درس التيار الكهربائي المتغير - التاسعة أساسي

التاسعة أساسي

درس التيار الـكهربائي المتغير - التاسعة

أساسي

السنة الدراسية 2027-2026

الدّرس: التيّار الـكهربائي ّالمتغيّر

أهداف الفصل

• التّعرّف إلى مفهوم التّوتّر الـكهربائي ّالمتغيّر والشّدّة المتغيّرة وتمييزهما عن التّوتّر والشّدّة المستمرّين.

• التّعرّف إلى التّوتّر المتناوب الجيبي ّوانعكاس قطبيّته بصفة دور يّة منتظمة.

.Ueff والعلاقة التي تربطه بالتوتّر الفعّال Umax • التعرف إلى التوتّر الأعظمي

• قيس التّوتّر الفعّال والشّدّة الفعّالة لتيّار متناوب جيبي ّباستعمال جهاز الفولطمتر وجهاز الأمبيرمتر.

• تطبيق المفهوم على التّيار الـكهربائي ّالمنزلي ّكنموذج عملي ّللتّوتّر المتناوب الجيبيّ.

تجلّي التوتّر والشّدّة المتغيّرين 1

التجربة الملاحظة والتمييز 1.1

عند تغذية دارة كهربائية تحتوي على صمامين ثنائيين متواز يين ومتعاكسين في الاتجاه بـ:

يضيء صمام ثنائي واحد فقط وبصفة مستمرة، ممّا يدل ّعلى أن ّالتيار الـكهربائي يسري في اتّجاه واحد مولّد تيار مستمر )بطار ية(: .1

ثابتا ًفي القيمة والاتجاه بمرور الزمن.

نلاحظ تناوب إضاءة الصمامين الثنائيين بسرعة، ممّا يثبت أن ّاتجاه التيار الـكهربائي مولّد توتّر متغيّر )أو منقّل كهربائي متناوب(: .2

يتغيّر دوريّا ًوأن قيمته تعلو وتهبط مع الزمن.

تعر يف التوتّر والشّدّة المتغيّرين

.u = f (t) هو توتّر كهربائي تتغيّر قيمته أو اتجاهه أو كلاهما معا ًبمرور الزمن التّوتّر المتغيّر: •

.i = f (t) هي شدّة تيّار كهربائي تتغيّر قيمتها أو اتجاهها بمرور الزمن الشّدّة المتغيّرة: •

الصفحة 1 العلوم الفيز يائية في تونس• • التاسعة أساسي درس التيار الـكهربائي المتغير - التاسعة أساسي

مقارنة بين التيار المستمر والتيار المتغير 2.1

(∼ أو ACالتيّار المتغيّر ) (= أو DCالتيّار المستمر ) وجه المقارنة

يتغير اتجاهه بصفة دور ية ومتكررة. يتجه دائما ًمن القطب الموجب إلى القطب

السالب خارج المولد.

كةاتجاه الحر

الصفر ية القيمة ًبين لحظيا تتغير قيمة

والقصوى.

قيمة ثابتة لا تتغير مع الزمن. القيمة العدديّة

المنقلات، مولدات المختبر، شبكة الـكهرباء

المنزلية.

أعمدة جافة، بطار يات، مراكم. المصدر الشائع

ّ

التّوتر المتناوب الجيبي 2

ّ

تعر يف التّوتر المتناوب الجيبي 1.2

التّوتّر المتناوب الجيبي ّهو حالة خاصّة وهامّة جدّا ًمن التّوتّرات المتغيّرة. يتغيّر هذا التّوتّر بشكل منحنى جيبي ّينحصر بين قيمتين حدّيتين

.−Umax وقيمة سالبة أدنى +Umax متعاكستين: قيمة موجبة أعظمية

خاصيّة التوتّر المتناوب الجيبي

يمثّل موجة جيبية متناظرة بالنسبة للمحور الزمني، حيث تتكرر التغيرات u = f (t) يكون التوتّر متناوبا ًجيبيّا ًإذا كان رسمه البياني

نفسها خلال فترات زمنية متساو ية.

5 10 15 20 25 30 35 40

−5

5

t (ms)

u (V)

Umax = 6 V, T = 20 ms

Tension alternative

: رسم بياني لتغيرات توتر متناوب جيبي بدلالة الزمن يظهر القيمة الأعظمية والتكرار الدوري. الشكل 1

مثال واقعي: الـكهرباء المنزلية 2.2

.ّمتناوب جيبي إن ّالتّوتّر الـكهربائي ّالمزوَّد عبر مآخذ التيار المنزلي في تونس هو توتّر

الصفحة 2 العلوم الفيز يائية في تونس• • التاسعة أساسي درس التيار الـكهربائي المتغير - التاسعة أساسي

مرّة في الثانية الواحدة. 100 • يتغير اتجاه التيار المنزلي

• يتناوب التوتر بين القيمة الموجبة القصوى وقيمة سالبة قصوى بانتظام دقيق.

التّوتر الفعّال والشّدة الفعّالة 3

U

eff

مفهوم التوتّر الفعّال 1.3

(، يقيس الجهاز∼ عند قيس التوتّر المتناوب الجيبي باستعمال جهاز الفولطمتر الرقمي أو الإبرة المظبوط على الوضعية المتناوبة )AC أو

.Ueff ويرمز لها بـ التوتّر الفعّال قيمة ثابتا ًمميّزة تُسمّى

Ueff و Umax القانون الأساسي: العلاقة بين

المقاس بصفة مباشرة عن طر يق الفولطمتر بالعلاقة الر ياضية التالية: Ueff بالتوتّر الفعّال Umax يرتبط التوتّر الأعظمي

Umax = Ueff ×

√

2

. وبالتالي فإن:

√

2 ≈ 1.414 حيث يُعوض بالتقريب

Ueff =

Umax

√

2

≈

Umax

1.414

I

eff

مفهوم الشّدّة الفعّالة 2.3

(، يقيس الجهاز∼ بالمثل بالنسبة للتيار الـكهربائي، عند ربط جهاز أمبيرمتر في الدارة الـكهربائية مضبوط على الوضعية المتناوبة )AC أو

.Ieff الشّدّة الفعّالة

Ieff و Imax العلاقة بين

المقاسة بالأمبيرمتر بنفس النسب القياسية: Ieff بالشدّة الفعّالة Imax ترتبط الشدّة الأعظمية

Imax = Ieff ×

√

2

أي أن:

Ieff =

Imax

√

2

الصفحة 3 العلوم الفيز يائية في تونس• • التاسعة أساسي درس التيار الـكهربائي المتغير - التاسعة أساسي

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

−5

5

T = 2 ms • ∆φ = 0

◦

; amplitudes U1m = 4 V, U2m = 0.72U1m ;

echelles indiquees sur les axes

t (ms)

u (V) Y1 Y2

: معاينة توترين متناوبين جيبيين على شاشة رسم الاهتزاز المبطاني لقياس الاتساع والقيم القصوى. الشكل 2

أمثلة تطبيقية محلولة بالكامل 4

مثال تطبيقي 1: حساب التوتر الأعظمي للـكهرباء المنزلية

.Ueff = 230 يشير الفولطمتر عند ربطه بمأخذ الـكهرباء المنزلي في شبكة توز يع الـكهرباء بتونس إلى القيمة V النص:

المقاسة بالجهاز؟ 230 1. ماذا تمثّل القيمة V

بـ الفولط )V(. Umax 2. احسب القيمة الأعظمية للتوتّر الـكهربائي

الحل التفصيلي:

.Ueff ويرمز لها بـ التوتّر الفعّال التي يظهرها جهاز الفولطمتر هي 230 1. القيمة V

، نطبّق العلاقة:Umax 2. لحساب القيمة الأعظمية للتوتّر

Umax = Ueff ×

√

2

نعوّض بالقيم العدديّة:

Umax = 230 × 1.414 = 325.22 V

.325.22 يبلغ التوتّر الأعظمي في الشبكة المنزلية قيمة قدرها V النتيجة:

الصفحة 4 العلوم الفيز يائية في تونس• • التاسعة أساسي درس التيار الـكهربائي المتغير - التاسعة أساسي

مثال تطبيقي 2: تحديد الشدة الفعّالة لتيار متناوب جيبي

.Imax = 0.707 يتغدى مصباح كهربائي بتيار متناوب جيبي بلغ حدّه الأقصى خلال معاينا ًبيانيّا ًشدّة أعظمية قدرها A النص:

1. حدّد الشدّة التي يقيسها جهاز أمبيرمتر مدرج في هذه الدارة.

2. تحقّق من تجانس الوحدات والنتيجة.

الحل التفصيلي:

. نكتب العلاقة الأساسية:Ieff 1. جهاز الأمبيرمتر المربوط في الدارة يقيس القيمة الفعّالة للشدّة

Ieff =

Imax

√

2

نعوض بالقيم العدديّة المقترحة:

Ieff =

0.707

1.414

= 0.5 A

، وهو ما يتوافق تماما ًمع المنطق الفيز يائي لأن0.707 أصغر من الشدة الأعظمية A 0.5 الشدة الفعّالة A التحقّق: .2

دائماً. Imax > Ieff

الأهم ّفي الدّرس )الملخّص الشامل( 5

طر يقة القيس / العلاقة الرمز والوحدة المفهوم الفيز يائي

يقاس مباشرة بجهاز الفولطمتر في الوضعية

.(AC)

بالفولط )V( Ueff التوتّر الفعّال

.Umax = Ueff ×

√

2 يُحسب بالعلاقة: بالفولط )V( Umax التوتّر الأعظمي

تقاس مباشرة بجهاز الأمبيرمتر في الوضعية

.(AC)

بالأمبير )A( Ieff الشّدّة الفعّالة

.Imax = Ieff ×

√

2 تُحسب بالعلاقة: بالأمبير )A( Imax الشّدّة الأعظمية

خلاصة قواعد الحساب

.(Ieff و Ueff) القيم الفعّالةً • أجهزة القيس الرقمية )الفولطمتر والأمبيرمتر( تقيس دائما

.

√

2 ≈ 1.414 من القيمة الفعّالة بنسبة ثابتة تحكمها المعامل أكبرً • القيمة الأعظمية تكون دائما

تقريباً. 325 وقيمته الأعظمية هي V 230 • الـكهرباء المنزلية توتّر متناوب جيبي قيمته الفعّالة الاسمية هي V

الصفحة 5 العلوم الفيز يائية في تونس• •