حلول تمارين الكتاب المدرسي حول الظواهر الكهربائية

حلول تمارين الكتاب المدرسي حول الظواهر الكهربائية

ملاحظة: توجد تمارين الكتاب المدرسي حول الظواهر الكهربائية بصيغة الـ PDF في نهاية المقال.

حل التمرين 1 صفحة 160:

سعة المكثفة الأولى:

C1=QU1=3×1056=0.5×105  FC_1=\frac{Q}{U_1}=\frac{3\times10^{-5}}{6}=0.5\times10^{-5}\;F

التوتر بين طرفي المكثفة الثانية:

U2=QC2=3×105106=30  VU_2=\frac{Q}{C_2}=\frac{3\times10^{-5}}{10^{-6}}=30\;V

حل التمرين 2 صفحة 160:

1- شحنة المكثفة الأولى:

Q1=C1U=2×106×100=2×104  CQ_1=C_1U=2\times10^{-6}\times100=2\times10^{-4}\;C

عند ربط المكثفتين على التفرع تتوزع الشحنة Q1Q_1 عليهما حسب سعة كل واحدة.
السعة المكافئة لهما هي:

C=C1+C2=2+0.5=2.5  μFC=C_1+C_2=2+0.5=2.5\;\mu F

2- التوتر بين طرفي كل مكثفة يساوي التوتر بين طرفي المكثفة المكافئة أي:

U=Q1C=2×1042.5×106=80  VU'=\frac{Q_1}{C}=\frac{2\times10^{-4}}{2.5\times10^{-6}}=80\;V

حل التمرين 3 صفحة 162:

1 ـ العلاقات بين uu و tt:

لدينا الشحنة المخزنة على لبوسي المكثفة في اللحظة tt:

q=It(1)q=I \, t \quad (1)

ولدينا العلاقة بين التوتر والشحنة:

u=qC(2)u=\frac{q}{C} \quad (2)

من العلاقتين (1) و(2) نستنتج العلاقة المطلوبة:

u=ICtu=\frac{I}{C} \, t

2 ـ رسم البيان u=f(t) واستنتاج سعة المكثفة:


نلاحظ أن ميل البيان يمثل المقدار:

IC​

حل التمرين 10 صفحة 161:

1 ـ رسم الدارة الكهربائية:

التمرين 10 صفحة 161 من وحدة الظواهر الكهربائية

حسب قانون جمع التوترات (قانون كيرشوف)

u+uR=E

حسب قانون أوم

uR=Ri

بالتعويض في المعادلة الأولى

u+Ri=E

نستنتج التيار الكهربائي i بدلالة u

i=EuR

2 ـ إتمام الجدول:

بالاعتماد على البيان نجد: E = 4 V

إتمام الجدول بالاعتماد على البيان

لدينا:

عند t=0t = 0 نجد:

u=0i0=4020×103=2×104A

عند t=5st = 5\,\text{s} نجد:

u=2,5Vi0=42,520×103=0,75×104A

وبنفس الطريقة نجد:

25

20

15

10

5

0

t(s)

0,00

0,06

0,12

0,31

0,75

2,00

i×10-4A

3 ـ تعيين قيمة ثابت الزمن τ لثنائي القطب (RC):

من البيان نجد: τ = 5 s

4 ـ ايجاد قيمة C:

لدينا:

τ=RCC=τR

وبالتعويض نجد:

C=2,520×103=2,5×104F

5 ـ رسم البيان i = f(t):

رسم البيان i = f(t) تمرين 10 صفحة 161

6 ـ كيفية تطور شدة التيار:

نلاحظ أن شدة التيار خلال عملية شحن المكثفة تتناقص من قيمة أعظمية حتى تنعدم.

حل التمرين 13 صفحة 161:

1 ـ كتابة المعادلة التفاضلية للدارة بدلالة q(t):

حل التمرين 13 صفحة 162 من وحدة الظواهر الكهربائية

لدينا:

uC+uR=0

بالتعويض:

uC+Ri=0

ولدينا:

uC=qCوi=dqdt

بالتعويض مجددًا:

qC+Rdqdt=0

نرتب المعادلة:

dqdt+1RCq(t)=0

وبما أن:

τ=RC

فإن المعادلة تصبح:

dqdt+1τq(t)=0(I)

2 ـ الاثبات بأن q(t) = Q0e-t/τ يمثل حل للمعادلة التفاضلية (I):

لدينا:

dqdt+1τq(t)=0(I)

ولدينا:

q(t)=Q0etτ(2)

نحسب المشتقة:

dqdt=Q0τetτ(3)

بالتعويض في المعادلة (I):

Q0τetτ+1τQ0etτ=0

وبالتالي:

0=0

وهذا يثبت أن الحل q(t)=Q0etτq(t) = Q_0 e^{-\frac{t}{\tau}} يحقق المعادلة التفاضلية (I).

3 ـ البرهان على أن المماس للبيان عند M(0;Q0)M(0; Q_0) يقطع محور الأزمنة عند t=τt = \tau:

معادلة المماس من الشكل:

q(t)=at+bq(t) = a \cdot t + b

حيث:

a=dqdtt=0,b=q(0)a = \left. \frac{dq}{dt} \right|_{t=0}, \quad b = q(0)

ومنه:

a=Q0τe0=Q0τa = \frac{-Q_0}{\tau} \cdot e^0 = \frac{-Q_0}{\tau}

وكذلك:

b=q(0)=Q0e0=Q0b = q(0) = Q_0 \cdot e^0 = Q_0

ومنه معادلة المماس عند M(0;Q0)M(0; Q_0) هي:

q(t)=Q0τt+Q0q(t) = \frac{-Q_0}{\tau} \cdot t + Q_0

من أجل q=0q = 0 نجد:

Q0τt+Q0=0tτ+1=0\frac{-Q_0}{\tau} \cdot t + Q_0 = 0 \quad \Rightarrow \quad \frac{-t}{\tau} + 1 = 0

ومنه:

tτ=1tτ=1t=τ

4 ـ تعيين ثابت الزمن بيانيا:

من البيان نجد: τ = 20 ms

5 ـ حساب سعة المكثفة:

لدينا:

τ=RC\tau = R \cdot C

ومنه:

C=τRC = \frac{\tau}{R}

ومنه:

C=20×103105=2×107 F

ومنه: C = 0,2 µF

6 ـ حساب شحنة المكثفة:

أ ـ عند t = 0:

Q0 = 0,2×10-6×5 = 10-6 F = 1µF

ب ـ عند t = 5τ:

q(5τ) = Q0e-5 = 10-6×6,7×10-3 = 6,7nC

7 ـ حساب شدة التيار:

لدينا:

i(t)=dqdt=ERetτi(t) = \frac{dq}{dt} = -\frac{E}{R} \cdot e^{-\frac{t}{\tau}}

حيث:

E=Q0C=1060,2×106=5 VE = \frac{Q_0}{C} = \frac{10^{-6}}{0{,}2 \times 10^{-6}} = 5 \ \text{V}

ومنه:

i(t)=5×105etτ A

أ ـ عند t = 0 نجد: i = - 50 µA

ب ـ عند t = 5τ نجد: i = - 0,33 µA

تمارين الكتاب المدرسي حول الظواهر الكهربائية بصيغة الـ PDF

أنقر هنا من أجل متابعة مدونتنا

 

تعليقات