فيديو السؤال: فهم أنواع التيار الكهربي الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يوضح التمثيل البياني فرق الجهد مقابل الزمن لثلاثة مصادر للتيار.

حسنًا، قبل أن نتناول الأسئلة، دعونا نلق نظرة سريعة على هذا التمثيل البياني. نلاحظ أنه يوضح فرق الجهد مقابل الزمن لمصادر التيار الثلاثة هذه. أحدها هو (أ)، وموضح باللون الأخضر. والثاني (ب) باللون الأزرق، والأخير (ج) باللون الأحمر. بعد معرفة ذلك، ننتقل إلى السؤال الأول.

أي مصدرين للتيار لهما فرق جهد مقداره دائمًا غير سالب؟

«غير سالب» يعني أن القيمة يمكن أن تكون صفرًا أو موجبة. لكن لا يمكن أن تكون أصغر من صفر. بالنظر إلى مصادر التيار الثلاثة الموضحة، سنجد أن المصدر (ج)، وهو المصدر الأحمر، يقع بالتأكيد أسفل المحور الأفقي. ومن ثم، فله قيم فرق جهد سالبة. على الجانب الآخر، المصدر (أ) الموجب دائمًا والمصدر (ب) الذي يكون إما موجبًا أو صفرًا ليس لهما أبدًا قيم سالبة. إذن، هذه هي إجابة هذا السؤال. المصدران (أ) و(ب) هما اللذان مقدار فرق جهدهما دائمًا غير سالب.

السؤال التالي هو: أي مصدر للتيار له فرق جهد ثابت مع الزمن؟

بالرجوع إلى التمثيل البياني، نجد أن المصدر (أ)، أي الخط الأخضر، له دائمًا القيمة نفسها. وهي 140 فولت. هذا هو المخطط الوحيد من بين الثلاثة الذي لا يتغير مع الزمن. إذن، فالمصدر (أ) هو الإجابة. يظل فرق جهد هذا المصدر ثابتًا على مدار مقياس الزمن الموضح. والآن لنتناول بعض الأسئلة الأخرى حول هذا التمثيل البياني.

الأمر التالي الذي نريد معرفته هو أعلى قيمة جهد للمصدر (ج).

من التمثيل البياني، يمكننا ملاحظة أن المصدر (ج) هو المنحنى الأحمر. وأعلى قيمة للجهد هي أقصى جهد يصل إليه المنحنى أثناء اهتزازه لأعلى ولأسفل. لإيجاد هذه القيمة، سنحدد أعلى جزء من منحنى هذا المصدر. وبعد ذلك، نرسم خطًّا أفقيًّا يصل إلى المحور الرأسي.

نرى أن هذا الخط يقطع المحور بين 150 و100 فولت. على وجه التحديد، يمكننا تقسيم هذا الجزء إلى خمسة أجزاء محددة بشكل متساو. ومن ثم يمثل كل جزء فرقًا مقداره 10 فولت. ويقطع الخط الأفقي المحور عند الجزء الثاني من هذه الأجزاء فوق 100 فولت. وبما أن كل جزء من الجزأين يمثل فرقًا يساوي 10 فولت، فهذا يعني أن الخط يقطع المحور عند 120 فولت. ومن ثم سنكتب هذه الإجابة لأعلى قيمة جهد للمصدر (ج).

بعد ذلك، نطرح السؤال نفسه، لكن هذه المرة عن المصدر (ب). لإيجاد الحل، سنبدأ بتحديد موضع أعلى نقطة، أي أعلى قيمة، على المنحنى الأزرق. وهو المنحنى الذي يمثل المصدر (ب). نلاحظ أن هذا المصدر له قيمة عظمى تتوافق مع القيمة العظمى للمصدر (ج). بعبارة أخرى، إذا رسمنا خطًّا أفقيًّا من هذه القيمة العظمى، فسيكون على المستوى الرأسي نفسه للقيمة العظمى للمصدر (ج). هذا يعني أننا إذا تتبعنا هذا الخط وصولًا إلى المحور الرأسي، فسنجد الناتج نفسه الذي حصلنا عليه سابقًا. المصدر (ب) له قمة أو قيمة عظمى للجهد تساوي القيمة العظمى للمصدر (ج)، وهي 120 فولت. وأخيرًا، ننتقل إلى السؤال الأخير.

أي من مصادر التيار الموضحة في التمثيل البياني يرجح أن يتم إنتاجه من خلال مولد كهربي يحتوي على مقوم تيار؟

أهم ما يجب معرفته هنا هو وظيفة مقوم التيار. يبدو مقوم التيار مثل حلقة معدنية منقسمة إلى نصفين. وعندما تدمج حلقة منقسمة كهذه في مولد يعمل عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، فإنها تجعل كل التيار الناتج من المولد يسري في الاتجاه نفسه. بعبارة أخرى، يكون فرق الجهد دائمًا له الإشارة نفسها. ووفقًا لما هو متعارف عليه، تكون هذه إشارة موجبة.

بعبارة أخرى، سيكون لمقوم التيار فرق جهد متغير جيبيًّا. وسيأخذ جميع القيم السالبة، ويقلبها حول المحور الأفقي. هذا يعني أنه إذا كان لدينا تمثيل بياني يبدو بهذا الشكل في البداية، فإن تأثير وضع مقوم للتيار في الدائرة الكهربية سيتمثل في قلب الأجزاء السالبة من هذا المنحنى. ويمثلها هذا الخط المتقطع الذي تركناه هنا فقط للمقارنة. ويكون الجزء الحقيقي من المنحنى، بمجرد استخدام مقوم التيار، كل ما هو أعلى المحور الأفقي.

يمكننا الآن العودة إلى التمثيل البياني لنرى إذا ما كان أي من مصادر التيار الثلاثة ينتج تمثيلًا يشبه ما رأيناه هنا. وبالفعل نلاحظ أن مصدر التيار (ب)، وهو المصدر ذو اللون الأزرق، يبدو بهذا الشكل. في الأصل، يبدو هذا المخطط وكأن نصف نقاط بياناته ربما كانت تقع أسفل المحور الأفقي. لكن بعد ذلك، أدخل مقوم تيار في النظام، ما جعل المولد دينامو. وقلبت أو قومت جميع هذه القيم السالبة لأعلى هذا المحور الأفقي.

هذا يعني أن مصدر التيار (ب) نتج على الأرجح عن مولد كهربي يحتوي على مقوم تيار. هذا لأن منحنى الجهد مقابل الزمن الموضح هنا يشبه إلى حد كبير منحنى جيبيًّا تم تقويمه أو قلبه لأعلى المحور الأفقي بفعل مقوم تيار.