مجموعة بناء دوائر التيار المتردد – ركّب دوائر RLC
الفيزياءالكهرباء والدوائر الكهربائية17–18 سنةمختبر افتراضي
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلابنِ أي دائرة بالسحب والإفلات من مصدر تيار متردد وبطاريات وأسلاك ومقاومات ومصابيح ومفاتيح ومكثفات وملفات حثية ومصاهر. تهتز الإلكترونات ذهابًا وإيابًا مع المصدر وتتوهج المصابيح بحسب القدرة اللحظية؛ ويكشف الفولتميتر والأميتر ومنحنيا الجهد–الزمن والتيار–الزمن فرق الطور بين u و i في المكثفات والملفات، بينما تبيّن البطارية والمفتاح وساعة الإيقاف شحن المكثف بثابت زمني τ = RC. مقتبسة من محاكاة "Circuit Construction Kit: AC" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)، وأعيدت كتابتها.
الدرس: دوائر التيار المتردد
ماذا تعرض
مجموعة افتراضية لبناء الدوائر في موضوع التيار المتردد: يسحب الطلاب العناصر من صندوق الأدوات إلى اللوحة ويصلون أطراف الأسلاك الحرة ليكوّنوا أي دائرة يريدونها، على التوالي أو على التوازي أو بعدة مصادر، بدلًا من الاكتفاء بالنظر إلى مخطط مطبوع. تُحل الدائرة لحظيًا بطريقة تحليل العُقد، فيعطي كل ترتيب قراءات صحيحة. ويضع لوح القراءات القيم المحاكاة بجوار حل المتجهات الطورية: المعاوقة Z = √(R² + (Z_L − Z_C)²)، والسعة I₀ = U₀/Z، وفرق الطور. ففي الدائرة الجاهزة R–L–C على التوالي يكون تردد الرنين f₀ = 1/(2π√(LC)) ≈ 0.32 Hz، وعنده يبلغ التيار الأعظمي 1 A ويتفق في الطور مع الجهد.
طريقة الاستخدام
في تبويب «مقدمة» اسحب المصدر والمصابيح والمقاومات من صندوق الأدوات وصِل أطرافها. فعّل «الفولتميتر» أو «الأميتر» أو «منحنى U–t» و«منحنى I–t» واسحب المجسات إلى الدائرة. في تبويب «المختبر» ضع المنحنيين على المكثف نفسه لترى i يتقدم على u بمقدار 90°، أو على ملف لترى i يتأخر. اختر «الدائرة الجاهزة» واضغط «تحميل الدائرة»، واستخدم «ساعة الإيقاف» مع بطارية ومفتاح لتوقيت شحن المكثف حتى 63 % (τ = RC).
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة مقدمة, المختبر
- الدائرة الابتدائية (الدوائر التي فيها مكثف أو ملف تفتح شاشة المختبر) لوحة فارغة, مصدر متردد + مصباح, R–C توالٍ (متردد), R–L توالٍ (متردد), R–L–C توالٍ (رنين), الشحن: بطارية + مفتاح + R + C, ملف حثي: بطارية + مفتاح + مصباح + L
- سعة جهد المصدر المتردد U₀ 0–120 V
- تردد المصدر المتردد 0.1–2 Hz
- جهد البطارية 0–120 V
- المقاومة R 0–120 Ω
- السعة الكهربائية C 0.01–0.2 F
- المحاثة L 0.1–10 H
- مقاومة السلك لكل متر (المختبر) 0–1 Ω/m
- عرض التيار على شكل إلكترونات, التيار الاصطلاحي
- نمط رموز العناصر واقعي, تخطيطي
- عرض أسماء العناصر
- عرض قيم العناصر
- عرض الفولتميتر
- عرض الأميتر
- عرض منحنى الجهد–الزمن
- عرض منحنى التيار–الزمن
- عرض ساعة الإيقاف (المختبر)
أسئلة للاستكشاف
- لماذا يومض مصباح موصول بمصدر تيار متردد منخفض التردد مرتين في كل دورة؟
- عند وضع المنحنيين على المكثف نفسه، هل تأتي قمة i قبل قمة u أم بعدها؟ وماذا عن الملف الحثي؟
- في دائرة توالٍ، هل مجموع سعات الجهد على R و L و C يساوي سعة جهد المصدر؟ ولماذا؟
