☰ خطة العام · الفيزياء (بالعربية)

التيار المتردد والمقاومة وملف الحث

الأسبوع 12 · الفصل الرابع «دوائر التيار المتردد» (١): التيار المتردد وتردده ومميزاته والأميتر الحراري، والتيار وفرق الجهد في مقاومة أومية وفي ملف حث، والمفاعلة الحثية · 3 دروس
1

التيار المتردد وتردده والأميتر الحراري

Physics Sec 3 Term 1, Chapter 4: pp. 97–102
الهدفأستعمل التردد f والزمن الدوري T للتيار المتردد، وأذكر لماذا يُستعمل وسبب عجز الأميتر ذي الملف المتحرك عن قياسه، وأشرح عمل الأميتر الحراري.
كلمات جديدة
التردد · عدد الدورات الكاملة في الثانية، بوحدة الهرتز (Hz)الزمن الدوري · زمن الدورة الواحدة، T = 1 ÷ fالأميتر الحراري · أميتر يتحرك مؤشره بتمدد سلك يسخنه التيار
الشرح

التيار المتردد (AC) يغيّر اتجاهه بانتظام، وتتبع قيمته منحنى جيبيًّا. والتردد f هو عدد الدورات الكاملة في الثانية بوحدة الهرتز (Hz)، والزمن الدوري T = 1 ÷ f. وتردد الشبكة في مصر f = 50 Hz، فـ T = 1 ÷ 50 = 0.02 s، ويغيّر التيار اتجاهه مرتين في كل دورة، أي 100 مرة في كل ثانية. ويُستعمل التيار المتردد في شبكات الكهرباء لأن المحولات ترفع جهده وتخفضه فيصبح نقله لمسافات طويلة اقتصاديًّا، ولأنه يمكن تحويله إلى تيار مستمر (تقويمه) حين يحتاج جهاز إلى تيار مستمر، ولأن أثره الحراري لا يتوقف على اتجاه التيار. وهو غير مناسب للتحليل الكهربي ولا للطلاء الكهربي اللذين يحتاجان إلى تيار في اتجاه واحد. والأميتر ذو الملف المتحرك لا يقيس التيار المتردد: فعزم الدوران على ملفه ينعكس مع التيار 100 مرة في الثانية، فيرتعش المؤشر حول الصفر فقط. أما الأميتر الحراري فيعمل بالتسخين. إذ يسخن التيار سلكًا رفيعًا فيتمدد، ويحرك خيط يشدّه نابض المؤشر. والتسخين يتناسب مع I²، فيقرأ الجهاز القيمة الفعالة للتيار المتردد (والقيمة العادية للتيار المستمر). ومقياسه مزدحم عند الطرف الصغير، وهو بطيء، ويتغير صفره مع درجة حرارة الغرفة. ونصفه هنا بالكلمات والرسم فقط.

t (ms)I ÷ Imax10203040−110IImaxT = 20 ms
أمثلة محلولة
الكميةالقيمة
f50 Hz
T0.02 s = 20 ms
عدد الانعكاسات في الثانية100
تردد الشبكة f = 50 Hz. الزمن الدوري T = 1 ÷ 50 = 0.02 s = 20 ms. وينعكس التيار مرتين في كل دورة، أي 2 × 50 = 100 مرة كل ثانية.
ملف مولد يدور 3000 دورة في الدقيقة. فهو يدور 3000 ÷ 60 = 50 دورة في الثانية، والدورة الواحدة تعطي دورة تيار واحدة، فـ f = 50 Hz.
تيار متردد قيمته العظمى Imax = 10 A. يقرأ الأميتر الحراري في الدائرة القيمة الفعالة Ieff = 0.707 × 10 = 7.07 A لا 10 A. وتيار مستمر 7.07 A يسخّن السلك بالقدر نفسه.
نشاط الفصل

على الورق فقط. ارسم دورة كاملة من تيار متردد وعلّم عليها الزمن الدوري T. وعند f = 50 Hz علّم T = 20 ms ونصف الدورة عند 10 ms. ثم ارسم الأميتر الحراري سلكًا رفيعًا بين نقطتين ثابتتين مع خيط ونابض ومؤشر، واكتب بجانبه ما يحدث عند مرور التيار.

تدرّب
1
تيار متردد تردده f = 25 Hz. أوجد زمنه الدوري.
2
تستغرق الدورة 5 ms. أوجد التردد.
3
أميتر حراري يقرأ 3 A في دائرة تيار متردد. أوجد التيار الأعظم.
4
ما سبب عجز الأميتر ذي الملف المتحرك عن قياس تيار الشبكة ذي التردد 50 Hz؟