طريقة الاستخدام
- اكتب التردد الذي يعمل عنده المصدر، مثلاً 50 لتردد 50 هرتز.
- اكتب أجزاء الدائرة في خانات المقاومة والحث والسعة. اترك الخانة فارغة إذا لم يكن الجزء موجوداً.
- اقرأ المفاعلة الحثية والمفاعلة السعوية عند ذلك التردد، ثم المعاوقة على التوالي والمعاوقة على التوازي مع زاويتيهما.
- افتح الحساب خطوة بخطوة لتتحقق من كل رقم يدوياً.
المعادلات
تعارض الملفات والمكثفات مرور التيار المتردد بطريقة تتوقف على التردد. هذه المعارضة بالأوم تُسمّى المفاعلة: XL مفاعلة الملف، وXC مفاعلة المكثفة. في الدائرة المتوالية تُجمع المفاعلات مع المقاومة كمتجهات، وفي الدائرة المتوازية تُجمع المسامحات (1 ÷ Z) للفروع.
XL = 2πfL
XC = 1 ÷ (2πfC)
على التوالي: Z = R + jX، X = XL − XC
|Z| = √(R² + X²)، θ = arctan(X ÷ R)
على التوازي: Y = 1/R + j(2πfC − 1 ÷ (2πfL))
|Z| = 1 ÷ |Y|، θ = −arg(Y)
f التردد (هرتز) L الحث (هنري) C السعة (فاراد) R المقاومة (أوم)
- زاوية الطور الموجبة تعني أن الجهد يسبق التيار، وهذا ما تفعله الدائرة الحثية. والزاوية السالبة تعني أن المكثفة هي الغالبة.
- الدائرتان المتوالية والمتوازية تُبنيان من الأجزاء نفسها: R وL وC نفسها تعطي معاوقة مختلفة في كل منهما.
ما لا تغطيه الحاسبة
- الدوائر التي تجمع بين التوالي والتوازي، أو التي تضم أكثر من مقاومة أو ملف أو مكثفة في فرع واحد. أدخل القيم المكافئة، أو طبّق قواعد المعاوقة فرعاً فرعاً.
- خسائر الأجزاء الحقيقية: مقاومة سلك الملف، أو المقاومة المكافئة المتسلسلة للمكثفة، لا تدخل ضمن R إلا إذا أدخلتها أنت.
- تأثيرات التردد في الأجزاء الحقيقية، مثل خسائر قلب الملف وتفاوت قيمة المكثفة.
مثال محلول: تردد 50 هرتز مع R = 10 أوم وL = 100 ملي هنري وC = 100 ميكروفاراد
المفاعلة الحثية XL = 2π × 50 × 0.1 = 31.42 أوم، والمفاعلة السعوية XC = 1 ÷ (2π × 50 × 0.0001) = 31.83 أوم.
على التوالي تكون المفاعلة الصافية X = 31.42 − 31.83 = −0.415 أوم، لذلك |Z| = √(10² + 0.415²) = 10.01 أوم بزاوية طور −2.38°. المكثفة تغلب الملف قليلاً، فالدائرة سعوية بعض الشيء.
على التوازي تكون مسامحة فرع المقاومة 1 ÷ 10 = 0.1 سيمنز، والمسامحة التفاعلية الصافية للفرعين −0.415 ملي سيمنز فقط. لذلك |Z| = 10 أوم بزاوية +0.24°، وهي قريبة جداً من المقاومة وحدها.
الأسئلة الشائعة
بأي وحدة تُقاس المفاعلة؟
تُقاس المفاعلة بالأوم، كالمقاومة تماماً. وهي الجزء من المعاوقة الذي يخزّن الطاقة الكهربائية ويعيدها، بدلاً من تحويلها إلى حرارة.
لماذا تنخفض المفاعلة السعوية مع ارتفاع التردد؟
تمرّر المكثفة تياراً أكبر عند التردد الأعلى، لأن لديها وقتاً أقل للشحن في كل دورة، فـ XC = 1 ÷ (2πfC) تصغر كلما كبرت f. أما المفاعلة الحثية فتفعل العكس، لأن XL = 2πfL تكبر مع التردد.
لماذا تخرج زاوية الطور على التوالي سالبة؟
الزاوية السالبة تعني أن المفاعلة السعوية أكبر من المفاعلة الحثية، فيسبق التيار الجهد. وتتبع الإشارة قيمة X = XL − XC.
هل يمكنني كتابة 4k7 أو 100µ في الخانات؟
نعم. حسب الخانة، تُقرأ 4k7 على أنها 4.7 كيلو أوم، وتُقرأ 100µ على أنها 100 ميكروفاراد. الوحدة المكتوبة بعد الرقم، مثل 100µF أو 50Hz، تُتجاهل.
لماذا تختلف المعاوقة على التوازي عن المعاوقة على التوالي؟
على التوازي تُجمع التيارات في الفروع، لذلك تكون المعاوقة مقلوب مجموع مسامحات الفروع. والأجزاء نفسها تشكّل مسارات تيار مختلفة، فتعطي معاوقة مختلفة.
ماذا تفعل مقاومة قيمتها صفر أوم في نتيجة التوازي؟
المقاومة المتوازية التي قيمتها صفر تقصر الدائرة، فتصبح المعاوقة على التوازي صفراً، ولا تُعرض تلك النتيجة. اترك خانة المقاومة فارغة إذا لم تكن هناك مقاومة.
المصادر
- ويكيبيديا (باللغة الإنجليزية): Electrical reactance (XL = 2πfL وXC = 1/(2πfC))
- ويكيبيديا (باللغة الإنجليزية): Electrical impedance (Z = R + jX، والمقدار والطور على التوالي والتوازي)
- ويكيبيديا (باللغة الإنجليزية): RLC circuit (الدوائر RLC المتوالية والمتوازية)
آخر مراجعة للأرقام والنص: الثلاثاء، 30 جمادى الأولى 1448 بعد الهجرة.