزائي الطلاب... تحضير التيار المتردد المتناوب أنواع التيار الكهربائي مسائل عن التيار المتردد المتناوب مع الحل
الإجابة هي
التيار المتردد (المتناوب)
أنواع التيار الكهربائي :
تيار مستمر (D.C): أي تيار موحد الشدة والاتجاه نحصل عليه من البطاريات.
تيار متردد (A.C): أي تيار متغير الشدة والاتجاه نحصل عليه من الدينامو.
التيـــــــــار المتـردد+
يستخدم التيار المتردد في حياتنا اليومية مثل تشغيل المصانع وإضاءة المنازل والشوارع ومشارك في التقدم الحضاري.
أنواعــه:
ينقسم حسب المنحنى الموضح للعلاقة بين ت ، ز إلى:
تيار متردد مربع.
تيار متردد مثلثي.
تيار متردد منشاري.
تيار جيبي:
التيار المتردد الجيبي:
هو أشهر التيارات المترددة لأنه يستخدم في المنازل والشوارع والمصانع.
سبب تسمية التيار المتردد بالجيبي
لأن شدته وقوته الدافعة الكهربائية واتجاهه يتغيران حسب تغير جيب زاوية الدوران (من صفر إلى 360ْ).
تعريف التيار المتردد الجيبي:
هو تيار متغير الشدة لحظياً ومتغير الاتجاه كل نصف دورة من دورات ملف مولده.
أو: هو تيار تبدأ شدته من الصفر ثم تزداد إلى نهاية عظمى ثم تهبط للصفر في نصف الدورة الأولى ثم يغير اتجاهه وتزداد شدته إلى نهاية عظمى ثم تهبط للصفر في نصف الدورة الثانية.
ويعتبر الدينامو هو مصدر التيار المتردد وأساس عمله.
تجربة لتوضيح فكرة عمل الدينامو:
التيار الكهربي المتــردد (الظاهرة الكهرومغناطيسية)
التجربة العملية (الأولى)
نكون الأدوات كما بالشكل مع وضع المغناطيس على سطح منضدة خشبية.
نحرك السلك أفقياً نشاهد عدم انحراف مؤشر الجلفانومتر دليلاً على عدم مرور تيار.
نحرك السلك بسرعة لأسفل نشاهد انحراف مؤشر الجلفانومتر في اتجاه معين.
نحرك السلك بسرعة لأعلى نشاهد مرور تيار في الاتجاه المضاد.
نوقف حركة السلك نشاهد عدم انحراف مؤشر الجلفانومتر.
الاستنتــاج:
عند حركة سلك بين قطبي مغناطيس بحيث يقطع خطوط الفيض (المجال المغناطيسي) فإنه تتولد بين طرفي السلك ق.د.ك ينتج عنها تيار تأثيري كهربي.
اتجاه التيار الـتأثيري يتحدد بقاعدة فلمنج لليد اليمنى"نجعل أصابع اليد اليمنى الثلاث متعامدة وهم الإبهام ويشير إلى اتجاه الحركة والسبابة وتشير إلى اتجاه المجال فإن الوسطى تشير إلى اتجاه التيار".
الديـــــــنــــــــامـــــــــــــــــو (المولــد الكهربــي)
الغرض منه:
جهاز لتحويل الطاقة الحركية (الميكانيكية) إلى طاقة كهربية.
استخدامه ( وظيفته ):
1) في محطات توليد الكهرباء. 2) في إنارة القرى الصغيرة. 3) في السيارات/ المصانع.
فكرة عمله (نظرية عمله):
عند دوران ملف بين قطبي مغناطيس قوي فإنه يقطع خطوط الفيض المغناطيسي وتتولد بين طرفيه قوة دافعة كهربية تأثيرية ويمكن الحصول منها على تيار تأثيري.
تركيبــه:
كما بالرسم المقابل .
شرح عمله:
عند دوران الملف من الوضع العمودي فإنه:
1) في نصف الدورة الأولى يتولد تيار في الاتجاه أ ب جـ د إلى ف2 إلى ف1
∴ ف2 قطب موجب. ف1 قطب سالب.
2) في نصف الدورة الثانية يتولد تيار في الاتجاه د جـ ب أ إلى ف1 إلى ف2.
∴ ف1 قطب موجب. ف2 قطب سالب.
3) التيار الناتج متغير الاتجاه ومتغير الشدة ولذلك يسمى تيار متردد.
حساب مقدار ق. د. ك المتولدة في ملف الدينامـو
بفرض الملف مكون من لفه واحدة (ن = 1) وعند دوران الملف عمودياً مجال مغناطيسي كثافة فيضه (ب) بسرعة زاوية منتظمة ().
∴ بعد زمن ز يقطع زاوية =ز
وتكون مركبة كثافة الفيض العمودية = ب جتاز.
بما أن الفيض العموي خلال الملف:
الفيض = مساحة الملف × مركبة كثافة الفيض العمودية على مستوى الملف
∴= س × ب جتا ز ............... (1)
تتولد قوة دافعة تأثيرية كهربية حسب قانون فاراداي:
ق = - ............... (2)
والإشارة السالبة تعني أن اتجاه ق يضاد التغير في الفيض المسبب لهُ.
بالتعويض عن () من (1) في (2)
∴ ق =
∴ ق = س × ب ×× - جاز ............... (3)
لأن تفاضل جتاز = -جاز
عندما يكون عدد لفات الملف (ن) فإن:
ق = س × ب × ن × × جازج ............... (4)
المقادير س ، ب ، ، ن مقادير ثابتة:
∴ تتغير قيمة القوة الدافعة التأثيرية بتغير (جاز)
وتصبح (ق) نهاية عظمى أي (قع) عندما جاز = 1 أي ز = 90ْ
∴ قع = س × ب × ن × ............... (5)
من (4) ، (5)
∴ القوة الدافعة في أي لحظة ق = قع × جاز ............... (6)
العوامل التي تتوقف عليها ق.د. ك التأثيرية عند أي لحظة:
*من المعادلة (4) يتضح أن العوامل هـي:
1) مساحة الملف (س): حيث ق س
أي تتناسب ق طردياً مع مساحة الملف.
2) كثافة الفيض (ب): حيث ق ب
أي تتناسب ق طردياً مع كثافة الفيض المغناطيسي.
3) عدد لفات الملف (ن) : حيث ق ن
أي تتناسب ق طردياً مع عدد لفات الملف.
4) السرعة الزاوية للملف () : حيث ق
أي تتناسب ق طردياً مع السرعة الزاوية لدوران الملف.
5) جيب الزاوية بين وضع الملف في هذه اللحظة والوضع العمودي (جاز):
حيث قجاز أي تتناسب ق طردياً مع جيب الزاوية.
التغيرات التي تطرأ على القوة الدافعة التأثيرية المتولدة في الملف خلال دورة كاملة:
(أ) عند بدء الدوران مستوى الملف عمودي على اتجاه المجال.
∴لا يقطع خطوط الفيض ولا تتولد ق تأثيرية
حيث ق = قع× جاز
∴ز= صفر
∴ جاز = صفر
∴ ق = صفر
(ب) باستمرار الدوران تزداد ق حتى يصبح مستوى الملف موازي لخطوط الفيض وذلك بعد دورة.
∴ز = 90ْ ∴ جاز = 1 ∴ ق = قع (نهاية عظمى)
(ج) باستمرار الدوران تقل ق حتى تنعدم عندما يكون مستواه عمودياً على اتجاه المجال وذلك بعد دورة.
∴ز = 180ْ ∴ جاز=1 ∴ ق = صفر.
(د) باستمرار الدوران يتغير اتجاه التيار في الملف وتزداد ق حتى تصبح نهاية عظمى وذلك بعددورة.
∴ز = 270ْ ∴ جاز=-1 ∴ ق = -قع.
(هـ) باستمرار الدوران تقل ق حتى تنعدم (دورة كاملة):
∴ز = 360ْ ∴ جاز=صفر ∴ ق = صفر
ويتكرر ذلك في كل دورة لذلك يطلق على التيار الناتج اسم التيار المتردد(A.C)
عندما يكون مستوى الملف موازي لخطوط الفيض فإن معدل القطع للخطوط يكون أكبر ما يمكن والقوة الدافعة المتولدة نهاية عظمى.
عندما يكون مستوى الملف عمودي على خطوط الفيض فإن معدل القطع يكون صفر والقوة الدافعة المتولدة صفر.
لحل المسائـل
(1) السرعة الزاوية = 2 f.
حيث :( f ) التردد وهو عدد دورات ملف: الدينامو حول محورة في الثانية الواحدة: =
(2) لحساب الزاوية () بالتقدير السيني:
فــإن: =ز = 2fزد
حيث = 180ْ بالتقدير السيني
(3) في حالة إعطاء سرعة خطية (ع):
فإن السرعة الزاوية = |
حيث نق = (م)
مثال(1):
ملف دينامو مستطيل الشكل طوله 50سم وعرضه 20سم مكون من 500لفه يدور حول محور مواز لطوله بسرعة 50دورة في الثانية في مجال مغناطيسي كثافة فيضه 0.014 تسلا احسب:
أقصى قوة دافعة نحصل عليها؟ (القوة الدافعة بعد دورة - دورة).
القوة الدافعة عندما يميل مستواه على العمودي على المجال بزاوية 530؟ (القوة الدافعة بعد دورة)
الإجابة النموذجية :
س = 50× 20× 10-4 = 10-1م2 ن = 500 = 5× 210 لـفه
f = 50 هرتز ب = 0.014 = 14 × 10-3 تسلا
(1) قع = ؟ (ز = دورة = × 360 = 590)
قع = س × ب × ن × ( قع = س × ب × ن× 2 f
قع = 10-1 × 14× 10-3× 5 × 210× 2 × × 50 ( قع = 22000× 10-2
قع = 220 فولت.
(2) ز = 30 ق لحظية = ؟ (ز = × 360 = 530)
ق = قع × جاز
ق = 220 × = 110فولت
مثال(2):
ملف دينامو مستطيل أبعاده 20، 10سم مكون من 1000 لفه يدور حول محور لطوله بسرعة 4500 دورة في دقيقة ونصف في مجال مغناطيسي كثافة فيضه 0.07 تسلا احسب: 1) النهاية العظمى للقوة الدافعة المتولدة فيه.
2) القوة الدافعة المتولدة بعد ثانية من بدء الدوران.
3) القوة الدافعة العظمى عندما يتحرك بسرعة خطية 24م/ث.
الإجابة النموذجية :
س = 20× 10× 10-4 = 2 × 10-2م2 ن = 1000 = 310 لفـه
f = = = = 50 هرتز ب = 7 × 10-2تسلا
1) قع = ؟
قع = س× ب × ن × ( قع = س × ب × ن × 2f
قع = 2 ×10-2× 7 ×10-2 ×310 × 2 × × 50
قع = 4400 × 10-1 ( قع = 440 فولت.
2) ز = ز = ؟ قلحظية = ؟
ز = 2 f ز ( ز = 2 × 180 × 50 × = 560
ق = قع × جا ز ( ق = 440 × = 220 3 فولت.
3) ع = 24م/ث = ؟ قع = ؟
== = ===480 زاوية نصف قطرية/ ثانية.
قع = س × ب × ن ×
قع = 2 × 10-2× 7× 10-2×310 × 480 = 6720× 10-1 = 672 فولت.
مصطلحات متعلقة بالتيار المتردد:
الذبذبة الكاملة (الدورة / الاهتزازة) للتيار المتردد:
هي التغير الذي يحدث للتيار المتردد أثناء دوران ملف مولده دورة كاملة.
زمن الذبذبة (الزمن الدوري ز):
هو الزمن الذي يستغرقه حدوث دورة كاملة لملف الدينامو أو حدوث ذبذبة كاملة للتيار المتردد.
التــردد ( f ):
هو عدد الذبذبات التي يعملها التيار المتردد في الثانية الواحدة، ويساوي نفس عدد دورات الملف المولد لهُ في الثانية الواحدة.
حيث: f = هيرتز (Hz)
