Week 10 · Chapter 3 (C): the sine wave of a generator and its frequency (50 Hz at home), the effective value (0.707 of the maximum), rectification and the DC generator (split-ring commutator), the transformer (turns, voltage and current ratios, step-up and step-down) · 3 lessons
2
من التيار المتردد إلى المستمر: مقوم التيار
Physics Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 73–79
الهدفأشرح كيف تجعل الحلقة المشقوقة (المقوم) التيار الخارجي في اتجاه واحد ولماذا يظل نابضًا.
كلمات جديدة
مقوم التيار (الحلقة المشقوقة) · حلقة واحدة مشقوقة إلى نصفين يتصل كل منهما بأحد طرفي الملف؛ وتلامسها الفرشاتان وتنتقلان من نصف إلى الآخرتيار مستمر نابض · تيار يسري دائمًا في اتجاه واحد لكنه يزداد ويقل ويصل إلى الصفر مرتين في كل لفةمولد التيار المستمر · مولد استُبدلت بحلقتيه حلقة مشقوقة
الشرح
في مولد التيار المتردد يتصل كل طرف من طرفي الملف بحلقته الخاصة، فينعكس التيار في الدائرة الخارجية كل نصف لفة. وفي مولد التيار المستمر تُستبدل بالحلقتين حلقة واحدة مشقوقة إلى نصفين هي المقوم، ويتصل كل نصف بأحد طرفي الملف. وتبقى الفرشاتان ثابتتين. وعندما يمر مستوى الملف بالوضع العمودي على المجال تكون القوة الدافعة في الملف صفرًا وعلى وشك أن تنعكس؛ وفي اللحظة نفسها تنتقل كل فرشاة من نصف الحلقة إلى النصف الآخر. فينعكس الاتصال بالخارج أيضًا، ويسري التيار في الدائرة الخارجية دائمًا في اتجاه واحد. ومع ذلك فهو غير ثابت: يرتفع إلى قمة ثم يهبط إلى الصفر مرتين في كل لفة، فالمنحنى سلسلة من التلال. واستعمال ملفات كثيرة بينها زوايا مع عدد كبير من القطع في المقوم يجعل التلال تتداخل فيصبح التيار قريبًا من الثابت.
أمثلة محلولة
الدوران
مستوى الملف
القوة الدافعة للملف
التيار الخارجي مع الحلقتين
التيار الخارجي مع المقوم
0°
عمودي على المجال
0
0
0
90°
موازٍ للمجال
عظمى في اتجاه
في اتجاه
الاتجاه أ
180°
عمودي على المجال
0
0
0
270°
موازٍ للمجال
عظمى في الاتجاه الآخر
في الاتجاه الآخر
الاتجاه أ مرة أخرى
يتتبع الجدول ملفًا واحدًا خلال لفة. الصف الأول والثالث هما اللحظتان اللتان تغير فيهما الفرشاتان نصفي الحلقة.
ملف يدور بمعدل 20 لفة في الثانية. مع الحلقتين يكون تردد التيار f = 20 Hz. ومع المقوم لا ينعكس التيار أبدًا لكن فيه تلين في كل لفة، أي 20 × 2 = 40 تلًّا في الثانية.
نموذج مبسط لملفين متعامدين يؤخذ الخرج منهما دائمًا من الملف ذي القوة الدافعة الأكبر: يتغير الخرج بين 0.707 من القمة والقمة. وبقمة 10 V يظل بين 10 × 0.707 = 7.07 V و10 V ولا يصل إلى الصفر أبدًا.
نشاط الفصل
تدريب على الورق. ارسم المقوم دائرة مشقوقة إلى نصفين تلامسها الفرشاتان من جهتين متقابلتين. ثم ارسمه مرة أخرى بعد نصف لفة. عيّن أي طرف للملف تلامسه كل فرشاة في الرسمين، وتأكد أن اتجاه التيار الخارجي لم يتغير.
تدرّب
1
ملف يدور بمعدل 30 لفة في الثانية. أوجد تردد القوة الدافعة مع الحلقتين وعدد التلال في الثانية مع المقوم.
مع الحلقتين: f = 30 Hz. ومع المقوم: 30 × 2 = 60 تلًّا في الثانية.
2
ملف مزود بمقوم يدور بمعدل 600 لفة في الدقيقة. كم تلًّا يوجد في الثانية؟
600 ÷ 60 = 10 لفات في الثانية؛ 10 × 2 = 20 تلًّا في الثانية.
3
في أي وضع للملف تنتقل الفرشاتان من نصف المقوم إلى النصف الآخر، وكم تكون القوة الدافعة حينئذ؟
عندما يكون مستوى الملف عموديًا على المجال؛ وتكون القوة الدافعة للملف حينئذ صفرًا.
4
في النموذج المبسط للملفين في الدرس تكون القمة 12 V. بين أي قيمتين يتغير الخرج؟