تمرین ۵-۴ فصل چهارم فیزیک یازدهم
معادلهٔ جریان - زمان یک مولد جریان متناوب برحسب یکاهای SI به صورت $$I = (۴/۰ \times ۱۰^{-۲}) \sin(۲۵۰\pi t)$$ است.
الف) جریان در دو لحظهٔ t₁=۲/۰ms و t₂=۸/۰ms چقدر است؟
ب) دورهٔ تناوب جریان را به دست آورید و نمودار جریان - زمان را در یک دورهٔ کامل رسم کنید.
پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۵-۴ فصل چهارم فیزیک یازدهم
سلام! برای حل این سوال باید با معادله جریان متناوب و پارامترهای آن آشنا باشیم.
**شکل کلی معادله:**
معادله جریان متناوب به صورت $$ I = I_{max} \sin(\omega t) $$ است. با مقایسه این شکل کلی با معادله داده شده، داریم:
* بیشینه جریان: $$ I_{max} = ۴/۰ \times ۱۰^{-۲} \, A = ۰/۰۴ \, A $$
* بسامد زاویهای: $$ \omega = ۲۵۰\pi \, rad/s $$
---
**الف) محاسبه جریان در لحظات t₁ و t₂:**
1. **جریان در لحظه t₁ = ۲/۰ms:**
* ابتدا زمان را به ثانیه تبدیل میکنیم: $$ t_۱ = ۲/۰ \, ms = ۲/۰ \times ۱۰^{-۳} \, s $$
* مقدار را در معادله جایگذاری میکنیم:
$$ I_۱ = ۰/۰۴ \sin(۲۵۰\pi \times (۲/۰ \times ۱۰^{-۳})) = ۰/۰۴ \sin(۵۰۰\pi \times ۱۰^{-۳}) $$
$$ I_۱ = ۰/۰۴ \sin(۰/۵\pi) = ۰/۰۴ \sin(\frac{\pi}{۲}) $$
* میدانیم که $$ \sin(\frac{\pi}{۲}) = ۱ $$. پس:
$$ I_۱ = ۰/۰۴ \times ۱ = ۰/۰۴ \, A $$
2. **جریان در لحظه t₂ = ۸/۰ms:**
* زمان را به ثانیه تبدیل میکنیم: $$ t_۲ = ۸/۰ \, ms = ۸/۰ \times ۱۰^{-۳} \, s $$
* مقدار را در معادله جایگذاری میکنیم:
$$ I_۲ = ۰/۰۴ \sin(۲۵۰\pi \times (۸/۰ \times ۱۰^{-۳})) = ۰/۰۴ \sin(۲۰۰۰\pi \times ۱۰^{-۳}) $$
$$ I_۲ = ۰/۰۴ \sin(۲\pi) $$
* میدانیم که $$ \sin(۲\pi) = ۰ $$. پس:
$$ I_۲ = ۰/۰۴ \times ۰ = ۰ \, A $$
---
**ب) دوره تناوب (T) و رسم نمودار:**
1. **محاسبه دوره تناوب:**
رابطه بین بسامد زاویهای ($$\omega$$) و دوره تناوب ($$T$$) به صورت $$ \omega = \frac{۲\pi}{T} $$ است. پس:
$$ T = \frac{۲\pi}{\omega} = \frac{۲\pi}{۲۵۰\pi} = \frac{۲}{۲۵۰} = \frac{۱}{۱۲۵} \, s = ۰/۰۰۸ \, s $$
دوره تناوب برابر **۸ میلیثانیه (۸ms)** است.
2. **رسم نمودار:**
نمودار یک موج سینوسی است که:
* مقدار بیشینه (قله) آن **+۰/۰۴A** و مقدار کمینه (دره) آن **-۰/۰۴A** است.
* یک دوره کامل آن **۸ms** طول میکشد.
* از نقطه (t=0, I=0) شروع میشود.
* در ربع دوره (t=2ms) به قله (+۰/۰۴A) میرسد.
* در نیم دوره (t=4ms) دوباره به صفر میرسد.
* در سه ربع دوره (t=6ms) به دره (-۰/۰۴A) میرسد.
* در پایان دوره (t=8ms) به صفر بازمیگردد.