الثانوية العامة 2026الاستعلام عن النتيجةاعرف الكليات المناسبة لمجموعكتنسيق 2026

الفيزياء · الصف الثالث الثانوي

دوائر التيار المتردد

التيار المتردد وتردده والأميتر الحراري، وسلوك المقاومة والملف والمكثف في دائرة التيار المتردد، والمفاعلة الحثية والسعوية، وتوصيل الملفات والمكثفات، والمعاوقة في دوائر RL وRC وRLC، والدائرة المهتزة والرنين.

آخر تحديث: · كيف نراجع المحتوى

أهداف التعلم

  • تصف التيار المتردد وتردده وقياسه بالأميتر الحراري.
  • تحسب المفاعلة الحثية والسعوية وتحدد فرق الطور بين الجهد والتيار في كل عنصر.
  • تحسب السعة الكلية لمكثفات على التوالي أو التوازي.
  • تحسب المعاوقة وزاوية الطور في دوائر RL وRC وRLC على التوالي.
  • تفسر الدائرة المهتزة والرنين وتحسب ترددها.

شرح الدرس

التيار المتردد

هو تيار تتغير شدته دوريًا من الصفر إلى نهاية عظمى ثم تعود إلى الصفر في نصف دورة، ثم ينعكس اتجاهه ويتكرر ذلك في نصف الدورة الثاني، ويمثله منحنى جيبي. تردده عدد الذبذبات الكاملة في الثانية، وهو نفسه عدد دورات ملف المولد في الثانية (والمستخدم في المنازل 50 Hz50\ \text{Hz}). ومن مزاياه: يمكن رفع القوة الدافعة أو خفضها بالمحولات، ويمكن نقله لمسافات بعيدة بفقد قليل، ويمكن تحويله إلى مستمر؛ لكنه لا يصلح في بعض العمليات كالتحليل الكهربي والطلاء بالكهرباء. وللتيارين المتردد والمستمر تأثير حراري لا يتوقف على الاتجاه.

الأميتر الحراري: لا يصلح الأميتر ذو الملف المتحرك للمتردد لتغير شدة التيار واتجاهه المستمر، فيُستخدم التأثير الحراري. سلك رفيع من الإيريديوم–بلاتين يسخن ويتمدد بمرور التيار فيشد خيطًا حريريًا يدير بكرة بها مؤشر، ويتوقف التمدد عندما تتساوى الحرارة المتولدة والمفقودة. تدريجه غير منتظم (أقسامه أضيق كلما زاد التيار لأن الحرارة تتناسب مع مربع التيار). من عيوبه بطء حركة مؤشره وتأثره بدرجة حرارة الجو.

المقاومة الأومية

عند توصيل مقاومة عديمة الحث بمصدر متردد V=Vmaxsin⁡ωtV = V_{max}\sin\omega t يكون I=Imaxsin⁡ωtI = I_{max}\sin\omega t؛ فالجهد والتيار في الطور نفسه يصلان معًا إلى القيمة العظمى.

الملف

ينمو التيار في ملف عديم المقاومة ويتولد فيه بالحث الذاتي قوة دافعة عكسية تقاوم التغير، وبتطبيق كيرشوف الثاني V=LΔIΔtV = L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}. فيكون الجهد متقدمًا على التيار بزاوية 90∘90^\circ. والممانعة التي يلقاها التيار المتردد في الملف تسمى المفاعلة الحثية: XL=2πfLX_L = 2\pi f L تتناسب طرديًا مع التردد ومعامل الحث (وتنعدم في المستمر). فيكون I=VXLI = \dfrac{V}{X_L}. وإذا وُصلت ملفات على التوالي X=X1+X2+…X = X_1 + X_2 + \dots وعلى التوازي 1X=1X1+1X2+…\dfrac{1}{X} = \dfrac{1}{X_1} + \dfrac{1}{X_2} + \dots

المكثف

المكثف لوحان معدنيان متوازيان يفصلهما عازل، وتتناسب الشحنة مع الجهد: Q=CVQ = CV (CC السعة بالفاراد). مع المصدر المستمر يُشحن ثم يتوقف التيار. وبمصدر متردد يُشحن في نصف دورة ويُفرغ ثم يُشحن بشحنة مضادة فيمر تيار متردد في الدائرة، وتتناسب شدة التيار مع معدل تغير الجهد. فيكون التيار متقدمًا على الجهد بـ 90∘90^\circ (الجهد يتأخر عن التيار). والمفاعلة السعوية: XC=12πfCX_C = \frac{1}{2\pi f C} تتناسب عكسيًا مع التردد والسعة (وتكون لا نهائية في المستمر).

توصيل المكثفات: على التوالي تتساوى الشحنة ويكون 1C=1C1+1C2+…\dfrac{1}{C} = \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} + \dots (ولعدد NN متساوية C=C0/NC = C_0/N). وعلى التوازي يتساوى الجهد ويكون C=C1+C2+…C = C_1 + C_2 + \dots (ولعدد NN متساوية C=NC0C = NC_0).

المعاوقة

المعاوقة ZZ هي المحصلة الكلية لمقاومة الدائرة ومفاعلتها. في الدائرة على التوالي التيار واحد في جميع العناصر، أما الجهود فمختلفة الطور: جهد المقاومة مع التيار في الطور، وجهد الملف يتقدم 90∘90^\circ، وجهد المكثف يتأخر 90∘90^\circ. لذلك تُجمع الجهود اتجاهيًا (بالمتجهات) وليس جبريًا:

  • دائرة RL: Z=R2+XL2Z = \sqrt{R^2 + X_L^2} وtan⁡φ=XLR\tan\varphi = \dfrac{X_L}{R}.
  • دائرة RC: Z=R2+XC2Z = \sqrt{R^2 + X_C^2}.
  • دائرة RLC: V=VR2+(VL−VC)2V = \sqrt{V_R^2 + (V_L - V_C)^2} ومنها Z=R2+(XL−XC)2,tan⁡φ=XL−XCRZ = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2}, \qquad \tan\varphi = \frac{X_L - X_C}{R}

وحسب العلاقة بين المفاعلتين:

  1. XL>XCX_L > X_C: زاوية الطور موجبة وللدائرة خواص حثية (الجهد يتقدم على التيار).
  2. XC>XLX_C > X_L: زاوية الطور سالبة وللدائرة خواص سعوية (الجهد يتأخر).
  3. XL=XCX_L = X_C: زاوية الطور صفر وللدائرة خواص مقاومة أومية.

القدرة: لا تستهلك الدائرة قدرة في الملف ولا في المكثف؛ إذ يختزنان الطاقة في مجال مغناطيسي أو كهربي ثم يرجعانها للمصدر. وتُستهلك القدرة في المقاومة فقط: P=I2RP = I^2R.

الدائرة المهتزة

تتكون من ملف حث ومقاومة صغيرة جدًا ومكثف. يُشحن المكثف بالبطارية ثم يُوصل بالملف فيُفرغ شحنته عبره فيمر تيار ويتولد مجال مغناطيسي، أي تتحول الطاقة الكهربية إلى مغناطيسية. وعند تمام التفريغ يكون التيار أكبر ما يمكن. ثم يبدأ التيار في النقصان فتتولد قوة دافعة تُبقي التيار في الاتجاه نفسه فتشحن المكثف بقطبية معاكسة، وتعود الطاقة كهربية، ثم يتكرر ذلك. فتتبادل الطاقة بين المجالين ويمر تيار متردد. ولوجود مقاومة تتحول جزء من الطاقة إلى حرارة فتضمحل الشحنة تدريجيًا ويتوقف التفريغ ما لم تُعوَّض الشحنات. وتردد الدائرة (من تساوي XL=XCX_L = X_C): f=12πLCf = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}

الرنين

في دائرة بها مصدر متردد متغير التردد ومكثف متغير السعة وملف وأميتر حراري، يزداد التيار الفعال كلما اقترب تردد المصدر من تردد الدائرة، ويبلغ أكبر قيمة عندما يتساوى التردد (أي XL=XCX_L = X_C) فتكون Z=RZ = R فقط. ويمكن الوصول إلى الرنين بتغيير التردد أو السعة أو الحث. وتُستخدم دائرة الرنين في أجهزة الاستقبال اللاسلكي لاختيار محطة محددة بتغيير سعة المكثف حتى يتساوى تردد الدائرة مع تردد المحطة.

المعاوقة في دائرة RLC على التوالي ومنحنى الرنين حيث التيار أكبر ما يمكن عند تردد الرنين

تعريفات

  • المفاعلة الحثية: ممانعة الملف للتيار المتردد بسبب حثه الذاتي، XL=2πfLX_L = 2\pi fL.
  • المفاعلة السعوية: ممانعة المكثف للتيار المتردد بسبب سعته، XC=1/(2πfC)X_C = 1/(2\pi fC).
  • المعاوقة: مكافئ المقاومة والمفاعلة معًا في دائرة واحدة.
  • الدائرة المهتزة: دائرة تحتوي ملفًا ومكثفًا تتبادل فيها الطاقة بين مجال كهربي ومغناطيسي.
  • الرنين: يبلغ التيار أكبر قيمة عندما يتساوى تردد المصدر وتردد الدائرة.

أمثلة وتطبيقات

مثال 1: ملف حثه الذاتي 0.2 H0.2\ \text{H} بمقاومة مهملة وُصل بمصدر 220 V220\ \text{V} وتردده 50 Hz50\ \text{Hz}. احسب المفاعلة والتيار.

الحل: XL=2π×50×0.2≈62.8 ΩX_L = 2\pi \times 50 \times 0.2 \approx 62.8\ \Omega، I=22062.8≈3.5 AI = \dfrac{220}{62.8} \approx 3.5\ \text{A}.

مثال 2: مكثف سعته 50 μF50\ \mu\text{F} وُصل بمصدر 100 V100\ \text{V} وتردده 50 Hz50\ \text{Hz}. احسب المفاعلة السعوية والتيار.

الحل: XC=12π×50×50×10−6≈63.7 ΩX_C = \dfrac{1}{2\pi \times 50 \times 50 \times 10^{-6}} \approx 63.7\ \Omega، I=10063.7≈1.57 AI = \dfrac{100}{63.7} \approx 1.57\ \text{A}.

مثال 3: مكثفان 6 μF6\ \mu\text{F} و3 μF3\ \mu\text{F}. احسب السعة الكلية على التوالي ثم على التوازي.

الحل: على التوالي C=6×39=2 μFC = \dfrac{6 \times 3}{9} = 2\ \mu\text{F}، وعلى التوازي C=9 μFC = 9\ \mu\text{F}.

مثال 4 (RL): مقاومة 30 Ω30\ \Omega وملف مفاعلته 40 Ω40\ \Omega على التوالي بمصدر 100 V100\ \text{V}. احسب المعاوقة والتيار وجهد كل عنصر وزاوية الطور، وهل يجوز جمع الجهدين جبريًا؟

الحل: Z=302+402=50 ΩZ = \sqrt{30^2 + 40^2} = 50\ \Omega، I=2 AI = 2\ \text{A}. VR=60 VV_R = 60\ \text{V} وVL=80 VV_L = 80\ \text{V}. tan⁡φ=4030\tan\varphi = \dfrac{40}{30} فـ φ≈53∘\varphi \approx 53^\circ. مجموعهما الجبري 140 V140\ \text{V} أكبر من جهد المصدر، أما المجموع الاتجاهي 602+802=100 V\sqrt{60^2 + 80^2} = 100\ \text{V}، فلا يجوز الجمع الجبري.

مثال 5 (RLC): R=40 ΩR = 40\ \Omega وXL=100 ΩX_L = 100\ \Omega وXC=70 ΩX_C = 70\ \Omega على التوالي بمصدر 100 V100\ \text{V}. احسب ZZ والتيار وزاوية الطور وخواص الدائرة والقدرة المستهلكة.

الحل: Z=402+302=50 ΩZ = \sqrt{40^2 + 30^2} = 50\ \Omega، I=2 AI = 2\ \text{A}. tan⁡φ=3040\tan\varphi = \dfrac{30}{40} فـ φ≈37∘\varphi \approx 37^\circ، والدائرة حثية لأن XL>XCX_L > X_C. P=I2R=4×40=160 WP = I^2R = 4 \times 40 = 160\ \text{W} (تستهلك في المقاومة فقط).

مثال 6: جهود دائرة RLC على التوالي: VR=80 VV_R = 80\ \text{V} وVL=100 VV_L = 100\ \text{V} وVC=40 VV_C = 40\ \text{V}. احسب الجهد الكلي.

الحل: V=802+(100−40)2=6400+3600=100 VV = \sqrt{80^2 + (100 - 40)^2} = \sqrt{6400 + 3600} = 100\ \text{V}.

مثال 7 (الرنين): ملف 0.1 H0.1\ \text{H} ومكثف 10 μF10\ \mu\text{F}. أوجد تردد الرنين.

الحل: f=12π0.1×10×10−6=12π×10−3≈159 Hzf = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{0.1 \times 10 \times 10^{-6}}} = \dfrac{1}{2\pi \times 10^{-3}} \approx 159\ \text{Hz}.

ملاحظات مهمة

  • في ملف: الجهد يتقدم على التيار 90∘90^\circ، وفي مكثف: التيار يتقدم على الجهد 90∘90^\circ.
  • لا تجمع الجهود جبريًا في دوائر المتردد بل بالمتجهات.
  • عند الرنين XL=XCX_L = X_C فتكون المعاوقة أقل ما يمكن (Z=RZ = R) والتيار أكبر ما يمكن.
  • الملف لا يستهلك قدرة وكذلك المكثف؛ والاستهلاك في المقاومة فقط.
  • في المكثف: تزداد المفاعلة السعوية بنقصان التردد أو السعة، عكس الملف.

المفاهيم الأساسية

  • XL=2πfLX_L = 2\pi fL وXC=12πfCX_C = \dfrac{1}{2\pi fC}.
  • Z=R2+(XL−XC)2Z = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2} وtan⁡φ=XL−XCR\tan\varphi = \dfrac{X_L - X_C}{R}.
  • المكثفات: التوالي 1C=∑1Ci\dfrac{1}{C} = \sum\dfrac{1}{C_i}، التوازي C=∑CiC = \sum C_i.
  • تردد الدائرة المهتزة والرنين: f=12πLCf = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}.

ملخص الدرس

التيار المتردد جيبي التغير يقاس بالأميتر الحراري. في الملف يتقدم الجهد على التيار وفي المكثف يتأخر، وللملف مفاعلة حثية وللمكثف مفاعلة سعوية. وفي دائرة RLC على التوالي تُحسب المعاوقة من المقاومة والفرق بين المفاعلتين، وتبلغ أقل قيمة لها عند الرنين حين تتساوى المفاعلتان فيصير التيار أكبر ما يمكن.

أسئلة للتدريب

  1. ما فكرة عمل الأميتر الحراري ولماذا يُستخدم للتيار المتردد؟
  2. علل: لا يستهلك الملف النقي ولا المكثف النقي قدرة كهربية.
  3. ملف حثه 0.5 H0.5\ \text{H} ومقاومته 40 Ω40\ \Omega يمر به تيار تردده 50 Hz50\ \text{Hz}؛ احسب معاوقته تقريبًا.
  4. مكثفان 24 μF24\ \mu\text{F} و48 μF48\ \mu\text{F}؛ احسب السعة الكلية في حالتي التوالي والتوازي.
  5. مم تتركب دائرة الرنين المستخدمة في الاستقبال اللاسلكي وكيف تعمل؟
حلّ أسئلة هذا الدرساختبر فهمك بأسئلة اختيار من متعدد وأسئلة مقالية مع نموذج إجابة، أو خض اختبارًا تفاعليًا سريعًا
أبلغ عن خطأ في هذا الدرس