فيديو السؤال: مطابقة خرج التيار مع مولد تيار مقوم الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يستخدم مولد التيار المقوم ‪I‬‏ عدة لفات موزعة عند زوايا مختلفة حول محور دورانها المشترك. يستخدم مولد التيار المقوم ‪II‬‏ العدد نفسه من اللفات ولكنها موضوعة عند الزاوية نفسها. يدور كلا المولدين بالمعدل نفسه وفي المجال المغناطيسي نفسه. يوضح التمثيل البياني الآتي خرج كلا المولدين. أيهما خرج المولد ‪II‬‏؟ أ: الخرج أ. ب: الخرج ب. ج: ليست هناك طريقة لمعرفة ذلك.

في التمثيل البياني، نرى منحنيين لشدة التيار مقابل الزمن: أحدهما يطلق عليه الخرج أ والآخر يطلق عليه الخرج ب. نريد معرفة أي هذين الخرجين، إذا استطعنا معرفة ذلك، يناظر ما يسمى مولد التيار المقوم ‪II‬‏. باستخدام الأوصاف المعطاة لنا هنا، دعونا نرسم شكلين للمولدين ‪I‬‏ و‪II‬‏.

بعد أن نفرغ بعض المساحة على الشاشة، دعونا ننظر أولًا إلى هذا الرسم للمولد ‪I‬‏. نتذكر أن المولد هو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية. في هذا الرسم، نحن ننظر إلى الأطراف المتقابلة لأربع لفات في الملف. تدور هذه اللفات بوسائل ميكانيكية. ولأن اللفات تتكون من مادة موصلة وتدور داخل مجال مغناطيسي منتظم، يستحث التيار في كل لفة. هذا التيار متردد بطبيعة الحال. هذا يعني أنه يغير اتجاهه بصورة دورية. ومع ذلك، فإن هذا المكون هنا، وهو حلقة معدنية مشقوقة يطلق عليها مقوم التيار، تجعل تيار الخرج النهائي من المولد مقومًا. هذا يعني أن يشير التيار في الاتجاه نفسه.

في نص السؤال، علمنا أن كل لفة من هذه اللفات مفصولة عن أقرب لفة مجاورة بزاوية ثابتة. بما أن هناك أربع لفات مرسومة، فإننا نعلم أن قياس هذه الزاوية يساوي 45 درجة. يشبه المولد ‪II‬‏ هذا من حيث وجود أربع لفات أيضًا في هذا المولد، لكن جميع اللفات يكون بعضها في محاذاة بعض. قياس الزاوية التي تفصل بينها يساوي صفرًا.

كما هو الحال مع المولد ‪I‬‏، فإن التيار المتولد في المولد ‪II‬‏ مقوم. لكن، نظرًا لأن اللفات في هذين المولدين مرتبة ترتيبًا مختلفًا بعضها عن بعض، فإن خرج التيار الكلي من كل مولد سيكون مختلفًا. يمكننا رؤية ذلك بوضوح أكبر من خلال تخيل تمثيل بياني يوضح لنا التيار المتولد في كل لفة للمولد على حدة.

لنفترض، في حالة المولد ‪I‬‏، أن هذا يمثل تمثيلًا بيانيًّا للتيار المقوم مقابل الزمن لأحد اللفات الأربع. إذا رسمنا بعد ذلك التيار المتولد عن اللفة التالية المجاورة في الملف، تمامًا كما تبعد تلك اللفة عن اللفة السابقة بمقدار 45 درجة، فإن التيار المتولد سيبتعد عن التيار السابق المتولد بمقدار فرق الطور نفسه. ينطبق الأمر نفسه على التيار المستحث في اللفة التالية واللفة الرابعة والأخيرة في الملف.

عمليًّا، مع الدائرة التي أنشأناها هنا، لن نتمكن من رؤية تمثيل بياني كهذا. بدلًا من ذلك، سيقيس هذا الأميتر التيار الكلي المتولد من اللفات الأربع. يمكننا إيجاد ذلك من خلال جمع كل هذه التيارات الأربعة المتولدة فرديًّا معًا. الشكل الكلي لهذا المنحنى الناتج، ليس مقداره، بل شكله، سيتبع قمم كل تمثيل من هذه التمثيلات البيانية للتيارات المتولدة فرديًّا. إذن، يمكننا القول إن هذا الشكل الصدفي، كما يمكننا أن نطلق عليه، هو شكل التيار الكلي المتولد من خلال المولد ‪I‬‏.

لكن في هذا السؤال، سئلنا عن المولد ‪II‬‏ وأي من هذه التمثيلات البيانية، إذا كان بإمكاننا تحديد أي منها، يناظر خرج هذا المولد. لقد لاحظنا أنه في المولد ‪II‬‏، تكون اللفات الأربع متفقة في الطور، بمعنى أنها ينفصل بعضها عن بعض بمقدار صفر درجة. ومن ثم، إذا كان التيار المقوم المتولد عن أي من هذه اللفات الأربع يبدو بهذا الشكل، فإن التيار المتولد في أي من اللفات المتبقية سيبدو بالشكل نفسه. وعليه، عندما يجمع الأميتر شدة كل تيار من هذه التيارات الأربعة الفردية معًا، فسيظهر مع مرور الوقت ما يمكن تسميته نسخة مضخمة من هذا التمثيل البياني. هذا يعني أنها ستبدو بهذا الشكل.

نلاحظ إذن أنه يمكننا مطابقة خرج المولد ‪II‬‏ بأحد الخرجين على التمثيل البياني. إنه يناظر الخط الأحمر الذي أطلقنا عليه الخرج ب. ما يهم في هذا الخط الأحمر ليس الموضع الذي يبدأ منه عند قيمة زمنية ‪𝑡‬‏ يساوي صفرًا، بل إنه يرتفع لأعلى من تيار شدته صفر إلى أقصى قيمة لشدة التيار، موضحًا أن المولد المستخدم لتوليد هذا التيار كانت لفاته متفقة في الطور، بمعنى أن اللفات منفصلة بعضها عن بعض بزاوية تساوي صفر درجة. إذن للإجابة عن السؤال، نختار الخرج ب. هذا هو خرج التيار المناظر لمولد التيار المقوم ‪II‬‏.