دوائر RL و RC و RLC: المعاوقة وزاوية الطور وجهود المكونات
هنا يجتمع كل ما سبق. القاعدة الوحيدة التي تلزمك: التيار واحد في كل عناصر التوالي، والجهود لا تُجمع جبريًا بل بالمتجهات لأن جهد المقاومة في الطور مع التيار، وجهد الملف يسبقه بـ 90∘، وجهد المكثف يتأخر عنه بـ 90∘. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.
الدائرة RL
Z=R2+XL2tanφ=RXL
V=VR2+VL2I=ZV
الجهد الكلي يتقدم على التيار بزاوية φ.
القدرة تُستهلك في المقاومة فقط: P=I2R.
مع التيار المستمر لا توجد مفاعلة فتكون Z=R ، وهذا يعطي مقاومة الملف من التجربة بالبطارية.
المعاوقة أقل من المجموع الجبري R+XL دائمًا.
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
Z=R2+XL2=62+82=10Ω
الإجابة (د).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
tanφ=RXL=3040=34
φ=53.13∘
الإجابة (ج).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
V2=VR2+VL2 فجهد الملف VL=602−452=39.69V
الإجابة (ج).
عند تغيير التردد غيّر المفاعلة فقط: XL تتضاعف مع التردد، والمقاومة كما هي. ثم أعد حساب Z من جديد، ولا تضاعفها مع XL.
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
XL=R⇒Z1=R2+R2=2R
عند مضاعفة التردد XL′=2R فـ Z2=R2+(2R)2=5R
Z1Z2=25=1.6
الإجابة (ج).
الدائرة RC
Z=R2+XC2tanφ=RXC
الجهد الكلي يتأخر عن التيار بزاوية φ، أي التيار يسبق الجهد.
XC=2πfC1 فنقص التردد أو السعة يزيد المفاعلة ويكبر جهد المكثف.
تساوي VR و VC يعني R=XC والزاوية 45∘.
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
Z=R2+XC2 لأن جهد المقاومة وجهد المكثف متعامدان
فهي أقل من المجموع الجبري R+XC
الإجابة (د).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
في البداية VR=VC أي R=XC
عند نقص التردد تزداد XC=2πfC1 فتصبح XC>R
التيار واحد: VC=IXC>VR=IR
الإجابة (ب).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
XC=R⇒Z=2R وعند مضاعفة التردد XC′=2R
Z′=R2+(2R)2=25R=1.1R
الإجابة (ج).
الدائرة RLC
الملف والمكثف متضادان، فالذي يعمل هو الفرق بين مفاعلتيهما:
X=XL−XCZ=R2+(XL−XC)2
tanφ=RXL−XCV=VR2+(VL−VC)2
XL>XC: خواص حثية والجهد يسبق التيار.
XL<XC: خواص سعوية والجهد يتأخر عن التيار.
VL و VC بينهما 180∘، فالفولتميتر على الملف والمكثف معًا يقرأ الفرق بين قراءتيهما.
زيادة التردد تزيد XL وتنقص XC، فمن أين تبدأ وإلى أين تصل هو مفتاح الأسئلة الصعبة.
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
جهد الملف VL يسبق التيار بـ 90∘ وجهد المكثف VC يتأخر عن التيار بـ 90∘
فالفرق بينهما 180∘: VL يتقدم على VC بمقدار 180∘
الإجابة (د).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
الملف والمكثف متضادان: X=∣XL−XC∣=∣20−16∣=4Ω
Z=R2+X2=32+42=5Ω
الإجابة (أ).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
جهد الملف والمكثف متضادان: VL−VC=60−20=40V
V=VR2+(VL−VC)2=302+402=50V
الإجابة (ب).
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
XC=2R و XL=R فالمفاعلة الصافية X=XL−XC=−R والدائرة سعوية
tanφ=RX=−1⇒φ=−45∘
VR في الطور مع التيار والجهد الكلي يتخلف عنه بزاوية 45∘
الإجابة (د).
والسؤال الصعب هنا: إذا غيّرنا السعة أو التردد، فقد نمر بنقطة XL=XC في الطريق. عندها يصبح التيار أعظم ما يمكن ثم يعود فيقل. ومنها ندخل إلى الرنين في المقال التالي.
سؤال من درس «تابع دوائر التيار المتردد»اعرض الحل
المعاوقة Z=R2+(XL−XC)2 والتيار I=ZV
عند نقص السعة تزداد XC من 21XL فيقل الفرق XL−XC حتى ينعدم عند XC=XL (رنين) فيكون التيار أكبر ما يمكن
ثم تزداد XC حتى 23XL فيصبح الفرق 21XL كما في البداية فيعود التيار لقيمته الأولى
فالتيار يزداد ثم يقل حتى يصل إلى نفس القيمة الأولى