الدائرة المهتزة |

تتكون دائرة LC أو الدائرة المهتزة من مكثف مشحون وملف حث و فقط. قد توجد بطارية و لكن فقط لشحن المكثف. الدائرة تحتوي على جهازين كلاهما يخزن الطاقة سواء في صورة طاقة كهربية أو مغناطيسية. يتم شرح كيف تعمل الدائرة و كذلك الفرق بينها و بين دائرة الرنين و أستخدامها.

شرح الدائرة المهتزة

سنبدأ شرح الدائرة بفرض أن المكثف يحمل في البداية شحنة $Q_{0}$ .

المكثف يحمل في البداية شحنة $Q_{0}$ . و هي شحنة على أحد لوحية و بالتالي فإنه يخزن قدر من الطاقة الكهربية
يريد المكثف تفريغ الشحنة الموجودة على لوحيه ودفع التيار عبر ملف الحث. ولكن ملف الحث يعاكس التغير في التيار. لذلك لا يمكن للمكثف تفريغ شحنته على الفور. و لكن يزداد التيار تدريجيًا حتي تمام تفريغ المكثف.
بمجرد تفريغ المكثف بالكامل يكون تيار ملف الحث أقصاه $I_{max}$ . مكونه مجالا مغناطيسيا بين طرفي الملف.

أي تتحول الشحنة من على لوحي المكثف الى تيار داخل ملف الحث ومن ثم الى مجال مغناطيسي في ملف الحث. أو بلغة اخرى تتحول الطاقة من المكثف الى ملف الحث. حيث يحتوي المكثف المشحون بالكامل على طاقة مخزنة (الطاقة الكهربية). يجب أن تكون نفس الطاقة في ملف الحث و لكن بصورة أخرى (طاقة مغناطيسية) وذلك بافتراض أنه لا توجد مقاومة في الدائرة المهتزة لتبديد الطاقة ( تحويلها إلى طاقة حرارية). و لا ينتهي علمية التحول في الطاقة هنا.

يحدث تحول من الطاقة المغناطيسية المختزنة بين طرفين ملف الحث مرة أخرى إلى طاقة كهربية مخزنه بين لوحي المكثف.
ومن ثم تتراكم الشحنة مرة أخرى على المكثف و يشحن المكثف بالكامل مع قطبية معكوسة.

و تتكرر العملية في الدائرة المهتزة إلى أجل غير مسمى طالما لم يتم تبديد الطاقة (تحويلها إلى طاقة حرارية).

LC Circuit

تذبذب كهرومغناطيسي مشابه للتذبذبات الميكانيكية للحركة التوافقية البسيطة للبندول مثلا كيف تتحول طاقة الوضع الى حركة والعكس.
يكون التردد الزاوي $\omega$ أو التردد f

$\omega^2 = \frac{1}{LC}$
$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$

عندما نضيف مقاومة إلى دائرة LC تقل الطاقة تدريجيا نظرا لتبدد جزا منها و كذلك الشحنة على طرفي المكثف وتيار الدائرة. و من ثم قد نحتاج إلى مصدر (بطارية) لتعويض الطاقة المفقودة على المقاومة.
تستخدم الدائرة المهتزة كدائرة إرسال موجات كهرومغناطيسية.

مقارنه الحركة التوافقية البسيطة و الدائرة المهتزة

ربما تذكرك كلمة “الرنين” بالحركة التوافقية البسيطة و تحول نوع من الطاقة إلى نوع أخر. كما الحال في الارجوحة أو البندول بين طاقتي الوضع والحركة. أما عن حالة الرنين في الدائرة المهتزة تتحول الطاقة الكهربائية المخزونة في المكثف الى طاقة مغناطيسية في ملف الحث خلال التفريغ و العكس خلال شحن المكثف. وهو ذاته ما يحدث فيه الحركة التوافقية البسيطة في الأرجوحة أو البندول حيث تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة.

و هناك تشابه أخر أنه عندما يكون هناك احتكاك في الأرجوحة أو البندول سوف يؤدي هذا الاحتكاك الى فقد جزء من الطاقة ومن ثم تقليل سعة الاهتزازة مما يؤدي الى تباطئ الحركة وفقدان الطاقة تدريجيا. وهو نفسه ما يحدث في الدائرة تحديدا عندما يكون هناك مقاومة فإن جزء من الطاقة سوف يفقد في صورة حرارة (قدرة مستهلكة) على المقاومة في كل مرة يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى مغناطيسية و العكس. هذا الفقد يقلل الطاقة الكلية في الدائرة تدريجيا حتى تتلاشى. وكما يمكن الحفاظ على سعة اهتزاز الأرجوحة كما هي عن طريق دفعها. فيمكن أيضا الحفاظ على الطاقة الموجودة في الدائرة المهتزة كما هي عن طريق توصيل الدائرة بمصدر خارجي للجهد حتى يتم إضافه شحنة الى المكثف كلما قلت الطاقة الكهربية.

الدائرة المهتزة ودائرة الرنين

تعد الدائرتين المهتزة و الرنين من أهم تطبيقات التيار المتردد و حجر الأساس لأجهزة الأرسال و الاستقبال. حيث تستخدم المهتزة كجهاز ارسال بينما تستخدم الرنين في الاستقبال.

شرح تفصيلي للدائرة المهتزة في الفيديو امتحان تقويمي (اختبار على الدائرة المهتزة)

الدائرة المهتزة pdf