دوائر التيار المتردد

أهداف الدرس ومخرجات التعلم

أن يشرح الطالب تركيب وفكرة عمل الأميتر الحراري وعيوبه ومعايرته وتدريجه غير المنتظم.
أن يستنتج العلاقات الطورية بين الجهد والتيار في المقاومة الأومية النقية، الملف الحثي، والمكثف.
أن يحسب المعاوقة الكلية Z وزاوية الطور θ ومعامل القدرة في دوائر RL و RC و RLC.
أن يحدد شروط حالة الرنين الكهربي (Resonance) وفكرة عمل الدائرة المهتزة ودائرة التوليف في الراديو.

1. الأميتر الحراري (Hot-Wire Ammeter)

يعتمد عمل الأميتر الحراري على التأثير الحراري للتيار الكهربي (P = I² R)، ويستخدم لقياس كل من القيمة الفعالة للتيار المتردد وشدة التيار المستمر.
وتتباعد أقسام تدريجه كلما زادت شدة التيار لأن زاوية الانحراف تتناسب طردياً مع مربع شدة التيار: θ ∝ I².

الشكل (1): التركيب التفصيلي للأميتر الحراري (سلك البلاتين والإيريديوم، خيط الحرير، البكرة، ومجزئ التيار)

2. العلاقات الطورية في المقاومة والملف والمكثف

في المقاومة الأومية النقية يتفق فرق الجهد والتيار في الطور (θ = 0°).
في ملف الحث النقي يسبق فرق الجهد V_L شدة التيار I بزاوية 90° (المفاعلة الحثية X_L = 2π f L).
في المكثف النقي يسبق التيار I فرق الجهد V_C بزاوية 90° (المفاعلة السعوية X_C = 1 / (2π f C)).

مقارنة العلاقات الطورية — الشكل (2): مقارنة المتجهات الطورية وسلوك تخزين واستهلاك الطاقة في R و L و C

3. دائرة RLC على التوالي ومثلث المعاوقة

تحسب المعاوقة الكلية للدائرة من مثلث فيثاغورس: Z = √(R² + (X_L – X_C)²)، وزاوية الطور: tan(θ) = (X_L – X_C) / R.
وتسلك الدائرة سلوكاً حثياً إذا كانت X_L > X_C، أو سلوكاً سعوياً إذا كانت X_C > X_L.

دائرة RLC ومثلث المعاوقة — الشكل (3): توصيل دائرة RLC على التوالي ومخطط مثلث المعاوقة الكلية Z وزاوية الطور θ

4. حالة الرنين والدائرة المهتزة

تتحقق حالة الرنين عندما تتساوى المفاعلة الحثية مع المفاعلة السعوية (X_L = X_C)، فتصبح المعاوقة أقل ما يمكن وتساوي المقاومة الأومية (Z_min = R)، ويمر بالدائرة أقصى تيار ممكن: I_max = V / R، وتردد الرنين: f₀ = 1 / (2π √(LC)).
وتستخدم الدائرة المهتزة في الإرسال اللاسلكي ودائرة الرنين في الاستقبال التوليفي لاختيار المحطات الإذاعية.

منحنيات تردد الرنين والدائرة المهتزة — الشكل (4): منحنيات المعاوقة والتيار في حالة الرنين f₀ وتركيب الدائرة المهتزة (LC)

📻 ⚡ 📝

بنك الأسئلة التفاعلي المصور للدرس الرابع (50 سؤالاً)

بنك أسئلة تدريبي تخصصي يضم 50 سؤال اختيار من متعدد، يغطي بالكامل الأميتر الحراري، دوائر R و L و C و RL و RC و RLC، حالة الرنين، الدائرة المهتزة، ودائرة التوليف اللاسلكي مع الرسوم الهندسية وحسابات المعاوقة الدقيقة.

ابدأ حل بنك أسئلة دوائر التيار المتردد والرنين الآن