التذبذبات الميكانيكية القسرية
TRANSCRIPT
258
:3 الوحدة IIالمجال
Üa@paŒanèýaÕóî‹@
:ري لنواس ثقليقسالهتزاز ال ا-1ف -أ زة على جسيمة نقول عن : تعري ة، مهت ة بواسطة قوة خارجي زازات المحدث ة (االهت ) جمل
.رياقس اهتزازاخاضعة لقوة مرنة أنها تهتز ):النواس المرآب( الدراسة الديناميكية-ب
، L وطوله mقضيب آتلته نفرض نواسا مرآبا مكون من ة ه آتل اف إلي د Mتض ى بع ور موضوعة عل ن مح م
عن وضع توازنها ثم تترك 0θتزاح الجملة بزاوية . الدوران
طرف القضيب مغمور في بدون سرعة إبتدائية، مع العلم أن حوض ماء الذي يعمل على إخماد حرآة النواس لذلك سنقوم
. ثابتةاهتزازهبتغذيته بواسطة قوة مهتزة تجعل سعة :م القوى التاليةو يخضع النواس أثناء حرآته إلى عز-
LM : عزم قوة الثقل • ( P ) g ( m M ) sinθ2∆ = +
M ): االحتكاك(عزم القوة المخمدة • ( F ) - λ v L∆ =
0 :ريةقسعزم القوة ال • fM ( F ) M cosω t∆ 0 :حيث = fF F cosω t=
: وبتطبيق قانون نيوتن الثاني في حالة الحرآة الدورانية-
∆ i ∆ ∆ ∆i
LM ( F ) = J θ -g(m +M )sinθ - λ v L + M ( F ) = J θ2⇔∑
v: وحيث أن L θ= ، )صغيرة :rad (sinθ θ
2 : فإن LJ θ λ L θ g ( m M )θ M ( F )2∆ ∆+ + + =
) : وبالتالي ) ( )2 M Fλ L g Lθ 2 θ m M θ2 J J 2 J∆
∆ ∆ ∆
⎛ ⎞+ + + =⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠
) :بفرض )220
λ L g Lγ ، ω m M2 J J 2∆ ∆= = +
) :فإن )20
M ( F )θ 2 γ θ ω θ . . . 1J∆
∆+ + بطرف ثانII معادلة تفاضلية من الدرجة =
L0θ
O
M
m
259
:يعطى بالعبارة) 1(إن حل المعادلة
( ) ( ) ( ) ( )γ t0 0 fθ t A e sin ω t α θ sin ω t φ ... 2−= + + −
يؤول إلى الصفر بعد مدة من الزمن وعند ذلك يمكن تجاهله في الحل ) 2(إن الحد األول من الحل .ويسمى عادة الحل االنتقالي) 2() :إلى الشكل) 2(ؤول الحل ي ) ( )0 fθ t θ sin ω t φ . . . . (3)= −
. للقوة المطبقةfωفالنواس يرغم على االهتزاز بالنبض
): حيث )0 2 2 2 2 2f 0 f
M ( F ) / Jθ . . . 4(ω ω ) 4 γ ω
∆ ∆=− +
، ( )2 2f 0
0
ω ωtagφ ... 52 γ ω−
=
fω بل له سعة ثابتة ونبضاري للنواس المرآب ليس متخامدقساز التشير إلى أن االهتز) 3(إن المعادلة .مساوي لنبض القوة المطبقة، فالقوة المطبقة تقدم الطاقة الالزمة للمحافظة على االهتزازات
: الدراسة التحليلية-جـ)إن دراسة بيان الدالة )0 fθ f ω= من أجل
ـ قي اة ل ة معط ي λم ل ف ى الممث يعطي المنحنة عظمى من زاز نهاي الشكل الجانبي لسعة االهت
:حيث aω مساو fωأجل
2 20f a 0
f
dθ 0 ω ω ω 2 γdω = ⇒ = = −
λعدم التخامد، عندما ينننيالروهي الحالة الموافقة لحالة التجاوب أو زداد =0 فإن التجاوب ي
f: بروزا أي أن a 0 ω ω ω= ).تجاوب حاد (=
:رية الكهربائيةقس االهتزازات ال-2مولد قوة محرآة ري في دارة آهربائية عندما يوضع في دارة آهربائية قس اهتزازينتج : تعريف-أ
)آهربائية متناوبة ) 0 fu t U sinω t=
:آما هو موضح في الشكل وبتطبيق قانون أوم بين طرفي مولدC L 0 fR i V V U sinω t= + +
C :وبما أن LQ dQdiV ، V L ، iC dt dt= − = − =
0: فإن fd iQR i L U sinω tC dt= − − :وباشتقاق طرفي المعادلة بالنسبة للزمن نجد +
2
0 f f2d i dQ d i1R L U ω cosω td t C dt d t
+ + =
fω
0θ
1ω 2ω 3ω 0ω
∆20 ∆
M ( F )ω J
1λ2λ
3λ
0λ
CL
R0 fU sinω t∼
260
: ومنه2
0 f f2d i di 1L R i U ω cosω td t Cd t
+ + :والتي يمكن آتابتها بالشكل =
2 0 ff2
U ωd i diR 1 i cosω tL dt L C Ldt+ + 2: ويوضع =
0R 1γ ، ω2 L LC= =
:نجد2 2
0 0 f f2 d i di2 γ ω i U ω' cosω t dtdt+ + ': حيث = f
fωω = L
هي من المرتبة الثانية بطرف ثانإن حل هذه المعادلة التفاضلية والتي
): هو ) ( )0 fi t I sin ω t φ= ): حيث − )00 2 2
f f
UI A( ω L 1 / ω C ) R
=− +
:وتكتب z يسمى ممانعة الدارة ونرمز له بالرمز0Iإن المقدار الذي يظهر في مقام العبارة
2 2f
f1z ( ω L ) Rω C= − +
fونسمي المقدار f1ω L ω C− السماحية Xز لها بالرمزم للدارة ونرXوتكتب :
( )ff1X ω L Ωω C= ) : وفي األخير نضع − )2 2z X R Ω= +
: بين التيار والقوة المحرآة الكهربائية المطبقة نحصل عليه آما يليφوفرق الصفحة
f
f
1ω L ω CXtagφ R R
−= =
: تكون الدارة سعوية إذا آان فعل الوشيعة أقل من فعل المكثفة أي- C L f
f1z z ω Lω C> ⇒ >
f)النبض الخاص ( 01ω ω
L C⇒ < φ: والذي من أجله سيكون = φ، ومنه>0 0− >
.وفي هذه الحالة يكون التيار متقدم على التوتر الذي يطبقه المولد الكهربائي : أيالوشيعةأقل من فعل المكثفة عل إذا آان فحثية تكون الدارة - L C f
f1z z L ω ω C> ⇒ >
2) النبض الخاص (f 0
1ω ωL C
⇒ < φ:والذي من أجله سيكون = φ، ومنه<0 0− <
.ولد الكهربائي على التوتر الذي يطبقه المأخروفي هذه الحالة يكون التيار مت :ن أي أنيإذا آان فعل الوشيعة والمكثفة متساوي) تجاوب (رنين تكون الدارة في حالة-
L C ff1z = z ω Lω C⇒ f) النبض الخاص (= 0
1ω ωLC
⇒ = والذي =
tag: من أجله سيكون φ 0 φ 0= ⇒ =
261
. التوتر الذي يطبقه المولد الكهربائيمع في الصفحةفي توافق وفي هذه الحالة يكون التيار
C حالة تجاوب L( Z = Z C الدارة سعوية ( L( Z > Z C الدارة حثية ( L( Z < Z )
:ليلية الدراسة التح-بلتيار مستمر إذا مر في ناقل أومي أحدث effI تسمى الشدة الفعالة للتيار المتناوب الجيبي الشدة -
0: خالل نفس المدة الزمنية، ظهور نفس الكمية من الطاقة الحراريةeff
II2
=
0 : المقدارeffU نسمي التوتر الفعال بين طرفي ناقل أومي- 0eff eff
R I UU R .I2 2
= = =
نتحصل على المنحنى fω بداللة RLC في دارة effI إذا رسمنا المنحنى الذي يمثل تغيرات-
.ما سبق بمنحنى الرنين أو التجاوبالممثل في الشكل الجانبي الذي نسميه آ : من البيان نالحظ أن-
( )eff eff f 0max1I I ω ωLC
= ⇒ = =
): وبالتالي ) effeff max
UI R=
في حالة التجاوب ينتج في الدارة توترات - عالية بين طرفي العناصر الكهربائية وأآبر من
، نسمي معامل جودة الدارة » في هذه الحالة يمكن للمكثفة أن تتلف « RLCالتوتر المطبق على الجملة
)النسبة )eff
eff
U CU
) :ونكتب Q في حالة التجاوب ونرمز له بالرمز )eff
eff
U CQ =
U
): حيث ) ( ) ( )eff C eff eff L eff eff effU C I , U L I , U R R I= = =Z Z )): الرنين(هذه الحالة وفي ) ( )eff effU RLC U R=
0 : إذن0
L ω1Q R C ω R= =
2: نسمي المقدار 1∆ω ω ω= 0ω: العصابة النافذة والتي تعطى بالعبارة− R∆ω Q L= =
0ωQ: وفي هذه الحالة يكون ∆ω=
RR
R
ZZZ0U
0I0I
0I 0U0U
cZcZ
cZ LZLZ
LZ
φ=0- φ>0- φ<0
fω
effI
1 R
2 R 3 R
R 0
0ω
fωfωfω
+++
262
مارينالت : األولتمرين ال .
Cمكثفة سعتها : يتكون ثنائي قطب من عنصرين مرآبين على التسلسل 5 µ F= ووشيعة ذاتيتها L ومقاومتها r. يبيا قيمته الفعالةنطبق بين طرفيه توترا جUوتواتره f. نعاين على شاشة و
)راسم االهتزاز المهبطي التوترين ) ( )Cu t u tفنحصل على الرسم التذبذبي التاليو ،:
effU عين آال من-1 fالة والقيمة الفعو( )effU C. 2: الحساسية األفقيةms/cm
Y2 :2v/cm: الحساسية الشاقولية . الفعالة لشدة التيارeffI القيمة استنتج
) طور 'φ عين -2 )u t ـ ) بالنسبة ل )Cu t Y1 :7v/cm
)طور φ استنتجو )u t ـ ) بالنسبة ل )i tالمار في الدارة .
. للوشيعةr قيمة ذاتية الوشيعة والمقاومة استنتج -3
:الحل XT: لدينا fحساب تواتر التيار المتناوب: أوال/ 1 S .X=
3:من الشكل sX cmS 2 .10 ، X 4 cm−= 3 :إذن = 3T 2 .10 4 8 .10 s− −= × =
3 :وبالتالي1 1f 125 HzT 8 .10 −
= = =
)حساب التوترين الفعالين : نياثا )eff effU C ، U . هو الذي يمثل التوتر بين طرفي المولد2Yالمنحنى ، effU التوتر الفعال بين طرفي المولد-
: لدينا2m 0 Y 2U U S . y= : حيث =
2V
Y 2cmS 2 ، y 1 cm= =
m: إذن 0U U 2 1 2 V= = × 0 : وبالتالي =eff
U 2U 1 ,4 V2 2
= = =
) التوتر الفعال بين طرفي المكثفة - )effU C : 1المنحنىYمكثفة بين طرفي ال الكهربائي يمثل التوتر.
): لدينا ) ( )1m 0 Y 1U C U C S . y= =
C( L ,r )
0 fU sinω t∼
1Y2Y
1cm1cm
2Y
1Y
263
: وبما أن1
VY 1cmS 7 ، y 2 cm= ): إذن = ) ( )m 0U C U C 7 . 2 14 V= = =
): التوتر الفعال يأخذ القيمةو ) ( )0eff
U C 14U C 10 V1 ,42= = =
):الفعالة(حساب شدة التيار المنتجة : ثالثا): بتطبيق قانون أوم بين طرفي المكثفة نجد )eff C effU C z . I=
C: وبما أن1z ωC=إذن :( ) ( ) ( )eff
eff eff effC
U C 2πCI U C .ω C U Cz T= = =
: تطبيق عددي6
eff 32 .3 ,14 .10 .5 .10I 0 ,039 A
8 .10
−
−= =
: حساب فرق الصفحة بين-2) بين التوتر الكهربائي 'φ: أوال )u t بين طرفي المولد ( )Cu tبين طرفي المكثفة .
)من التمثيل البياني نالحظ أن )u t متقدم في الطور عن ( )Cu t
'φ :فيكون ω . ∆t= حيث: T 4 cm ، ∆t 0 ,5 cm= 2 :إذن = π πφ' .∆t radT 4= =
)بين التوتر الكهربائي : اثاني )u t بين مربطي المولد والتيار الكهربائي ( )i t.
U: بأخذ التعبير التالي للتبسيطU CC U Uφ' φ φ φ= = −
U: نجد U iU i UC C
φ φ U= U: إذن + U ii U UC C
φ φ U= −
U : وبما أن iU UC C
π πφ rad ، U rad4 2= =
U: فإنi
π π πφ φ rad4 2 4= = − = −
: ومقاومتهاL قيمة ذاتية الوشيعة استنتاج -3 :rحساب مقاومة الوشيعة : أوال
0: من إنشاء فرينل يتضح أن0
r . Icosφ U= إذن : effeff
Ur cos φ I= ×
eff: تطبيق عددي effU =1,4 V ، I =0,039 A 1,4: و منهπr =cos × = 25,64 Ω4 0,039
2 : بما أن :حساب ذاتية الوشيعة: ثانيا 21z r (ω L )ωC= + −
2 :إذن 21ω L z rωC− = ± 2 :وبالتالي − 221 1L z rωω C
= ± −
eff :وحيث أن rads
eff
U 2 π1 ,4z 36 Ω ; ω 250 πI 0 ,039 T= = ≅ = =
- φz
cz
Lz
r
264
2:فإن 2 2 21 2 2 -6
1 1 1 1L z - r = + 36 -25,64 =0,352Hω 250 πω C 250 π . 5 .10= +
⎡ ⎤⎣ ⎦
2 22 2
1 1L = - z - r = 0,32 - 0,032 = 0,288 Hωω C
: الثانيتمرين ال .)نطبق بين مربطي ثنائي قطب )R ، L،C على التسلسل، توترا ذا قيمة فعالة ثابتة U ،
. قابل للضبطωونبض
C : أوجد العالقة-1 2 2 2 2 2UU
R C ω ( LC ω 1 )=
+ −
0ω: قيمة النبض عند الرنين بالنسبة لشدة التيار نضع 0ω نسمي -2 λ ω=
2 علما أن λ وRو C و0ω بداللةCUعبر عن 0LC ω 1=
00 القيمة ω عندما يأخذ النبض -3 ,8 ω يكون التوتر CUمساويا للتوتر U
.ة في هذه الحالC وL بداللة Rأعط عبارة المقاومة
:الحل U بما أن ممانعة الدارة الكلية تأخذ الشكل -1 z I=
2: باعتبارو 21z R ( ω L )ωC= + −
C : و بين طرفي المكثفة هالتوتر الفعالوبما أن IU ωC= فإن :CI U .ωC=
CU: وبالتالي z . I z . U . ωC= =
C: ومنه 2 2 2 2 22 2
U UU1 R ω C ( LC ω 1 )ω C R (ω L - )ωC
= =+ −+
: λ وR وC و0ωبداللة ) المنتج (CU التعبير عن -2
2: بأخذ0 0
1ω ، ω λ ωLC= =
C :نجد 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 20
U UUR ω C ( LC ω 1 ) R C λ ω ( λ 1 )
= =+ − + −
C: ومنه2 2 2 2
0
UU1λ R C ω ( λ )λ
=+ −
265
0ω عندما C وL بداللة Rعبارة المقاومة -3 0 ,8 ω=
: عندما يكون0
ωλ 0 ,8ω= = ،CU U= ،20LC ω 1=
): فإن )22 2 20
1λ R C ω λ 1λ+ − 2: ومنه = 2 2 20 2
1 1R C ω ( λ ) 1,36λλ= − − =
2: وبالتالي2 2
0
1 LR 1 ,36 . 1 ,36 . CC ω= LR: وفي األخير = 1 ,36 C=
: الثالث تمرين ال . .r ومقاومتها Lنعتبر وشيعة ذاتيتها
U عندما نطبق بين طرفيها، توترا مستمرا-1 12 V=1 يمر فيها تيار شدتهI 2 ,4 A= ،f طرفيها، توترا متناوبا جيبيا، ترددهوعندما نطبق بين 500 Hz= وشدته الفعالة
U 12 v=2 تيار شدته الفعالة ها، يمر فيI 0 ,3 A= . عينLو r. السابقة مكثفة سعتها قابلة للتغيير ونطبق بين ثنائي القطب نربط على التسلسل مع الوشيعة -2
( )R ، L،Cالمحصل توترا جيبيا، تردده f 500 Hz= وقيمته الفعالة U 12 v=.
3Iتيار شدته الفعالة لسعة المكثفة يمر في الدارة 1C بالنسبة ألي قيمة -أ 2 ,4 A=.
) نضع -ب ) mi t I sinω t= بق بين مربطي المكثفة بـط ونرمز إلى التوتر الم:
( ) ( )C 1 m 1u t U sin ω t φ= : وإلى التوتر بين مربطي الوشيعة بـ+
( ) ( )L 2 m 2u t U sin ω t φ= +.
2 أحسب - 1φ φ1علما أن سعة المكثفة هي وC.
:الحل
1: حسب قانون أوم : حساب مقاومة الوشيعة: أوال-112V r . I r 5 Ω2 ,4= ⇒ = =
:نأخذ المقاومة الظاهرية للوشيعة العبارة التالية :ذاتية الوشيعة: ثانيا2 2 2Uz r L ωI= = 2: وبالتالي + 2U1L ( ) rω I= −
2 : تطبيق عددي 21 12L ( ) 5 0 ,013 H1000 π 0 ,3= − =
3I: التي من أجلها1C حساب سعة المكثفة -أ) 2 2 ,4 A=
2 :بما أن 2U 1z r ( L ω )I ωC= = + 2: ومنه− 2U1Lω ( ) rωC I− = ± −
266
: وبالتالي2 21C
Uω ( ( ) r L ω )I
=± − +
6:تطبيق عددي1
2 21C 7 ,8 . 10 F
121000 π ( ( ) 5 40 ,82 )2 ,4
−= =± − +
1C: أي أن سعة المكثفة 7 ,8 µ F= 2 حساب -ب 1φ φ1 بأخذ سعة المكثفة وC :
): نعلم أن • )2 Ldiu t v r i L dt= = ) : وبما أن + ) mi t I sinω t=
): إذن )2 L m mu t v r . I sinω t L ω I cosω t= = +
): ومنه ) ( )2 m mπu t r I sinω t L ω I sin ω t 2= + +
2 :وحسب إنشاء فرينل سيكون 2 22m mU I r L ω= +
12 2
L ω L ωtag φ φ tag ( )r r−= ⇒ =
) : من جهة ثانية• ) ( )1 C
Q tu t u C= =
) : وحيث أن ) ( ) ( )m m1
I I πu t . i t dt sin ω tC C ω 2= = −∫
:إذن يتضح بعملية المطابقة أو النظر إلى الشكل مالحظة أن
( ) ( ) m1 1m 1
I πu t U sin ω t φ sin( ω t )C ω 2= + = −
m: أي1m
IU C ω= 1πφ rad2= −
: الرابعتمرين ال .) نعتبر جزءا -1 )A من دارة آهربائية مكونة من ناقل أومي مقاومته R 10 Ω= ووشيعة
)نطبق بين طرفي الجزء . ومقاومتها الداخلية مهملةLذاتيتها )A توترا جيبيا ( )u t قيمته
fوتواتره Uالفعالة 50 Hz= 1، فنالحظ أن التيار المار له شدة فعالةI وأن القيمة
)المطلقة لطور )u t بالنسبة لشدة التيار ( )i t1: هيπφ rad3=
mLωI
mrImI
2φ
2 mU
mICω
mI
1 mU
267
1: بين أن-أUI 2 R= أحسب ذاتية الوشيعة -ب L.
)نعتبر اآلن جزءا -2 )Bسل مع مكثفة من دارة يتكون من نفس الناقل األومي موصول على التسل) نفس التوترهنطبق بين طرفي .Cسعتها )u t فنالحظ أن القيمة الفعالة لشدة التيار المار في الدارة ،
) وأن القيمة المطلقة لطور2Iهي )u tبالنسبة لشدة التيار ( )i t2: هيπφ rad3=.
2: أثبت أن-أUI 2 R=. أحسب السعة -ب C.
:الحل
1: إثبات أن) أ-1UI 2 R=.
حسب تمثيل فرينل للتوترات
1: فإن1
R Icosφ U= 1: إذن 1UI cosφ . R=
1: وبما أن1cosφ 1: فإن =2
UI 2 R=
:حساب ذاتية الوشيعة) ب
1: 1-من الشكل ωLtagφ R= 1 :إذن
RL . tag φω=
210 :تطبيق عددي πL tag 5 ,5 .10 H100 π 3−= =
2 : ت أناثبإ) أ-2UI 2 R=.
:حسب تمثيل فرينل للتوترات
2: فإن2
R Icosφ U= 2: إذن 2UI cosφ . R=
2: وبما أن1cosφ 2: فإن =2
UI 2 R=
:حساب سعة المكثفة) ب
2: 2-من الشكل 1tagφ RωC= إذن :
2
1CRωtag φ
=
rad: تطبيق عدديsR 10Ω , ω 100 π= =
1C 184 µFπ10 .100 π .tag 3= ≅
R L
1IU
1RI
1L ωIU
1φ
ω+
2RI
2ICωU
2φ
ω +
268
: الخامستمرين ال . :على التسلسل على العناصر التاليةمربوطة تشتمل دارة آهربائية
1R ناقل أومي مقاومته - 48 Ω=. L وشيعة ذاتيتها - 40 mH= ومقاومتها r 8 Ω=. Cعتها مكثفة س- 12 ,3 µF=. - 2 أمبيرمتر مقاومتهR 4 Ω=.
: الدارة بتوتر متناوب جيبييغذي تواتر منخفض الذي وذ مولد -( )u t 20 2 sin 200π t=
)أوجد عبارة الشدة اللحظية -1 )i t؟ للتيار المار في الدارة
C أحسب التوترين الفعالين -2 LU Uبين مربطي آل من الوشيعة والمكثفةو .
؟ آيف تتغير الشدة الفعالة للتيار-أ : نغير في ذاتية الوشيعة-3 ؟ ما هي قيمتها العظمى- ب
:الحل )شدة اللحظية عبارة ال-1 )i tللتيار المار في الدارة .
): إذا تم التعبير عن شدة التيار بالشكل ) ( )mi t I sin ωt φ= −
: فإن( )
mm
2 21 2
UI1R R r ( Lω )ωC
=+ + + −
3- : حيث أنLz = Lω =40 .10 ×200 π = 25,12Ω
C 61 1z 129 ,5 ΩωC 12 ,3 .10 200 π−
= = =×
eq 1 2R R R r 48 4 8 60 Ω= + + = + + =
m: إذن 2 2
20 2I 0 ,43 A60 ( 25 ,12 129 ,5 )
= =+ −
1: من جهة ثانية LωωC : لذلك سيكون.)الدارة سعوية (<1 2
Lω (1 / ωC )tag φ R R r−
=+ +
- = = 25,12tagφ + 129,5-: ومنه ): إذن 1,7460 )-1 o πφ = tag -1,74 -60 = - rad3=
): ومنه ) ( ) ( )πi t 0 ,43 sin 200 π t A3= +
. حساب التوتر الفعال المنتج بين طرفي آل من الوشيعة والمكثفة-2 :التوتر المنتج بين طرفي الوشيعة: أوال
L:نعلم أن LU Lω .I z .I= mII: حيث =2
m: أي أن =L
IU Lω .2
=
269
L :تطبيق عددي0 ,43U 25 ,12 . 7 ,64 v
2= =
:التوتر المنتج بين طرفي المكثفة: ثانيا
C:نعلم أن C1U .I z .ICω= m: أي أن =
CI 0,431U . 129,5 . 39 ,38 vCω 2 2
= = =
. عندما نغير في ذاتية الوشيعة-3 : ويكونI تتأثر شدة التيار المنتجة-أ
( )( )2 2
1 2
U Ui L z 1R R r ( Lω )ωC
= =+ + + −
): وتأخذ شدة عظمى من أجل-ب )di L0dL =
( )2
2 2 31 2
1Uω(Lω )di L ωCdL 1((R R r ) (Lω ) )ωC
−=
+ + + −
) :وبالتالي )0 2
di L 10 LdL ω C= ⇒ =
: وشدة التيار المنتج العظمى هي) مقرا لظاهرة الرنين(وتكون الدارة في حالة تجاوب
( )max 01 2
20 2UI L L 0 ,47 AR R r 60= = = =+ +
: السادستمرين ال . :يتكون ثنائي قطب من عنصرين مرآبين على التسلسل
3R: ناقل أومي مقاومته- 10 Ω= -مكثفة سعتها غير معروفة . fنغذي ثنائي القطب بتوتر جيبي تواتره 50 Hz= وقيمته الفعالة U 60v= يشير ،
CU: متر مرآب على التوازي مع المكثفة إلى التوتر-فولط 37 ,4v=. . أحسب الشدة الفعالة للتيار الكهربائي-1 . للمكثفةC السعة استنتج -2
CU عبر عن النسبة -3Uبداللة :Rو Cو f.
:الحل للتيار الكهربائي) الفعالة( حساب الشدة المنتجة -1
2 نعلم أن 2C RU U U= ).حسب إنشاء فرينل (+
L
i(L)
maxI
0L
270
RU: حيث R I= 2: إذن 2R CU U U= −
2: ومنه 2R CU R I U U= = −
: إذن2 2 2 2
CR U -U 60 -37,4UI = = = = 0,047 AR R 1000
: حساب سعة المكثفة-2C: نعلم أن CU z .I= وبما أن :C
1z ωC= إذن :C CIU z .I ωC= =
:ومنهC
0 ,047IC 4 µ FωU 100 π . 37 ,4= = =
CU التعبير عن النسبة -3Uبداللة :Rو Cو f.
C: من إنشاء فرينل يتضح أن2 2 2 2 2 2
U 1 / ωC 1U ( 1 / ω C ) R ω C R 1
= =+ +
ω: وبما أن 2 π f= فإن :C2 2 2 2
U 1U 4 π f C R 1
=+
CUQ: مل جودة الدارة حيثاإن المقدار الذي تم تحديده يعبر عن مع U=
:أي أن2 2 2 2
1Q4 π R C f 1
=+
: السابعتمرين ال .Bبين النقطتين Aنرآب على التسلسل وشيعة ذاتيتها و L 1 H= ،ومقاومتها مهملة
B نطبق بين النقطتين. قابلة للضبطC ومكثفة سعتها Rوناقل أومي مقاومته Aتوترا و
): جيبيا ) mπu t U sin( 2 π f t )6= + .
.أآتب المعادلة التفاضلية للدارة) أ-1 f وC وL وR وmUأوجد بداللة ) ب
بين mCU للتيار الكهربائي، وآذلك عبارة التوتر األعظمي mIعبارة الشدة العظمى
.مربطي المكثفة) بواسطة راسم االهتزاز المهبطي نعاين -2 ) ( )Cu t u t1 بالنسبة لقيمة وC فنحصل على
ms: الحساسية األفقية • ).1(الشكل cm2
V) 1(المدخل : الحساسية الشاقولية •cm5 ، 2( المدخل (V
cm20
RU
CUUφ
ω +
0
RL
2Y
C
1Y
A D P B
271
) حدد المنحنى الذي يمثل -أ )Cu t.
)حدد طور التوتر -ب )Cu t بالنسبة للتوتر ( )u t
).غير محدد على محور الزمنمبدأ األزمنة () أآتب المعادلة الجبرية -جـ )Cu t بداللة الزمن t.
للمعادلة التفاضلية السابقة تمثيل فرينلعطأ –د 1: قيم المقادير التالية استنتجو mC ; R ; I
من القيمة انطالقا للمكثفة C نغير قيمة السعة -3
1C 2(، فنحصل على الشكل.(
.قر لظاهرة التجاوب بين أن الدارة هي م-أـ C آيف نغير قيمة-ب 1C بالنسبة ل ).زيادة أو نقصان( أحسب القدرة الكهربائية المستهلكة -جـ
.من طرف الدارة
:الحل
المعادلة التفاضلية للدارة) أ-1) : لدينا ).قانون أوم(حسب قانون التوترات ) ( ) ( ) ( )R L CU t U t U t U t= + +
): إذن ) ( ) d i 1U t R i t L i dtdt C= + + ∫
: بين طرفي المكثفةmCU وآذلكmIعبارة شدة التيار العظمى) ب
m:حسب قانون أوم mU z I= 2 :حيث 21z R ( Lω )ωC= + −
m :وبالتاليm
2 2
UI1R ( 2 π L f )2 πC f
=+ −
C :من جهة ثانية mC C m1 1z ، U z IωC 2 π f C= = =
m :إذنmC
2 2
UU12 πC f R ( 2 π L f )2 π f C
=+ −
m :ومنهmC 2 2 2 2 2 2 2 2
UU4 π C R f ( 4 π C f L 1 )
=+ −
)تحديد المنحنى الذي يمثل ) أ-2 )Cu t
272
mC :لدينا) أ -1 (اإلجابةحسب 2 2 2 2 2 2 2 2m
U 1U 4 π C R f ( 4 π C f L 1 )
=+ −
2: نالحظ أن 2 2 2 2 2 24 π C R f ( 4 π C f 1) 1+ − >
mC: أي أن
m
U 1U mC: وبالتالي > mU U<
)أي أن المنحنى الذي له قيمة عظمى للتوتر الكهربائي هو الذي يمثل )u t والصغرى هو ( )Cu t.
)حساب طور الصفحة الموجود بين ) ب )Cu t و ( )u t
)أن ) 1 -الشكل(يالحظ من التمثيل البياني )u t متقدمة عن ( )Cu t
U: إذنU CC U Uφ φ φ ω∆t= − t∆ : 1 -من الشكل = 3 ,3cm ، T 10 cm= =
U: إذنUC
2 π 2 πφ .∆t 3 ,3T 10= = ×
U: ومنهUC
radsφ 0 ,66 π=أي أن :UC
Uφ 0 ,66 π rad= −
ـ ) الجبرية( آتابة المعادلة الزمنية -جـ )بداللة الزمن ل )Cu t
): عندما نأخذ• ) ( )CC mC Uu t U sin 2 π f t φ= +
U: نجد من خالل معطيات التمرين أن•i
πφ rad6=
U :إذن U iC C UU iφ φ φ= U :ومنه + U iC C Ui U
φ φ φ= −
UC :وبالتاليi
π πφ = - 0,66 π - (- ) - 0,49 π= - rad6 2=
mC : هيmCU وتكون القيمة العظمى • YU S y= × y: حسب الشكل 2 cm= والحساسية الشاقولية V
cm20
mCU: أي أن 20 2 40 v= × 1f: آما أن تواتر التيار = 50 HzT= =
): إذن )Cπu t 40 sin( 100 π t )2= −
1cm: نختار السلم :نلإنشاء فري -د 10v→
U: حسب الشكلi mC m
πφ ، U 40 v ، U 15 v6= = = 1: حساب المقادير• mC ، R ، I
سلم الرسم باستعمالو) إنشاء فرينل(من الشكل :mIحساب : أوالmL: لدينا mCU' U U= mL :ومنه − mC mU U' U Lω I= + =
m: إذن46 ,5I 0 ,15 A100 π= =
273
mRUآما يمكن استنتاج من الرسم مباشرة :Rحساب : ثانيا 14 ,8 v=
R :mRومنه يمكن حساب
m
UR I= أي أن :mR
m
UR 100 ΩI= =
C: بما أن :1Cحساب المكثفة : ثالثا mC C m1
1z ، U IC ω= = Z
1C: ومنه 12 µF=
:إظهار أن الدارة مقر لظاهرة الرنين) أ-3)ر بين أن فرق الطو2 -يالحظ من خالل الشكل )u t و ( )Cu tهو :
UUC
2 π πφ .∆tT 2= U: ولدينا آذلك = U iU i UC C
φ φ φ= +
U : أي أن U ii U UC C
π πφ φ φ 02 2= − = − .أي أن هناك ظاهرة الرنين =
ـ Cطريقة تغيير ) ب :1C بالنسبة ل
2 :عند الرنين 22
1 1Lω CC ω Lω= ⇒ =
2C :أي أن 10 µ F= 1 :وبالتالي 2C C>
:المستهلكة في الدارة) القدرة( الطاقة -جـcosφ :في حالة التجاوب 1 ، P U .I= U :أي أن = R .I=
U :وبالتالي 15I 0,015 AR 1000= = P :إذن = 0 ,015 15 0, 225 J= × =
: الثامنتمرين ال . C لوشيعة والسعة L والذاتية rفي حصة لألعمال التطبيقية، وبغرض إيجاد المقاومة
)لمكثفة، شكل األستاذ مجموعتين من التالميذ ) ( )B Aو.
) أعطيت المجموعة -1 )Aاألجهزة التالية :
.L وذاتيتها r وشيعة مقاومتها -effUبين طرفيه ) الفعال( متغير والتوتر المنتج f لتيار جيبي متناوب تواترها مولد- 5 v=.
.، قاطعة، أسالك توصيلرأمبير مت -2آلفت هذه المجموعة بدراسة تغيرات
Lz بداللة 2f) .Lzعلىواحصلت، ف) ممانعة الوشيعة
.1 - البيان المبين في الشكل) أعطيت المجموعة -2 )Bاألجهزة التالية :
Lها وذاتيتr وشيعة مقاومتها - 0 ,5 H=. .C مكثفة سعتها -
2 -2f (s )
2 2Lz (Ω )
-220 s
2200Ω
274
effUبين طرفيه ) الفعال( متغير والتوتر المنتج fلتيار جيبي متناوب تواترهل ا مولد- 5v=.
.متر، قاطعة، أسالك توصيل-، فولطرأمبير ومت - f بداللة التواترeffI الشدة المنتجة للتيار المار بالدارة هذه المجموعة بدراسة تغيراتآلفت
.2 - على البيان المبين في الشكلوافتحصل . أرسم مخططا للدارة الكهربائية التي حققتها هذه المجموعة-أ .ها هذه المجموعة ؟هي الظاهرة التي حققت ما-ب . المستعمل لتحقيق هذه الظاهرة0fاستنتج من البيان التواتر -جـ .C وسعة المكثفةrأحسب قيمة آل من مقاومة الوشيعة -د
:الحل : L وذاتيتها r حساب مقاومة الوشيعة -1• ): إن البيان عبارة عن مستقيم ال يمر من المبدأ معادلته من الشكل )y ax b ... 1= +
:يلي وإن الدراسة النظرية لهذه الدارة تؤدي إلى ما• 2: المقاومة الظاهرية 2 2 2z r L ω= ω: ثحي + 2π f=
): إذن )2 2 2 2 2z = 4π L f + r . . . 2
• 2: بالمقارنة يتضح أن 2y = z , x =f وفيهما يكون:
): معامل توجيه المستقيم- )2 2a 4π L ... 3=
): تقاطع المستقيم مع محور الترتيب عند- )2f 0 , b r ... 4= = • : يلي من خالل هذه المقارنة يمكن إيجاد ما 2): 4(من العالقة : مقاومة الوشيعة- 1b r 200 1002= = × Ωr = 100 = 10: إذن =
)): 3(من العالقة : ذاتية الوشيعة- )2L2 22
∆ 4 0 ,5 2004π L a 103,5 20∆f
− ×= = = =
×Z
2: إذن10L 0 ,5 H
4π= =
):3المجموعة (رسم مخطط الدارة ) أ-2
الظاهرة الفيزيائية التي حققتها هذه المجموعة هي ظاهرة التجاوب وهذا واضح من خالل ) ب ).الفعالة(المنحنى الذي يشبه الناقوس والذي يسمى منحنى تجاوب الشدة المنتجة
: المستعمل لتحقيق هذه الظاهرة0f استنتاج) جـ
C L, rC L r
≈ ≈
f(Hz)
effI (mA)
200Hz
100mA
275
0f: من البيان 2,5 200 500 Hz= × وهي القيمة التي من أجلها تكون شدة التيار =
.الفعالة عظمى مما يعني الحصول على ظاهرة التجاوب الكهربائي :ة المكثفة وسعrحساب مقاومة الوشيعة ) د
:rحساب مقاومة الوشيعة : أوال
2: نعلم أن 21z r ( Lω )ωC= + )المقاومة الظاهرية للدارة (−
0: وعند التجاوب 0 00
1ω 2 π f , Lω ω C= z = r: إذن =
: وحيث أن( )eff max
Uz rI
= : إذن =( ) 3
eff max
U 5r 10ΩI 5 .100 .10−
= = =
0 بما أن :حساب سعة المكثفة: ثانيا0
1Lω ω C=) فإن ).حالة التجاوب:
2 2 20 0
1 1CLω 4π .L f
= 7 :وبالتالي =2 2
1C 2 .10 F µ4π 0,5 500
−= =× ×
= 0,2 F
: التاسعتمرين ال .
بداللة الزمن آما i تيارا آهربائيا تتغير شدته ) و مقاومتها مهملة Lذاتيتها ( نمرر في وشيعة0 في المجال U، فيظهر بين مربطيها توترا1 يبين الشكل ، 2 ,5 ms⎡ ⎤⎣ ⎦.
.ة التي تحدث في الوشيعة الظاهراسم أعط -أ0 في المجال U علل ظهور التوتر- ، 2 ,5 ms⎡ ⎤⎣ ⎦
2وعدم ظهوره في المجال ,5 ms ، 5 ms⎡ ⎤⎣ ⎦.
علما أن التوتر بين مربطي الوشيعة في المجال ) جـ0 ، 2 ,5 ms⎡ ⎤⎣ U هو ⎦ 1 ,25 mV= تحقق أن ،
L: قيمة ذاتية الوشيعة هي 0 ,39 H=.
نرآب على التسلسل مع الوشيعة السابقة مكثفة -2R وناقال أوميا مقاومته Cسعتها 100Ω=ونطبق بين مربطي ثنائي القطب ،RLC
)المحصل عليه توترا متناوبا جيبيا ) ( )effu t U 2 sin 2π f t φ= ، توتره المنتج +
قابل للضبط، فيمر في الدارة تيار آهربائي شدته اللحظية fثابت وتواتره ) الفعال(( ) ( )effi t I 2 sin 2π f t=.
) مهبطي التوتر اهتزازنعاين بواسطة راسم )u tبين طرفي ثنائي القطب RLC في المدخل
1Yوالتوتر ( )Ru t 2 بين مربطي الناقل األومي في المدخلY فنحصل على المنحنى الممثل
(m s)t52,50
0,8
0,4
(mA)i
276
.2 -في الشكللية بالنسبة للمدخلين الحساسية الشاقو•
2 و 1Y Y :Vdiv2.
ms: الحساسية األفقية•div1.
: المنحنى حددباستعمال -أ) للتوتر φ والطور f التواتر-01 )u t بالنسبة
)لشدة التيار )i t. ) للتوتر mu التوترين األعظميين -02 )u t
mو Ruللتوتر ( )Ru t استنتج قيمة الممانعة ،zللدارة .
. للمكثفةC أوجد قيمة السعة-ب)، فيصبح المنحنيان الموافقان للتوتر0f القيمةىنضبط التواتر عل -جـ )u tوالتوتر ( )Ru tمنطبقين . و بداللة Qأوجد عبارة معامل الجودة) 01 L .Q أحسب قيمة RC وبين مربطي ثنائي القطب المكون من الوشيعة ) الفعال(أوجد معلال جوابك قيمة التوتر المنتج ) 02
.والمكثفة
:الحل .يض الذاتيظاهرة التحر: الظاهرة التي تحدث في الوشيعة هي) أ-10يظهر في الوشيعة إذا تغيرت شدة التيار في المجال ) ب ، 2 ,5 ms⎡ ⎤⎣ قوة محرآة آهربائية ⎦
والتي تعطى ) تعاآس بأفعالها السبب الذي أدى إلى حدوثها(لينز قانون حسب ) ذاتية(تحريضية
) :بالعبارة ) ( )∆iu t e L , i i t∆t= = =
. ويزول هذا الفعل بمجرد ثبوت شدة التيار الكهربائي المار في الوشيعة): أي ):2 ,5 ms ، 5 ms i i t Const ∆i 0= = ⇒ =⎡ ⎤⎣ ): ومنه ⎦ )u t e 0= =
): بما أن .حساب ذاتية الوشيعة) جـ ) ∆iu t e L 1,25V∆t= = =
eL: فإن | ∆i / ∆t t∆: ومنه =| 0 ,25L e 1 ,25 0 ,39 H∆i 0 ,8= × = × =
) وفرق الصفحة بين fحساب التواتر) 01 -) أ-2 ) ( u و( ti t:
3: من البيان :fحساب التواتر: أوال1 1f 167 HzT 6 .10−
= = =
uحساب : ثانياi
φ: من البيان :φ ω .∆t 2π f .∆t= =
3: إذن πφ 2π .167 1.10 rad3−= × =
u(t )
Ru (t)
277
ـ muتحديد التوتر) 02 ) األعظمي ل )u t و m Ru ـ ) ل )Ru t:
mu: من البيان يتضح أن 4 2 8V= × m و = Ru 2 2 4V= × =
m: بما أن• :z ممانعة الدارة استنتاج R
m
uR z I= =R
m: فإن Rm
u 4I 0 ,04 AR 100= = m: وبالتالي فإن = R
m
uz I=(دارة (ال
m: ومنه
m
u 8z 200ΩI 0,04= = =
2: نعلم أن : حساب سعة المكثفة-ب 21z R Lω )ωC= + − (
2: إذن 21Lω z RωC− = ± 2: وبالتالي − 21 Lω z RωC = ± −
1: ومنه 409 173 ,2ωC = ±
:الحالة األولى1
1 409 173 ,2 582, 2ΩωC = + للمكثفة تجعل 1Cإن القيمة =
)التواتر ( يظهر أن الدارة حثية 3 -الدارة سعوية لكن بيان الشكل )u t متقدم على ( )i t.(
:الحالة الثانية2
1 409 173 ,2 235 ,8ΩωC = − =
: الحظ أن2
1 LωωC :حيث ).الدارة حثية (>2
1Lω 409 Ω , 235 ,8ΩωC= =
2: إذن1C C 4 µ F2π .167 .235 ,8= = =
و للدارة بداللة Qعبارة معامل الجودة) 01 -جـ L :RC و
mC) في حالة التجاوب( : بالعالقةRLCيعطى معامل جودة الدارة
m
uQ u=
m: وبما أن C m m m0
1u . I ، u R .Iω C= =
mC: إذن
m 0
u 1 1 LQ u Rω C R C= = 0: حيث =1ωLC
=
6: تطبيق عددي0 ,391Q . 3 ,12100 4 .10−
= =
:لتوتر المنتج بين طرفي ثنائي القطب المكون من الوشيعة والمكثفة بصفة عامةإيجاد قيمة ا) 02
278
L C L C1z = Lω- = z -zωC وبما أن الدارة في حالة تجاوب أي أن فعل الوشيعة
L : يكافئ فعل المكثفة C L Cz z z 0= ⇒ =
): إذن )eff L C mU LC z I= ): ومنه × )effU LC 0=
: العاشرتمرين ال .
C تشمل دارة آهربائية على مكثفة سعتها -1 10 µ F= حمل شحنة آهربائية ت 4
0Q 1,2 .10 C−=اومتها مهملة ومعامل تحريضهاوشيعة مق وLقابل للضبط .
للوشيعة عند قيمة معينة وفي لحظة نأخذها مبدأ لألزمنة نغلق Lنضبط معامل التحريض* 0f تواترهLCالدارة الكهربائية فنحصل على متذبذب 50 Hz=.
) أوجد المعادلة التفاضلية التي تحققها شحنة المكثفة -أ )Q t
2π: ، نأخذL قيمةواستنتج 10=. ) عبارة الشحنةt أوجد بداللة الزمن-ب )Q t.
Rصل على التسلسل المكثفة والوشيعة السابقتين مع ناقل أومي و ن-2 60Ω=نطبق بين ، و
): المحصل توترا جيبياRLCطرفي ثنائي القطب ) ( )u t U . 2 sin ωt φ= +
fتواتره 50 Hz= الفعالة( وشدته المنتجة(U ثابتة فيمر في الدارة تيار آهربائي شدته
)اللحظية )i t I 2 sinω t=
للتيار الكهربائي تأخذ قيمة I، فنالحظ أن الشدة الفعالة L نغير تدريجيا في ذاتية الوشيعة -أ .0L قيمة استنتج، ما الظاهرة التي تحدث في هذه الحالة ؟ 0L بالنسبة لقيمة 0Iعظمى
:، بين أن ممانعة الدارة تكتب على الشكل التاليL عندما تأخذ ذاتية الوشيعة قيمة معينة-ب
( )22 20z R L L ω= + −
1: بحيث2L أو القيمة 1L القيمةL عندما تأخذ ذاتية الوشيعة-جـ 0 2L L L< يمر في >
0IIلة الدارة تيار آهربائي له نفس الشدة الفعا2
=
2أوجد عبارة آل من 1L و0 بداللة L و R .Lω و
) أوجد بداللة الزمن عبارة التوتر-1 )u t1 في الحالة التي يأخذ فيها معامل التحريض القيمةL
0I :علما أن 0, 2 A=.
CL
279
:الحل C : آتابة المعادلة التفاضلية التي تحققها شحنة المكثفة) أ-1 LV V=) حسب قانون التوترات(
Q: فإن diLC dt= : وبما أن −2
2d Q dQdi ، idt dtdt
= =
: إذن2
2Q d QLC dt
= ) :ومنه − )2
2d Q 1 Q 0 ... 1L Cdt
+ =
: بدون طرف ثان حلها من الشكل) متجانسة(هي معادلة تفاضلية من المرتبة الثانية ) 1(المعادلة
( ) ( )0 0Q t Q sin ω t φ= 0: حيث +1ωLC
=
0: وجدنا أن : إستنتاج ذاتية الوشيعة• 01ω 2 π fLC
= =
2: إذن 2 2 2 60
1 1L 1 H4 π f C 4π .50 .1010−
= = =
)عبارة ) ب )Q t بداللة الزمن t: من الشكل ) 1(وجدنا أن حل المعادلة التفاضلية
( ) ( )0 0Q t Q sin ω t φ= 4: حيث + rad0 0 sQ 1,2 .10 C ، ω 100 π−= =
): االبتدائيةومن الشروط ) 0t 0 ، Q 0 Q 0= = >
0: فإن 0Q sinφ Q sinφ 1= ⇒ πφ: إذن = rad2=
): وبالتالي ) ( ) ( )4 πQ t 1, 2 .10 sin 100π t C2−= +
الحادثة في هذه الدارة هي ظاهرة التجاوب والتي ال تحدث إال إذا أخذت شدة التيار الظاهرة ) أ-2 .أآبر قيمة لها) الفعالة(المنتج
0L حساب ذاتية الوشيعة • L=0لدينا عند التجاوب : في هذه الحالة1L ω C ω=
0: إذن 21L L
C ω= : تطبيق عددي =
( )0 261L 1 H
10 .10 100π−= =
×
): إثبات أن) ب )22 20z R L L ω= + −
2: بصفة عامة العبارةRLCتأخذ ممانعة دارة 21z R ( Lω )Cω= + −
2: إذن 2 2 2z R ( L ( 1 / C ω )) ω= + −
0 :وبما أن 21L
Cω): فإن = )22 2
0z = R + L - L ω
2إيجاد عبارة ) جـ 1L ، L و0 بداللة R ، Lω.
280
0II تكون شدة التيار المنتجة 2L أو 1L القيمة Lعندما نأخذ ذاتية الوشيعة 2
إذن =
Uz: ستكون مقاومة الدارة الظاهرية ، U ConstI= 0U: وبما أن ، = R I=
0z: إذن . I R I= 2: وحيث أن 2 2 0I1z R ( Lω ) ، IωC 2= + − =
2 :إذن 2 21z R 2 R ( Lω ) 2 RωC= ⇒ + − =
1Lω: ومنه RωC− = 2 :وبالتالي ±1 RL ωω C
= ±
0: وبما أن 21L
ω C1: سيكون = 0 2 0
R RL L ، L Lω ω= − = 1: حيث + 2L L<
) عبارة -د )u t 1 بداللة الزمن من أجلL L= : لدينا :( ) ( )u t U 2 sin ωt φ= +
rad: حيث0 sU R I 60 .0 ,2 12V ، ω 2 π f 100 π= = = = =
1L: وبما أن ω ( 1 / ωC )tagφ R−
: فإن =1 2
1( L )ωCωtagφ 1R
−= = −
πφ: إذن rad4= ) :وفي األخير − ) ( ) ( )πu t 12 2 sin 100π t V4= −
: الحادي عشرتمرين ال . :تتكون الدارة الكهربائية من
.R موصل أومي مقاومته - 5C مكثفة سعتها - 10 F−=. . قابل للتغييرL ومعامل تحريضها r وشيعة مقاومتها -
يزود الدارة بتوتر متناوب جيبي Gمولد ( ) ( )mu t U sin ωt φ= +.
)ظية يمر في الدارة تيار آهربائي متناوب شدته اللح )i t.
) طور ABφ و ممانعة ثنائي القطب z لتكن -1 )u t ـ ) بالنسبة ل )i t.
φ عبارة آل من أعط * zبداللة و r ، R ، L ، C ، ω.
االهتزاز لمعامل التحريض للوشيعة، نشاهد على شاشة راسم 0L بالنسبة لقيمة معينة -2
:المهبطي الشكل التالي ؟ ما الظاهرة التي يبرزها هذا الشكل-أ
R
u
2Y
C
1Y
A
≈D
B
L ,r
Ru
281
) حدد المنحنى الذي يمثل -ب )Ru t.
) للتوتر Tدور عين قيمة ال-جـ )u t .
متر التوتر بين مربطي - نقيس بواسطة فولط -3 .45Vالمكثفة فيشير هذا الجهاز إلى القيمة
المقاومة استنتج ثم 0I أوجد شدة التيار الفعالة -أ
R للناقل األومي R. .r، ما قيمة المقاومة AB لثنائي القطب0z عين قيمة الممانعة -ب
.يعة لذاتية الوش0L أوجد القيمة -جـ
1 لذاتية الوشيعة بحيث 1L نختار قيمة-4 0L L>.
) أيهما متقدم في الطور-أ )u t أم ( )i t؟
πφ علما أن -ب rad4=0: بين أن1 0
zL L ω= .1Lأحسب ، +
.1z، أحسب 0z بداللة 1z عبارة ممانعة الدارة استنتج -جـ
:الحل : عبارة ممانعة الدارة وفرق الصفحة بين التوتر الكهربائي وشدة التيار اللحظيين-1
( ) ( )2 2Lω ( 1 / ωC )tagφ ، z r R Lω ( 1 / ωC )r R
−= = + + −
+
.الظاهرة التي يبرزها هذا الشكل هي ظاهرة الرنين الكهربائي) أ-2 انطالقا 1Yالنقطة الساخنة عند المدخل (عند وصل المقاومة بجهاز راسم االهتزاز المهبطي ) ب
ـ ) Bقطة واألرضي عند النDمن النقطة والذي يمثل 1Yنحصل على المنحنى المؤشر إليه ب
)تغيرات التوتر الكهربائي بين طرفي الناقل األومي )Ru t.
) للتوتر Tقيمة الدور) جـ )u t: من الشكل :T 4 5 20 ms 0,02 s= × = =
:0Iحساب شدة التيار الفعالة ) أ-3
0: بما أنC
IU Cω= 5: إذن0 C
2πI C ω U 10 45 0 ,141 A0,02−= × = × × =
:R استنتاج قيمة المقاومة •
R: بما أن 0U R I= حيث :R mR
UU
2R: فإن البيان يعطي = mU 1 2 2V= × =
R: ومنه2U 1,41V2
= R: وبالتالي =
0
U 1,41R 10 ΩI 0 ,141= = =
1Y
2Y 2 v
5 ms
282
0بما أن :0z تعيين قيمة الممانعة -ب 0U z I= حيث :mUU2
=
mU: فإن البيان يعطي 2 2 4V= × mUU : وبالتالي = 2,83 V2
= =
0: إذن0
2 ,83Uz 20ΩI 0 ,141= = =
0z: فإن) تجاوب(بما أن الدارة في حالة رنين :r استنتاج قيمة المقاومة • r R= +
0r: وبالتالي z R 20 10 10Ω= − = − =
0في حالة التجاوب يكون : ذاتية الوشيعة0L حساب -جـ1L ω ωC=
0: إذن 21L
ω C0 :تطبيق عددي = 2 5
1L 1 H( 2π / 0 ,02 ) 10−= ≅
×
1: بحيث1L عندما نختار لذاتية الوشيعة قيمة -4 0L L>.
) مقارنة -أ ) ( u و( ti tمن حيث التقدم أو التأخر في الصفحة :
0: بما أن 21L
ω C1: فإن )عند الرنين (= 0 1 2
1L L Lω C
> ⇒ >
1:إذن1L ω ωC> مما يبين أن الدارة حثية وبالتالي( )u t متقدمة في الطور على ( )i t.
0: إثبات أن-ب1 0
zL L ω= 0: بما أن +πz r R ، φ rad4= + =
1L: فإن ω ( 1 / Cω )tagφ 1R r−
= =+
): وبالتالي )1 021( L ) ω R r 1 z
ω C− = + × ): ومنه = )0 0L L ω z− =
0: إذن1 0
zL L ω= rad: ع ت +0 0sω 100 π ، z 20 Ω ، L 1 H= = =
120L 1 1 ,064 H100 π= + =
:0z بداللة 1z عبارة -جـ
2: بما أن 20 1 1
1z r R ، z ( r R ) ( L ω )ωC= + = + + −
2: فإن 2 2 2 21 0 1 0 0 0 0z z ( L L ) ω z z z 2= + − = + =
1z: تطبيق عددي 20 2 28 ,3Ω= =
283
: الثاني عشـــرتمرين ال . :نعتبر الترآيب الممثل في الشكل جانبه
mU مولد يزود الدارة بتوتر جيبي - 1V= وتواتره
0fقابل للضبط . Lوشيعة ذاتيتها - 8 mH=مقاومتها وr 8Ω=. C مكثفة سعتها - 0 ,22 µ F=. R ناقل أومي مقاومته - 1Ω=.
.f بداللة التواترmIيمثل المنحنى أسفله تغيرات شدة التيار العظمى . بيانيا تواتر الرنين وقارنه مع التواتر الخاص للدارة حدد-1 ممانعة الدارة عند الرنين وقارنها مع القيمة استنتج -2
.النظريةأحسب معامل ثم ). الممرر( حدد عرض الشريط النافذ -3
.جودة هذه الدارة حدد بيانيا مجاالت التواتر التي تكون فيها الدارة -4
.سعوية ثم حثية
:الحل : التحديد البياني لتواتر الرنين-1
0f: هي من أجلmIمن البيان نالحظ أن أآبر قيمة لشدة التيار 3800 Hz= ، ومن الناحية
': النظرية لدينا0 3 6
1 1f 3795 ,6 Hz2 π LC 2π 8 .10 0,22 .10− −
= = =×
': مما يتضح أن0 0f f
m: بما أن :ة الدارة عند الرنين ممانع-20
m 0
Uz ( I : وحسب البيان =(
( m و( m 0U 1V I 0 ,11 A= 0 :وبالتالي =1z 9,09Ω0,11= والقيمة النظرية عند =
'0z: الرنين r R 8 1 9Ω= + = + = :بأخذ : تحديد عرض المنطقة الممررة-3
m 0( I )I 0 ,078 A2
= =
ـ : نجد بعد اإلسقاط أنIوبأخذ القيمتين الموافقتين ل
∆f 0 ,5 400 200 Hz= × =
R
u
C
A
≈
B
L
0 , 10
0 , 08
0 , 06
0 , 04
0 , 02
3 0 34 38 42 46 50
40 0 Hz
0,02 A
2f(1 0 Hz)
mI (A)
0 ,10
0 ,08
0 ,06
0 ,04
0 ,02
30 34 38 42 46 50
2f(10 Hz)
mI (A)
284
0fQ: نعلم أن : معامل جودة الدارة• ∆f= 3800: إذنQ 19200= =
جلها الدارة حثية أو سعويةأ مجاالت التواتر التي تكون من -41: تكون الدارة سعوية إذا آان- LωCω 2: أي أن < 2 2
01 ω ω ωLC > ⇒ >
0ω: وبالتالي ω< 0: ومنهf f 3800 Hz< =
1Lω: دارة حثية إذا آان تكون ال- ωC> 2: أي أن 2 20
1ω ω ωLC> ⇒ >
0ω: وبالتالي ω> 0: ومنهf f 3800 Hz> =
: الثالث عشــر تمرين ال . مقاومة : زء من دارة آهربائية من ثالثة عناصر آهربائية مربوطة على التسلسل وهييتكون ج
R وشيعة ،( )D 5 ومكثفة سعتهاC 10 F−=.
: توترا جيبيا عبارته اللحظيةAC و: نطبق بين النقطتين
( ) ( )ACu t U 2 sin 2π f t V= متغير، ثم نوصل هذا الجزء من الدارة براسم fتواتره
) مهبطي اهتزاز )OSC1- آما في الشكل
1fمن أجل قيمتين للتواتر = 56 Hz، 2f = 65,5 Hz لى الشاشة البيانين نشاهد عI و II2 - على الترتيب آما في الشكل.
: ما يليI من البيان استنتج -1) قيمة - ب . الظاهرة الفيزيائية المالحظة- أ ) ( AB و( ACm mU U.
)بين أن النسبة بين ممانعة الجزء -جـ )ACر من الواحد والمقاومة أآب( )z 1R .ماذا تستنتج ؟. <
.L أحسب ذاتية الوشيعة - د :II على البيان باالعتماد -2): حدد المنحنى الموافق لكل من) أ ) ( AB و( ACu t u tبرر إجابتك ؟ ، ) بين φأحسب فرق الصفحة ) ب ) ( ACi و( t u t. ) بإنشاء فرينل، أحسب مقاومة الجزء باالستعانة) جـ )AC ( )r R+و الممانعة z.
R
1
CA B D
≈
C
2
4
u( )v
t(s) t(s)
ACu (t)
ABu (t )
1
2
u( )v III
0
285
:الحل :يمكن أن نستنتج ما يلي) I( من البيان -1) الظاهرة المشاهدة هي ظاهرة الرنين ألن -أ ) ( AB و( ACu t u t على توافق في الصفحة
)إن تغيرات( )ABu tنفسها تغيرات ي ه ( )i t.(
): تعيين التوتر األعظمي-ب ) ( AB و( ACm mU U:
* ( )AB mU 4 1 4V= × = * ( )AC mU 4 1,5 6V= × =
): إثبات أن-جـ )z 1R :بما أن التيار الكهربائي هو نفسه في الدارة فإن : <
* ( )AB mmU R .I= و ( )AC mmU z . I=
): فإن) ب–اإلجابة (ومن النتيجة السابقة ) ( )AC AB mmU U>
m: إذن mz .I R .I> ومنه :zz R 1R> ⇒ >
z: ، لذلك سيكونrللوشيعة مقاومة : االستنتاج• r R= +
1: تجاوب إذنالدارة في حالة : حساب ذاتية الوشيعة-د1
1Lω ω C=
2: ومنه 2 21 1
1 1Lω C 4π f .C
= 2: وبالتالي = 2 51L 0 ,8 H
4 π .56 .10 −= =
:يمكن أن نحدد ما يلي) II( على البيان باالعتماد -2) يوافق التوتر الكهربائي المنحنى -أ )ACu t و بين النقطتين CA.
) يوافق التوتر الكهربائي المنحنى )ABu t و بين النقطتين A B.
) على ممانعة الجزء باالعتمادوذلك ) ( CAB و( Aإذ أن : ( ) ( )z AB < z AC
): حيث ) ( ) ( )2 22
2
1z A R r ( Lω ) ، z AB Rω C= + + − =C
): لذلك ) ( )AB ACm mU U<
) بين φ حساب فرق الصفحة -ب ) ( ACi و( t u t : 2: من البيانφ ω ∆t= ×
): حيث )2 22
2π πω 2π . f ، ∆t sT 6= = πφ: إذن = rad3=
) حساب المقاومة -جـ )r R+ للجزء ( )AC من الدارة و الممانعة z
2: من خالل إنشاء فرينل يمكن أن نجد 2Lω ( 1 / ω C )tag φ R r−
=+
2: إذن2
1R r ( Lω ) tag φω C+ = −
286
: ق عدديتطبي
5rad
2 2 s
πφ rad ، L 0 ,8 H ،3ω 2π f 131 π ، C 10 F−
= =
= = =
5π1R r (0,8.131π ) tag 49,6Ω310 .131π−+ = − =
R: من جهة ثانية rcosφ z+=
49: وبالتالي ,6R rz 99 ,3 Ωcosφ πcos 3
+= = =
x0
Rr
z
2Lω
2
1Cω2ω
φ