page contents
محاضرات المغناطيسية والتيار المتردد

محاضرة 11 مغناطيسية وتيار متردد

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

تطبيقات على دوائر التيار المتردد




الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

الرنين Resonance

عندما يكون التيار المتردد المار في دائرة RLC اكبر ما يمكن تكون الدائرة في حالة الرنين Resonance وهذا يعني ان مقاومة الدائرة للتيار اقل مايمكن.

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

وحيث أن معاوقة الدائرة Impedance تعتمد على تردد التيار المار في الدائرة.  ومن المعادلة السابقة نلاحظ ان التيار اكبر ما يمكن عندما تكون XL-XC=0. وفي هذه الحالة تكون المعاوقة تساوي المقاومة Z=R.  والتردد الذي يجعل ذلك متحقق يسمى تردد الرنين Resonance Frequency ωo.

XL-XC=0

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربيةتطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية           تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

وهذه قيمة ترد الرنين الذي يمر في دائرة الـ RLC بأقل مقاومة.  والتيار يصل إلى قيمة عظمى عند التردد wo  والذي يعتمد على قيمة سعة المكثف C والحث الذاتي للملف L.

يوضح الشكل اعلاه العلاقة بين تردد تيار المصدر المار في دائرة RLC وقيمة التيار عند مقاومات مختلفة.  نلاحظ أن القيمة العظمى للتيار تزداد كلما قلت قيمة المقاومة R ونلاحظ أيضا ان القيمة العظمى للتيار تكون عند التردد ωo وذلك لان كلا من السعة والحث الذاتي لم يتغيرا.

تستخدم دوائر الرنين في اجهزة الاستقبال مثل الراديو والتلفزيون حيث ان لكل محطة اذاعية او تلفزيونية لها تردد محدد وبجهاز الاستقبال نستقبل التردد الذي يمر في دائرة الرنين والذي تكون مقاومته له اقل ما يمكن وباقي الترددات لا تمر لان معاوقة دائرة الاستقبال لها تكون كبيرة وبتغير سعة المكثف (عن طريق ادارة الواح المكثف لتغير المساحة) يمكن التنقل بين المحطات. وبالتالي كلما كان اتساع منحني التيار والتردد اقل ما يمكن كلما كانت قدرة جهاز الاستقبال احسن لأانها سوف تفصل بين الترددات المتجاورة.  وهذا يلعب دورا في تقييم اجهزة الاستقبال وتحديد سعرها.


المرشحات الكهربية Filters circuits 

تستخدم المرشحات في الدوائر الكهربية مثل دوائر الاستقبال في الراديو للتخلص من الترددات التي قد تشوش على الاشارة المراد التقاطها وتكبيرها وتتكون المرشحات الكهربية من مقاومة ومكثف موصلين على التوالي. يمكن ترشيح الترددات العالية او الترددات المنخفضة وذلك من خلال طريق توصيل المقاومة والمكثف كما سنرى بعد قليل……

مرشح الترددات العالية العالي High-pass filter

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

توضح الدائرة الكهربية المبينة في الشكل المقابل فكرة عمل مرشح الترددات العالية High-pass filter.  حيث ان المصدر متصل مع المكثف والمقاومة على التوالي ويكون الجهد الناتج على طرفي المقاومة.

القيمة العظمى للجهد Vin تعطى بالعلاقة:

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

وقيمة الجهد الناتج على طرفي المقاومة يعطى من خلال قانون اوم

Vout = Im R

بقسمة المعادلتين نحصل على المعادلة التالية

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية




من المعادلة نلاحظ أن عند الترددات المنخفضة تكون قيمة الجهد Vout اقل بكثير من Vin وعند الترددات المرتفعة تكون قيمتي الجهد متساويتيين Vin=Vout.  وهذا يعني ان الدائرة تمرر فقط الترددات المرتفعة ولذلك سميت High-pass filter بينما الترددات المنخفضة توقف ولا تمرر.

مرشح الترددات المنخفضة Low-pass filter

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

في حالة توصيل المخرج على طرفي المكثف بدلا من المقاومة يصبح عمل المرشح هو تمرير الترددات المنخفضة وحجب الترددات العالية.

وقيمة الجهد الناتج على طرفي المكثف يعطى كالتالي:

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

بقسمة المعادلتين نحصل على المعادلة التالية

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

من المعادلة نلاحظ أن عند الترددات المنخفضة تكون قيمتي الجهد Vout و Vin متساويتين بينما عند الترددات المرتفعة قيمة الجهد Vout أقل بكثير من Vin وهذا يعني ان الدائرة تمرر فقط الترددات المنخفضة ولذلك سميت Low-pass filter بينما الترددات المرتفعة توقف ولا تمرر.

كما يمكن استخدام مقاومة وملف RL Filters للحصول على مرشح يعمل بنفس الفكرة.  كما يمكن تصميم مرشح يمرر حزمة من الترددات Band-pass filter


المحول الكهربي Transformer

تستخدم المحولات الكهربية في كافة التطبيقات اما لرفع الجهد أو خفضه حسب الحاجة.  ففي محطات توليد  الطاقة الكهربية يتم رفع فرق الجهد إلى قيم مرتفعة جدا تصل إلى 350000 فولت عند تيار كهربي صغير وذلك لتقليل الطاقة المفقودة على شكل حرارة I2R. ولتحقيق ذلك نحتاج الى المحول الكهربي الذي يقوم برفع او خفض الجهد الكهربي والتيار الكهربي دون احداث تغيير في قيمة حاصل ضرب IV.

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

يتكون المحول الكهربي Transformer مضلع معدني لنقل الفيض المغناطيسي كما في الشكل المقابل، بين ملفين يسمى الاول الملف الرئيسي Primary ويسمى الثاني بالملف الثانوي Secondary.  يتم توصيل الملف الرئيسي بالمصدر المراد رفع او خفط قيمة جهده بينما نحصل من الملف الثانوي على النتيجة.  مثل المحول المستخدم في تشغيل بعض الاجهزة الكهربية التي تحتاج الى 9 فولت فيقوم المحول بخفض قيمة الجهد من 220 فولت الى 9 فولت لتناسب تشغيل الجهاز.

بالتحكم بعدد لفات كلا من الملف الرئيسي والملف الثانوي يمكن رفع او خفض الجهد حسب النسبة بين عدد لفات الملفين كما هو موضح في المعادلات التالية:

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

ينتقل الفيض المغناطيسي من المتولد في الملف الرئيسي عبر مادة المعدن الى الملف الثانوي حيث يتولد فرق جهد يعطى من قانون فراداي على النحو التالي:

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

بتقسمة المعادلتين نحصل على

تطبيقات على دوائر التيار المتردد الرنين والمحول الكهربي والمرشحات الكهربية

عندما تكون N2 أكبر من N1 يكون فرق الجهد الناتج اكبر من فرق جهد المصدر V2>V1 وها ما يعرف بمحول رافع الجهد Step-up transformer.  بينما يحدث العكس اذا كانت N2 اقل من N1 ويكون المحول خافضا للجهد Step-down-transformer.

الوسوم

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

إغلاق