مدرستي
Sciences physiques et technologie

الظواهر الكهربائية التوتر والتيار الكهربائيان المتناوبان

التيار الكهربائي المتناوب: طبيعته، أثره على الصمام، إنتاجه (الدينامو والمغانط)

🔊 La maîtresse lit pour toi
مصباح الدرّاجة يضيء ما دمت تدوس على البدالين وينطفئ حين تتوقّف، مع أنّه لا يوجد في الدرّاجة أيّ عمود كهربائي. والتيار الذي يصل بيوتنا ليس هو أيضا من نوع التيار الذي يعطيه عمود. ما نوع التيار الذي ينتجه دينامو الدرّاجة، وبماذا يختلف عن التيار الذي يعطيه عمود كهربائي؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • التمييز بين التيار الكهربائي المستمر والتيار الكهربائي المتناوب
  • معاينة التوتر الكهربائي المتناوب بواسطة راسم التذبذب
  • تفسير إنتاج تيار متحرّض بوشيعة تدور في حقل مغناطيسي
  • وصف مكوّنات دينامو الدرّاجة وشرح مبدأ عمله
  • حساب عدد أزواج أقطاب مغناطيس انطلاقا من عدد أقطابه، والعكس
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • أنّ للمغناطيس قطبين: شمالي وجنوبي
  • قراءة مخطّط دارة كهربائية بسيطة والتعرّف على رموزها
  • أنّ للعمود الكهربائي مربطين: موجب وسالب

📌تجربة 01: إنتاج تيار كهربائي بوشيعة ومغناطيس

🧭الهدف: معاينة التوتر الكهربائي الذي تنتجه وشيعة تدور بين فكّي مغناطيس.

🧰الأدوات:

  • مغناطيس يثبّت في وضع أفقي
  • وشيعة محمولة على محور بذراع تدوير
  • غلفانومتر ذو صفر مركزي
  • راسم اهتزاز مهبطي

📌التجربة:

  1. نثبّت المغناطيس في وضع أفقي ونضع بين فكّيه وشيعة موصولة بالغلفانومتر وبراسم الاهتزاز المهبطي، مع تشغيل المسح الأفقي.
  2. ندير الوشيعة ببطء نحو اليمين، ونسجّل ما يشير إليه الغلفانومتر وما يُرسم على الشاشة عند كلّ ربع دور.
  3. نواصل التدوير حتّى يعود الضلع أب إلى وضعه الابتدائي، أي حتّى تتمّ الوشيعة دورا كاملا.

🔍الملاحظة: في الوضع الابتدائي يشير الغلفانومتر إلى الصفر. بعد ثمن دور ينحرف المؤشّر نحو القيم الموجبة ويبدأ المنحنى في الصعود. عند ربع دور يبلغ المنحنى أقصى ارتفاع له. عند نصف دور يعود المؤشّر إلى الصفر ويلامس المنحنى محور الأزمنة. وعند ثلاثة أرباع الدور ينحرف المؤشّر نحو القيم السالبة ويبلغ المنحنى أقصى قيمة سالبة له.

الوشيعة تدور بين القطبين، وهذا ما يجعل الغلفانومتر يقرأ شيئا دون أيّ عمود كهربائي
القمّتان متساويتان في الارتفاع ومتعاكستان في الجهة: هذا بالضبط ما يعنيه «متناوب»
للتوتر الكهربائي المنتج بهذه الطريقة جهتان متعاكستان: فهو موجب خلال نصف دور وسالب خلال النصف الآخر. ونسمّي التيار الكهربائي المنتج بهذه الطريقة التيار الكهربائي المتناوب.

معاينة التوتر المتناوب براسم التذبذب

لمعاينة تغيّر التوتر الكهربائي بين مربطي مولّد للتيار المتناوب بدلالة الزمن، نستعمل جهاز راسم التذبذب، كما في التجربة 01. أمّا كيف يُوصَل هذا الجهاز وتُضبط أزراره، وكيف تُقرأ على شاشته القيمة العظمى للتوتر ودوره، فموضوع الدرس الموالي: «التوتر المتناوب الجيبي ومعاينته: القيمة العظمى، الدور، التواتر، الشدة».

📌تجربة 02: أثر التيار المستمر ثمّ المتناوب على صمام كهربائي

🧭الهدف: مقارنة سلوك صمامين مركّبين الواحد عكس الآخر عند تغذيتهما بتيار مستمرّ ثمّ بتيار متناوب.

🧰الأدوات:

  • عمودان كهربائيان
  • قاطعة ذات وضعين
  • صمامان ضوئيان مركّبان الواحد عكس الآخر
  • مصباح
  • مولّد للتيار المتناوب

📌التجربة:

  1. ننجز الدارة المبيّنة في المخطّط الأوّل: عمودان موصولان في جهتين متعاكستين، وقاطعة ذات وضعين، وصمامان مركّبان الواحد عكس الآخر، ومصباح على التسلسل.
  2. نغلق القاطعة في الوضع 1 ونلاحظ الصمامين.
  3. ننقل القاطعة إلى الوضع 2 ونلاحظ الصمامين من جديد.
  4. ننجز الدارة نفسها لكن بمولّد للتيار المتناوب مكان العمودين والقاطعة، كما في المخطّط الثاني.
  5. نغلق الدارة ونلاحظ الصمامين.

🔍الملاحظة: عند التغذية بالتيار المستمرّ، يمرّ التيار في الوضع 1 عبر الصمام الأوّل وحده، وفي الوضع 2 عبر الصمام الثاني وحده، ولا يشتغل الصمامان معا في أيّ وضع. أمّا عند التغذية بالتيار المتناوب فيمرّ التيار في الصمامين معا ويشتغلان بالتناوب.

القاطعة هي التي تقلب جهة التيار في الدارة دون تغيير أيّ شيء آخر فيها
لم يتغيّر في الدارة إلّا المولّد: فما ستلاحظه على الصمامين لا يأتي من غيره
يمرّ التيار في الصمام في جهة واحدة فقط: فللتيار الكهربائي المستمرّ اتّجاه واحد، بينما يسري التيار الكهربائي المتناوب في الناقل بالتناوب في جهتين متعاكستين.
المخطّطان متطابقان تماما ولم يتغيّر فيهما إلّا المولّد. فالفرق الذي تلاحظه على الصمامين لا يأتي من الدارة ولا من الصمامين، بل من نوع التيار وحده.

دينامو الدرّاجة

الدينامو مولّد صغير يركّب على الدرّاجة لتغذية مصباحها، ويشتغل بالمبدأ نفسه الذي رأيته في التجربة الأولى.

مكوّنات الدينامو
  • الوشيعة: سلك نحاسي معزول ملفوف حول نواة من الحديد اللّين.
  • المغناطيس: يكون على شكل أسطوانة.
  • العجلة المسنّنة: وظيفتها نقل الحركة الدورانية من عجلة الدرّاجة إلى المغناطيس.
  • الهيكل: يصنع من البلاستيك الصلب، ووظيفته حمل الأجزاء الداخلية للدينامو وحمايتها.
المغناطيس فوق والوشيعة تحت، وبينهما الحديد اللّين: هذا الترتيب هو كلّ سرّ الجهاز

عندما تدور عجلة الدرّاجة تلامس مسنّن الدينامو، فيدور المغناطيس حول الوشيعة الملفوفة على صفائح من الحديد اللّين التي تزيد من شدّة الحقل المغناطيسي، فيتولّد في الوشيعة تيار كهربائي متحرّض يمرّ في مصباح صغير فيتوهّج.

🔍الملاحظة
  • إذا أدرنا الجزء الدوّار للدينامو باليد فلا يتوهّج المصباح، لأنّ شدّة التيار المنتجة تكون صغيرة.
  • وإذا أعدنا التجربة نفسها مع استبدال المصباح بكاشف للتيار، لاحظنا انحراف المؤشّر: فالتيار موجود، لكنّه ضعيف.

عدد الأقطاب وعدد أزواج الأقطاب

مغناطيس الدينامو أسطواني الشكل، ويحتوي على ثمانية أقطاب. ويمكن التعرّف على عدد أقطابه بالطريقة التالية:

📌التجربة
  1. نضع المغناطيس على ورقة.
  2. نقرّب أحد قطبي الإبرة المغناطيسية من المغناطيس، ونعلّم نقطة فوقه.
  3. ندير المغناطيس ببطء حول الإبرة إلى أن تنحرف، فنعلّم نقطة ثانية.
  4. نواصل بالطريقة نفسها إلى أن نعود إلى النقطة الأولى، ثمّ نحصي النقاط.
ثمانية أقطاب متناوبة على المغناطيس نفسه: قطب شمالي ثمّ قطب جنوبي، وهكذا على طول محيطه

الأقطاب المغناطيسية توجد دائما مزدوجة: قطب شمالي وقطب جنوبي معا. فأصغر عدد من أزواج الأقطاب هو زوج واحد، ويوافقه قطبان اثنان.

العلاقة بين عدد الأقطاب وعدد أزواجها
N = 2 × p
Nعدد أقطاب المغناطيسpعدد أزواج الأقطاب
مثال 2: أزواج أقطاب مغناطيس الدينامو

مغناطيس الدينامو الأسطواني يحتوي على ثمانية أقطاب.

🎯المطلوب: احسب عدد أزواج الأقطاب في هذا المغناطيس.

📌المعطى: عدد الأقطاب
N = 8
🔹الخطوة 1: قلب العلاقة والتعويض

كلّ زوج يتكوّن من قطبين، فنقسم عدد الأقطاب على اثنين.

p=N2=82
✅النّتيجة: عدد أزواج الأقطاب
p = 4
تحقّق من طريقتك على حالة معروفة: آلة كهربائية ذات أربعة أقطاب فيها زوجان من الأقطاب.
مثال 3: من أزواج الأقطاب إلى عددها

آلة كهربائية صمّمت بثلاثة أزواج من الأقطاب.

🎯المطلوب: أوجد عدد أقطاب هذه الآلة.

📌المعطى: عدد أزواج الأقطاب
p = 3
🔹الخطوة 1: التعويض في العلاقة

نضرب عدد الأزواج في اثنين لأنّ كلّ زوج قطبان.

N=2 × p=2 × 3
✅النّتيجة: عدد الأقطاب
N = 6
عدد الأقطاب زوجيّ دائما: إذا وجدت عددا فرديّا فراجع حسابك، فالأقطاب لا توجد إلّا مزدوجة.
المصطلحات العلمية
العربيةfrançaisenglish
التيار الكهربائي المتناوبcourant alternatifAlternating current
التيار الكهربائي المستمرّcourant continuDirect current
راسم التذبذبoscilloscopeOscilloscope
الوشيعةbobineCoil
المنوّبalternateurAlternator
المصطلحات الأساسية لهذا الدرس بثلاث لغات
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في أسئلة من نوع: «ما نوع التيار الذي ينتجه الدينامو؟ علّل»، و«فسّر ما يحدث للصمام بالتيار المستمرّ ثمّ بالمتناوب»، و«احسب عدد أزواج أقطاب المغناطيس». ثلاثة عناصر جاهزة: ① الإنتاج: حركة بين وشيعة ومغناطيس تولّد في الوشيعة تيارا متحرّضا متناوبا له جهتان متعاكستان ؛ وفي الدينامو يدور المغناطيس حول الوشيعة الملفوفة على الحديد اللّين، فيحوّل دوران العجلة إلى تيار يغذّي المصباح ② الصمام: التيار المستمرّ يمرّ فيه في جهة واحدة فقط، والمتناوب يمرّ في الجهتين بالتناوب، وراسم التذبذب يُري تغيّر التوتر بدلالة الزمن ③ الأقطاب: ⁦N = 2 × p⁩، فعدد الأقطاب ضعف عدد أزواجها. ⛔ والخطأ الشائع: الخلط بين عدد الأقطاب وعدد أزواجها ؛ الأقطاب مزدوجة دائما، فمغناطيس الدينامو ذو الأقطاب الثمانية فيه أربعة أزواج. وخطأ ثانٍ: القول إنّ الدينامو يعطي تيارا مستمرّا كالعمود ؛ تياره متناوب.
خلاصة: وشيعة تدور بين فكّي مغناطيس تولّد توترا له جهتان متعاكستان: هذا هو التيار المتناوب. · التيار المستمرّ لا يمرّ في الصمام إلّا في جهة واحدة، والتيار المتناوب يمرّ في الجهتين بالتناوب. · راسم التذبذب هو الجهاز الذي نرى به تغيّر التوتر بدلالة الزمن. · دينامو الدرّاجة يحوّل دوران العجلة إلى تيار كهربائي متحرّض يغذّي المصباح. · الأقطاب المغناطيسية مزدوجة دائما: عدد الأقطاب ضعف عدد أزواجها.

Page 1/7

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net