المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الفيزياء

الفصل الأول - التيار الكهربي وقانون أوم وقانونا كيرشوف

0/36

الفصل الثاني - التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي وأجهزة القياس

0/32

الفصل الثالث - الحث الكهرومغناطيسي

0/45

الفصل الرابع - دوائر التيار المتردد

0/23

الفصل الخامس - ازدواجية الموجة والجسيم

0/31

الفصل السادس - الأطياف الذرية والأشعة السينية

0/17

الفصل السابع - الليزر وتطبيقاته

0/17

الفصل الثامن - الإلكترونيات الحديثة

0/25

دروس إضافية

0/145
نص الدرس

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي

الفيزياء

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي

مقدمة

مقدمة

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 1 / 16
مقدمة الدرس

مقدمة الدرس

  • التيار المتردد هو تيار تتغير شدته واتجاهه بصورة دورية مع الزمن، ويُمثل بيانياً بمنحنى جيبي.
  • تتغير شدة التيار والقوة الدافعة الكهربية المرتبطة به في الشدة والاتجاه تبعاً لقانون الجيب خلال دورة كاملة للزاوية من 0 إلى 360°.
  • يُعرف تردد التيار المتردد بعدد الذبذبات (الدورات الكاملة) التي يعملها التيار في الثانية الواحدة، ويبلغ تردد التيار المستخدم في مصر 50 هرتز.
  • ويمكن رفع أو خفض القوة الدافعة للتيار المتردد باستخدام المحولات الكهربية، مما يتيح نقل الطاقة الكهربية عبر الأسلاك لمسافات بعيدة دون فقد كبير نسبياً.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 2 / 16
المفاهيم والمصطلحات الأساسية

المفاهيم والمصطلحات الأساسية

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 3 / 16
المفاهيم والمصطلحات العلمية الأساسية:

المفاهيم والمصطلحات العلمية الأساسية:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
التيار المترددبمنحنى جيبيتتغيرشدتهواتجاههبصورة
تردد التيار المتردد
  • عدد الذبذبات (الدورات الكاملة) التي يعملها التيار في الثانية الواحدة
  • وهو نفس عدد دورات ملف الدينامو في الثانية
—الذبذباتالدوراتالكاملةيعملها
القيمة الفعالة للتيار
  • قيمة التيار الموحد الاتجاه الذي يولد في المقاومة نفس معدل الحرارة الناتج عن التيار المتردد
  • وتساوي 0.707 من النهاية العظمى
—التيارالموحدالاتجاهيولد
المفاعلة الحثية
  • الممانعة التي يلقاها التيار المتردد في الملف بسبب حثه الذاتي
  • وتتناسب مع تردد التيار ومعامل الحث الذاتي للملف
—الممانعةيلقاهاالتيارالمتردد
المفاعلة السعوية
  • الممانعة التي يلقاها التيار المتردد في المكثف
  • وتتناسب عكسياً مع تردد التيار وسعة المكثف
—الممانعةيلقاهاالتيارالمتردد
المعاوقة
  • المحصلة الكلية للمفاعلة والمقاومة معاً في الدائرة
  • ويرمز لها بالرمز Z
—المحصلةالكليةللمفاعلةوالمقاومة
دائرة الرنين←، دائرة تحتوي على مكثف وملف حث، وتكون شدة التيار فيها أكبر ما يمكن عندما يتفق تردد المصدر مع تردد الدائرة.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 4 / 16
الشرح والتفصيل العلمي الشامل

الشرح والتفصيل العلمي الشامل

  1. يتغير التيار المتردد وفرق الجهد المتردد تبعاً لقانون الجيب
  2. ويُعطى كل منهما لحظياً بالعلاقة:
  • فرق الجهد اللحظي V = Vmax sin(ωt + θ)، حيث θ زاوية الطور عند تلك اللحظة.
  • شدة التيار اللحظية I = Imax sin ωt
  • حيث ω = 2πf، وf هو تردد التيار.
  • القيمة المتوسطة للتيار المتردد خلال دورة كاملة تساوي الصفر، لأن شدته تتغير من الموجب إلى السالب.
  • ومع ذلك تُستهلك الطاقة الكهربية في المقاومة في صورة طاقة حرارية، ويتناسب معدل الطاقة المستهلكة طردياً مع مربع شدة التيار.
  • لذلك يُستخدم التيار الفعال بدلاً من النهاية العظمى، وهو التيار الموحد الاتجاه الذي يولد في المقاومة نفس معدل الحرارة.
  • وتكون القيمة الفعالة للتيار أو للقوة الدافعة مساوية لـ 0.707 من نهايتها العظمى:

I = 0.707 Imax

V = 0.707 Vmax

  • ومن القيمة الفعالة يمكن إيجاد النهاية العظمى بقسمتها على 0.707.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 5 / 16
الشرح التفصيلي لمحاور الدرس:

الشرح التفصيلي لمحاور الدرس:

أولاً←المقاومة الأومية
  • فرق الجهد والتيار عبر المقاومة الأومية عديمة الحث في طور واحد، فينموان معاً ويصلان إلى القيمة العظمى في آن واحد.
  • ثانياً ملف الحث الذاتي
  • عند غلق الدائرة ينمو التيار تدريجياً من الصفر، فتتولد بالحث الذاتي قوة دافعة مستحثة عكسية تقاوم التغير في شدة التيار، ويساوي ترددها تردد المصدر، واتجاهها معاكس لاتجاه القوة الدافعة للمصدر.
  • يتقدم فرق الجهد عبر الملف في الطور عن التيار بزاوية 90°.
  • المفاعلة الحثية للملف XL = 2πfL، فهي تتناسب مع تردد التيار ومعامل الحث الذاتي للملف.
  • ثالثاً المكثف
  • المكثف يسمح بمرور التيار المتردد في الدائرة، فهو يُشحن في نصف الدورة الأول ثم يُفرغ، ثم يُشحن في نصف الدورة الثاني بشحنة مضادة.
  • شدة التيار تتناسب طردياً مع معدل التغير في الشحنة، فيتقدم التيار في الطور على فرق الجهد بزاوية 90°، أي أن فرق الجهد عبر المكثف يتأخر عن التيار بزاوية 90°.
  • المفاعلة السعوية XC = 1 / (2πfC).
  • عند توصيل مكثفات على التوالي تكون الشحنة متساوية على كل منها، وتتجمع فروق الجهد بينها. وعند التوازي يكون فرق الجهد بين لوحي كل منها متساوياً، وتجمع السعات: C = C1 + C2 + C3.
  • رابعاً الدائرة المتصلة على التوالي
  • شدة التيار واحدة في جميع مكونات الدائرة، بينما تُجمع فروق الجهد متجهياً لا جبرياً.
  • المعاوقة Z = √(R2 + (XL − XC)2)، وزاوية الطور: tan φ = (XL − XC) / R.
  • إذا كانت XL أكبر من XC تكون زاوية الطور موجبة وتكون للدائرة خواص حثية، وإذا كانت XC أكبر من XL تكون زاوية الطور سالبة وتكون للدائرة خواص سعوية، وإذا تساوت المفاعلتان تكون زاوية الطور صفراً وتكون للدائرة خواص مقاومة أومية، ويكون الجهد والتيار في طور واحد.
  • لا يستهلك الملف والمكثف قدرة كهربية، لأنهما يخزنان الطاقة ثم يعيدانها إلى الدائرة، والقدرة المستهلكة تكون بسبب المقاومة الأومية فقط.
  • خامساً الرنين
  • يحدث الرنين عندما تتساوى المفاعلة الحثية للملف مع المفاعلة السعوية للمكثف، فتكون شدة التيار أكبر ما يمكن.
  • يُحسب تردد دائرة الرنين من العلاقة f = 1 / (2π√(LC)).
  • يمكن الوصول إلى حالة الرنين بتغيير تردد المصدر أو سعة المكثف أو عدد لفات الملف.
  • بسبب المقاومة الأومية في الملف والأسلاك، يتحول جزء من الطاقة تدريجياً إلى حرارة، فتقل شدة التيار في الدائرة المهتزة مع الزمن.
  • سادساً قياس شدة التيار المتردد
  • لا يصلح الأميتر ذو الملف المتحرك لقياس شدة التيار المتردد، لأن شدته واتجاهه يتغيران باستمرار.
  • يُستخدم الأميتر الحراري، وهو يعتمد على تمدد سلك رفيع من سبيكة الإيريديوم والبلاتين عند مرور التيار؛ فيرتخي السلك فيشده خيط حرير مثبت بزنبرك، فتدور بكرة يتحرك عليها المؤشر حتى يثبت عندما تتساوى الحرارة المتولدة مع الحرارة المفقودة.
  • تدل قراءة المؤشر على القيمة الفعالة للتيار المتردد، ويُوصل مع السلك مقاومة تستخدم كمجزئ للتيار.
  • تُعاير تدريجات الأميتر الحراري بمقارنتها بالأميتر ذي الملف المتحرك في دائرة تيار مستمر. وتكون أقسام التدريج غير متساوية، إذ تزداد المسافة بينها كلما زادت قيمة التيار، لأن كمية الحرارة تتناسب طردياً مع مربع شدة التيار.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 6 / 16
المقارنات وخريطة المفاهيم الجوهرية

المقارنات وخريطة المفاهيم الجوهرية

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 7 / 16
الملخص وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة

الملخص وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة

  1. يوضح هذا الدرس أن التيار المتردد تتغير شدته واتجاهه دورياً
  2. وأن خواص الدائرة التي تحتوي على مقاومة وملف ومكثف تتحدد بالمعاوقة وزاوية الطور
  3. وأن الرنين يحدث عند تساوي المفاعلتين الحثية والسعوية.
  • التيار المتردد في مصر تردده 50 هرتز.
  • القيمة الفعالة للتيار تساوي 0.707 من النهاية العظمى.
  • في المقاومة الأومية يكون الجهد والتيار في طور واحد.
  • في الملف يتقدم الجهد على التيار بزاوية 90°، وتكون المفاعلة الحثية XL = 2πfL.
  • في المكثف يتأخر الجهد عن التيار بزاوية 90°، وتكون المفاعلة السعوية XC = 1 / (2πfC).
  • المعاوقة Z = √(R2 + (XL − XC)2).
  • الرنين يحدث عند f = 1 / (2π√(LC)).
  • القدرة المستهلكة في الدائرة سببها المقاومة الأومية فقط.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 8 / 16
الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية:

الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
التيار المترددبمنحنى جيبيتتغيرشدتهواتجاههدوريا
المقاومة الأوميةالجهد والتيار في طور واحد—الجهدوالتيارواحد
ملف الحث
  • الجهد يتقدم عن التيار بزاوية 90°
  • ويقاوم التغير في التيار بالحث الذاتي
—الجهديتقدمالتياربزاوية
المكثف
  • الجهد يتأخر عن التيار بزاوية 90°
  • ويسمح بمرور التيار المتردد بالشحن والتفريغ
—الجهديتأخرالتياربزاوية
المعاوقة
  • محصلة المقاومة والمفاعلة
  • وتُجمع فروق الجهد فيها متجهياً لا جبرياً
—محصلةالمقاومةوالمفاعلةفروق
الرنين
  • تساوي المفاعلتين يعطي أكبر شدة للتيار
  • ويُستخدم في أجهزة الاستقبال اللاسلكي لاختيار المحطة
—تساويالمفاعلتينيعطيأكبر
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 9 / 16
جداول المقارنة:

جداول المقارنة:

وجه المقارنة المقاومة الأومية ملف الحث المكثف
العلاقة بين الجهد والتيار في طور واحد الجهد يتقدم بزاوية 90° الجهد يتأخر بزاوية 90°
الممانعة المقاومة R المفاعلة الحثية XL = 2πfL المفاعلة السعوية XC = 1 / (2πfC)
تأثير التردد غير مذكور في المصدر تتناسب طردياً مع التردد تتناسب عكسياً مع التردد
استهلاك القدرة تستهلك قدرة كهربية لا تستهلك قدرة، وتخزن الطاقة في مجال مغناطيسي لا تستهلك قدرة، وتخزن الطاقة في مجال كهربي
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 10 / 16
أمثلة ومسائل محلولة بالخطوات

أمثلة ومسائل محلولة بالخطوات

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 11 / 16
التطبيقات والمسائل المحلولة:

التطبيقات والمسائل المحلولة:

  • مثال 1 ملف حث ومقاومة متصلان على التوالي
  • إذا كانت القوة الدافعة الكهربية للمصدر 80 فولت، وكان فرق الجهد عبر المقاومة 64 فولت وعبر الملف 48 فولت، فإن:
  • المجموع الجبري لفرقي الجهد يساوي 112 فولت، وهو أكبر من القوة الدافعة للمصدر، لذلك لا تُجمع فروق الجهد جبرياً.
  • المجموع المتجهي V = √(642 + 482) = √(4096 + 2304) = √6400 = 80 فولت، وهو يساوي القوة الدافعة للمصدر.
  • مثال 2 مقاومة وملف ومكثف متصلة على التوالي
  • فرق الجهد عبر الملف 80 فولت، وعبر المقاومة 40 فولت، وعبر المكثف 50 فولت، والقيمة الفعالة للتيار 2 أمبير.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الجهد الكليV = √(402 + (80 − 50)2) = √(1600 + 900) = 50 فولت1600فولت
زاوية الطور
  • tan φ = (80 − 50) / 40 = 3/4
  • ومنها φ = 37°
ومنها
•
  • بما أن فرق الجهد عبر الملف أكبر من فرق الجهد عبر المكثف
  • تكون الدائرة ذات خواص حثية
الجهدالملفأكبرالمكثف
المعاوقةZ = V / I = 50 / 2 = 25 أوم
المقاومة الأوميةR = VR / I = 40 / 2 = 20 أوم
القدرة المستهلكةP = I2 R = 22 × 20 = 80 واط
مثال 3مكثفات متصلة على التوازيمكثفاتمتصلةالتوازي
•
  • ثلاث مكثفات سعاتها 20 و80 و40 ميكروفاراد
  • متصلة على التوازي مع مصدر قوته الدافعة 100 فولت وتردده 50 هرتز
ثلاثمكثفاتسعاتهاميكروفاراد
السعة الكليةC = (20 + 80 + 40) × 10-6 = 1.4 × 10-4 فاراد.
شدة التيارI = 2πfCV = 2 × (22/7) × 50 × 1.4 × 10-4 × 100 = 4.4 أمبير.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 12 / 16
التطبيقات الحياتية والتكنولوجية:

التطبيقات الحياتية والتكنولوجية:

  • نقل الطاقة الكهربية المترددة من مصادر التوليد إلى أماكن الاستهلاك عبر الأسلاك لمسافات بعيدة دون فقد كبير نسبياً، باستخدام المحولات الكهربية لرفع أو خفض القوة الدافعة.
  • تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر بعملية التقويم، وهو ما يُستخدم في شاحن الهاتف المحمول.
  • قياس شدة التيار المتردد بالأميتر الحراري الذي يعتمد على التأثير الحراري للتيار.
  • دائرة الرنين في أجهزة الاستقبال اللاسلكي، حيث تسمح بمرور التيار الذي يتفق تردده مع تردد الدائرة فقط، ويُختار بذلك إذاعة المحطة المطلوبة بتغيير سعة المكثف أو عدد لفات الملف.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 13 / 16
تريكات الامتحان وكبسولة التفوق الوزاري

تريكات الامتحان وكبسولة التفوق الوزاري

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 14 / 16
كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:

كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:

ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 15 / 16
دليل استفسارات وأسئلة الطلاب الشائعة: الدرس 1 – دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي

دليل استفسارات وأسئلة الطلاب الشائعة: الدرس 1 – دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي

  • أسئلة شائعة تساعد على مراجعة أهم نقاط الدرس.
  • س1 ما العلاقة بين تردد التيار المتردد وعدد دورات ملف الدينامو في الثانية؟
  • ج: هما متساويان، فتردد التيار هو عدد الذبذبات الكاملة في الثانية، وهو نفس عدد دورات ملف الدينامو في الثانية.
  • س2 لماذا لا يصلح الأميتر ذو الملف المتحرك لقياس شدة التيار المتردد؟
  • ج: لأن شدة التيار المتردد واتجاهه يتغيران باستمرار، بينما يعتمد عمل ذلك الأميتر على ثبوت شدة واتجاه المجال المغناطيسي المؤثر على ملفه حتى يستقر المؤشر.
  • س3 هل يستهلك الملف والمكثف قدرة كهربية في دائرة التيار المتردد؟
  • ج: لا، لأنهما يخزنان الطاقة ثم يعيدانها إلى الدائرة، فالملف يخزنها في صورة مجال مغناطيسي والمكثف في صورة مجال كهربي، والقدرة المستهلكة تكون بسبب المقاومة الأومية فقط.
  • س4 لماذا لا تُجمع فروق الجهد في دائرة تحتوي على ملف ومقاومة جبرياً؟
  • ج: لأن الجهد عبر الملف يتقدم في الطور بزاوية 90° عن الجهد عبر المقاومة، لذلك تُجمع متجهياً بحساب الجذر التربيعي لمجموع مربعيهما.
  • س5 متى تكون شدة التيار في دائرة الرنين أكبر ما يمكن؟
  • ج: عندما تتساوى المفاعلة الحثية للملف مع المفاعلة السعوية للمكثف، أي عندما يتفق تردد المصدر مع تردد الدائرة.
  • س6 ما المقصود بالقيمة الفعالة للتيار وكيف ترتبط بالنهاية العظمى؟
  • ج: هي قيمة التيار الموحد الاتجاه الذي يولد في المقاومة نفس معدل الحرارة الناتج عن التيار المتردد، وتساوي 0.707 من النهاية العظمى للتيار.
  • س7 هل يصلح التيار المتردد في التحليل الكهربي والطلاء بالكهرباء؟
  • ج: لا، فهذه العمليات لا يصلح فيها التيار المتردد، ويُستخدم فيها تيار موحد الاتجاه.
ملخص الدرس 1: دوائر التيار المتردد والمعاوقة والرنين الكهربي · 16 / 16