كتاب الفيزياء الثالث المتوسط

‫وكذلك في عملية ت أ�ين الغازات (مثل ت أ�ين غاز النيون داخل‬ ‫م�صباح الفلور�سنت وتحت ال�ضغط الواطئ) ين�ساب التيار‬ ‫الكهربائي بو�ساطة حركة الايونات الموجبة والالكترونات في غاز‬ ‫النيون المت�أين الموجود داخل هذه ا ألنابيب‪ ،‬لاحظ �شكل (‪.)7‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫لو ت�صورنا مقطع ًا عر�ضي ًا لمو�صل م�ساحته (‪ )A‬تعبر منه‬ ‫ال�شحنات الكهربائية فان‪:‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪A‬‬ ‫مقدار ال�شحنات الكهربائية الكلية التي تعبر هذا المقطع في‬ ‫وحدة الزمن هي مقدار التيار الكهربائي‪.‬لاحظ ال�شكل (‪.)8‬‬ ‫كمية ال�شحنة‬ ‫التيار الكهربائي =‬ ‫الزمن‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫) ويطلق عليها أ�مبير (‪.Ampere)A‬‬ ‫‪C‬‬ ‫(‬ ‫ـا‬ ‫ـ‬ ‫لهـ‬ ‫ويرمز‬ ‫)‬ ‫‪coulomb‬‬ ‫(‬ ‫ـدات‬ ‫بوحـ‬ ‫الكهربائي‬ ‫التيار‬ ‫ويقا�س‬ ‫‪second‬‬ ‫‪s‬‬ ‫الامبير الواحد‬ ‫يمثل تدفق كولوم واحد من ال�شحنات الكهربائية في مقطع مو�صل خلال ثانية واحدة‪.‬‬ ‫فعندما يقال ان تيار كهربائي مقداره (‪ )2A‬ين�ساب في �سلك مو�صل‪ ،‬فهذا يعني أ�ن �شحنة كهربائية مقدارها‬ ‫(‪ )2C‬تعبر مقطع ًا من هذا ال�سلك في الثانية الواحدة (‪.)s‬‬ ‫ال�شحنة (بالكولوم)‬ ‫التيار (بالامبير) =‬ ‫الزمن (بالثانية)‬ ‫= )‪Current (A‬‬ ‫)‪Charge (C‬‬ ‫)‪Time (s‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪t‬‬ ‫التيارات �صغيرة المقدار تقا�س ب أ�جزاء ا ألمبير ‪:‬‬ ‫‪ 1 mA = 10 -3 A‬ملي أ�مبير‬ ‫‪ 1μA = 10-6 A‬مايكرو �أمبير‬ ‫‪51‬‬

‫ﻣﺜﺎل )‪(1‬‬ ‫يمر خلال مقطع ًا عر�ضي ًا من مو�ضل �ضحنات كهربائية مقدارها (‪ )1.2C‬في كل دقيقة‪ ،‬إاح�ضب‬ ‫مقدار التيار المن�ضاب خلال هذا المو�ضل‪.‬‬ ‫الشحنة‬ ‫التيار =‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫الزمن‬ ‫‪q‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪I.2 C‬‬ ‫التيار المن�ضاب خلال المو�ضل‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪60 s‬‬ ‫‪I = 0.02 A‬‬ ‫إاذا كان مقدار التيار المن�ضاب في مو�ضل ي�ضاوي (‪ )0.4A‬اإح�ضب كمية ال�ضحنة‬ ‫ﻣﺜﺎل )‪(2‬‬ ‫التي تعبر مقطع ًا من المو�ضل خلال ‪:‬‬ ‫‪2s - a‬‬ ‫‪.4 minutes - b‬‬ ‫الشحنة‬ ‫التيار =‬ ‫الحل ‪:‬‬ ‫الزمن‬ ‫‪q‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪a( q = I × t‬‬ ‫كمية ال�ضحنة‬ ‫‪q = 0.4 A× 2 s = 0.8 C‬‬ ‫‪b( q = I × t‬‬ ‫‪q = 0.4 A × )4 × 60( s‬‬ ‫كمية ال�ضحنة ‪q = 96 C‬‬ ‫‪52‬‬

‫إاذا كان التيار الكهربائي المن�ضاب خلال مو�ضل ما ثابت ًا في إالتجاه مع مرور الزمن ي�ضمى بالتيار الم�ضتمر‬ ‫(‪ )Direct current‬ويرمز له (‪.)DC‬‬ ‫وم�ضادر التيار الم�ضتمر هي مولدات التيار الم�ضتمر وا ألعمدة الكيميائية (البطاريات)‪.‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫التيار‬ ‫ •ان التيار الخارج من البطارية الكهربائية هو‬ ‫مقدار التيار‬ ‫تيار م�ضتمر وهو ثابت المقدار والتجاه (يعد‬ ‫الزمن‬ ‫مثالي ًا)‪.‬‬ ‫التيار المستمر الخارج من بطارية‬ ‫ •ان التيار الخارج من المولد الكهربائي الب�ضيط‬ ‫التيار‬ ‫هو تيار م�ضتمر وهو ثابت التجاه ومتغير المقدار‬ ‫الزمن‬ ‫(يعد غير مثالي ًا)‪.‬‬ ‫التيار‬ ‫ •اإذا كان التيار متغير المقدار والتجاه مع مرور‬ ‫الزمن يدعى بالتيار المتناوب (‪.)AC‬‬ ‫الزمن‬ ‫‪53‬‬

‫الدائرة الكهربائية ‪Electric circuit‬‬ ‫‪3-3‬‬ ‫الم�سار المغلق الذي تتحرك خلاله الالكترونات‬ ‫يدعى بالدائرة الكهربائية‪ .‬والدائرة الكهربائية‬ ‫الب�سيطة تت أ�لف من م�صباح كهربائي (الحمل)‪،‬‬ ‫ا�سلاك تو�صيل ‪ ،‬مفتاح ‪ ،‬بطارية فولطيتها منا�سبة‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)9‬‬ ‫ال�شكل (‪)9‬‬ ‫في الحالة التي يكون فيها مفتاح الدائرة‬ ‫ال�شكل (‪)10‬‬ ‫مفتوحا لا نلاحظ توهج الم�صباح‪ ،‬وهذا يعني وجود‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫قطع في الدائرة‪ ،‬فتدعى مثل هذه الدائرة بالدائرة‬ ‫الكهربائية المفتوحة‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)10‬‬ ‫وعند إ�غلاق مفتاح هذه الدائرة‪ ،‬فان الالكترونات‬ ‫�ستتحرك وتن�ساب خلال أ��سلاك التو�صيل وخويط‬ ‫الم�صباح‪ ،‬فيتوهج الم�صباح‪ ،‬وتدعى مثل هذه‬ ‫الدائرة بالدائرة الكهربائية المغلقة‪ .‬لاحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)11‬‬ ‫‪54‬‬

‫قياس التيار الكهربائي‬ ‫‪4-3‬‬ ‫ال�شكل (‪)12‬‬ ‫جهاز ل أاميتر‪:‬‬ ‫ي�ستعمل جهاز الأميتر لقيا�س مقدار التيار الكهربائي‬ ‫المن�ساب في الدائرة الكهربائية (�أو أ�ي جزء منها)‪ .‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪ .)12‬ولقيا�س التيارات �صغيرة المقدار (مقدرة بالملي‬ ‫امبير ‪ )mA‬ي�ستعمل جهاز الملي �أميتر‪.‬‬ ‫عند �إ�ستعمال جهاز الأميتر لقيا�س التيار الكهربائي في‬ ‫الدائرة الكهربائية‪ ،‬من ال�ضروري مراعاة ما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪1-1‬يربط الأميتر على التوالي (مت�سل�سل) مع الحمل او الجهاز‬ ‫المطلوب لمعرفة التيار المن�ساب فيه (لكي تن�ساب خلاله‬ ‫جميع ال�شحنات الكهربائية في الجزء المو�ضوع فيه‬ ‫ا ألميتر)‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫‪2-2‬تكون مقاومة ا ألميتر �صغيرة جدا ن�سبة لمقاومة الدائرة‬ ‫أ�ون�سبة لمقاومة الجهاز المطلوب معرفة التيار المن�ساب‬ ‫فيه‪.‬‬ ‫‪3-3‬يربط الطرف الموجب لجهاز ا ألميتر (وهو عادة يكون بلون‬ ‫�أحمر أ�و م�ؤ�شر عليه علامة ‪ )+‬مع القطب الموجب للن�ضيدة‬ ‫( أ�و نقطة جهدها أ�على)‪ ،‬بينما يربط طرفه ال�سالب (وهو‬ ‫عادة يكون بلون �أ�سود أ�و م�ؤ�شر عليه علامة ‪ )-‬من جهة‬ ‫القطب ال�سالب للن�ضيدة (�أو نقطة جهدها �أوط�أ)‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫يتطلب ا إلنتباه عند إ�جراء أ�ي ن�شاط (تجربة عملية) في‬ ‫الدوائر الكهربائية‪� ،‬أن نجعل مفتاح الدائرة مفتوح ًا قبل‬ ‫‪55‬‬ ‫البدء في القيا�س‪ .‬وبعد الت�أكد من �صحة طريقة ربط الأجهزة‬ ‫الم�ستعملة ونت أ�كد كذلك من �صحة ربط الأطراف الموجبة‬ ‫والأطراف ال�سالبة لكل من ا ألميتر والفولطميتر في الدائرة‬ ‫وعندئذ‪ ،‬نغلق مفتاح الدائرة‪.‬‬

‫قيا�س �لتيار �لكهربائي ب إا�صتعمال جهاز �ل أاميتر‬ ‫‪‬‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫جهاز اأميتر ‪ ،‬اأ�ضلاك تو�ضيل ‪ ،‬م�ضباح كهربائي ‪ ،‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪ ،‬مقاومة متغيرة (ريو�ضتات)‪ ،‬مفتاح‬ ‫كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬نربط كل من جهاز الأميتر والم�ضباح الكهربائي والمفتاح والبطاريــة والمقاومـــة المـتغيرة (الريو�ضتات) عند‬ ‫اعلى قيمة لها بو�ضاطة اأ�ضلاك التو�ضيل مع بع�ضها على التوالي‪ ،‬مع ا إلنتباه لنوعية ا إلقطاب لكل من البطارية‬ ‫والأميتر‪ .‬كما في ال�ضكل (‪.)14‬‬ ‫‪ -‬نغلق مفتاح الدائرة نلاحظ توهج الم�ضباح وانحراف م ؤو�ضر جهاز الأميتر م�ضير ًا إالى إان�ضياب تيار كهربائي في‬ ‫الدائرة‪ .‬ما الذي تمثله قراءة ا ألميتر هذه ؟ �ضجل هذه القراءة‪ ،‬ماهي وحدات هذه القراءة ؟‬ ‫‪ -‬نغير مقدار مقاومة الريو�ضتات فيتغير تيار الدائرة‪ ،‬فنح�ضل على قراءة جديدة لل أاميتر ونلاحظ توهج الم�ضباح‪،‬‬ ‫ثم نكرر العملية وفي كل مرة نح�ضل على مقدا ٍر جديد للتيار المن�ضاب في الدائرة‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)14‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط اأن‪ :‬قراءة ا ألميتر تتغير بتغير مقدار التيار المن�ضاب في الدائرة الكهربائية فهي ت�ضير دائم ًا الى‬ ‫مقدار التيار المن�ضاب في الدائرة‪.‬‬ ‫‪56‬‬

‫فرق الجهد الكهربائي‬ ‫‪5-3‬‬ ‫مقدار فرق الجهد بين نقطتين داخل المجال الكهربائي يحدد مقدار التيار الكهربائي المن�ساب بينهما‪ ،‬فيكون إ�تجاه‬ ‫�إن�سياب التيار الكهربائي من النقطة ذات الجهد الكهربائي ا ألعلى الى النقطة ذات الجهد الكهربائي الأوط�أ‪ ،‬وعند‬ ‫ت�ساوي مقدار جهدي النقطتين يتوقف �سريان التيار الكهربائي‪ .‬وتكون وحدة قيا�س فرق الجهد الكهربائي بين‬ ‫النقطتين هي الفولط (‪ )volt‬ويقا�س عملي ًا ب�إ�ستعمال جهاز الفولطميتر‪ .‬ال�شكل (‪.)15‬‬ ‫ال�شكل (‪)15‬‬ ‫‪6-3‬‬ ‫قياس فرق الجهد الكهربائي‬ ‫ال�شكل (‪)16‬‬ ‫جهاز الفولطميتر‪:‬‬ ‫ي�ستعمل الفولطميتر (‪ )Voltmeter‬لاحظ ال�شكل (‪ )16‬لقيا�س‬ ‫مقدار فرق الجهد الكهربائي بين �أي نقطتين في الدائرة الكهربائية‬ ‫وي�ستعمل كذلك لقيا�س مقدار فرق الجهد الكهربائي بين قطبي‬ ‫البطارية‪ .‬ولقيا�س الفولطيات �صغيرة المقدار ت�ستعمل وحدة القيا�س‬ ‫ملي فولط (‪ )mV‬والجهاز الم�ستعمل لقيا�سها هو جهاز الملي‬ ‫فولطميتر‪.‬‬ ‫عند �إ�ستعمال جهاز الفولطميتر في قيا�س فرق الجهد الكهربائي‬ ‫من ال�ضروري معرفة ما ي أ�تي‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يربط جهاز الفولطميتر على التوازي بين طرفي الحمل المطلوب‬ ‫‪57‬‬

‫ال�ضكل (‪)17-a‬‬ ‫معرفة فرق الجهد الكهربائي بين طرفيه (اي بين‬ ‫ال�ضكل (‪)17-b‬‬ ‫النقطتين المراد قيا�ض فرق الجهد الكهربائي بينهما في‬ ‫الدائرة الكهربائية)‪ .‬ال�ضكل (‪.)17-a‬‬ ‫‪ .2‬تكون مقاومة الفولطميتر كبيرة جدا ن�ضبة لمقاومة الدائرة‬ ‫أاو ن�ضبة لمقاومة الجهاز المطلوب قيا�ض فرق الجهد‬ ‫الكهربائي بين طرفيه‪.‬‬ ‫‪ .3‬يربط الطرف الموجب لجهاز الفولطميتر (وهو عادة يكون‬ ‫بلون اأحمر) مع القطب الموجب للن�ضيدة (نقطة جهدها‬ ‫اأعلى)‪ ،‬بينما يربط طرفه ال�ضالب (وهو عادة يكون بلون‬ ‫اأ�ضود) مع القطب ال�ضالب للن�ضيدة (نقطة جهدها أاوط أا)‪.‬‬ ‫ليكن معلوم ًا بان فرق الجهد بين طرفي العمود في الحالة‬ ‫التي تكون فيها الدائرة الكهربائية مفتوحة (التيار = �ضفر)‬ ‫ي�ضمى بـ ( ‪ )emf‬كما في ال�ضكل (‪.)17-b‬‬ ‫ولجل قيا�ضها ي�ضتعمل جهاز الفولطميتر حيث يربط‬ ‫مبا�ضر ًا بين قطبي العمود‪.‬‬ ‫‪ ‬قيا�س فر‪� ‬لجهد �لكهربائي بين نقطتين في �لد�ئرة �لكهربائية با�صتعمال جهاز �لفولطميتر‬ ‫أ�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫جهاز فولطميتر ‪ ،‬أا�ضلاك تو�ضيل ‪ ،‬م�ضباح كهربائي ‪،‬‬ ‫بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)18‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬نربط بو�ضاطة أا�ضلاك التو�ضيل الم�ضباح الكهربائي‬ ‫والمفتاح بين قطبي البطارية‪ ،‬ثم نربط جهاز الفولطميتر‬ ‫على التوازي مع الم�ضباح‪ ،‬لحظ ال�ضكل (‪.)18‬‬ ‫‪ -‬لحظ إانحراف م ؤو�ضر جهاز الفولطميتر م�ضير ًا اإلى‬ ‫وجود فرق جهد كهربائي بين طرفي الم�ضباح‪ .‬ما الذي‬ ‫تمثله قراءة الفولطميتر هذه ؟ �ضجل هذه القراءة‪.‬‬ ‫‪58‬‬

‫المقاومة الكهربائية ووحدة قياسها‬ ‫‪7-3‬‬ ‫ال�شكل (‪)19‬‬ ‫ُيعد فرق الجهد الكهربائي �ضروري ًا لتوليد تيار كهربائي‬ ‫ال�شكل (‪)20‬‬ ‫في المو�صلات و�أن حركة الالكترونات هذه تواجه إ�عاقة في‬ ‫أ�ثناء �إنتقالها داخل المو�صلات‪ ،‬وهذه الإعاقة ناجمة عن ت�صادم‬ ‫الالكترونات مع بع�ضها ومع ذرات المو�صل‪ ،‬مما ي�سبب إ�رتفاع‬ ‫درجة حرارة المو�صل‪ ،‬وهذا يعني �أن المو�صل‪ ،‬ول َّد إ�عاقة للتيار‬ ‫الكهربائي أ�ي �أن للمو�صل مقاومة كهربائية‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)19‬‬ ‫فالمقاومة الكهربائية‪ :‬هي الاعاقة التي يبديها المقاوم للتيار‬ ‫الكهربائي المار خلاله‪ .‬ووحدة قيا�سها هي الأوم (ن�سبة للعالم‬ ‫جورج �سيمون اوم)‪.‬‬ ‫أ�نواع المقاومات‪:‬‬ ‫‪ -a‬مقاومة ثابتة المقدار‪:‬‬ ‫يمكن معرفة مقدارها من ملاحظة الوان الحلقات على �سطحها‬ ‫وذلك بالاعتماد على جدول خا�ص بها‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)20‬‬ ‫‪ -b‬مقاومة متغيرة المقدار لاحظ ال�شكل (‪)21‬‬ ‫الريو�ستات (مقاومة متغيرة المقدار)‬ ‫ال�شكل (‪)21‬‬ ‫‪59‬‬

‫قانوﻥ ﺃوم‬ ‫‪8-3‬‬ ‫لقد وجد العالم أاوم إان حا�ضل ق�ضمة فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاوم على مقدار التيار المن�ضاب فيه‬ ‫ي�ضاوي مقدار ًا ثابت ًا �ضمن حدود معينة‪ ،‬وقد �ض ّمي هذا الثابت بالمقاومة الكهربائية‪ .‬وتقا�ض با ألوم ويرمز له (‪.)Ω‬‬ ‫لقد �ضاغ العالم اأوم العلاقة بين فرق الجهد الكهربائي والتيار المن�ضاب خلال المقاوم بالعلاقة التية‪:‬‬ ‫فرق الجهد‬ ‫المقاومة =‬ ‫التيار‬ ‫= ‪Resistance‬‬ ‫‪Potential difference‬‬ ‫‪Current‬‬ ‫= ( ‪R )Ω‬‬ ‫(‪V )volt‬‬ ‫(‪I )Ampere‬‬ ‫الوم ‪ :‬مقاومة مو�ضل فرق الجهد بين طرفيه فولط ًا واحد ًا ومقدار التيار المار خلاله أامبير ًا واحد ًا‬ ‫قيا�س مقاومة كهربائية �صغيرة �لمقد�ر با�صتعمال �ل أاميتر و�لفولطميتر‬ ‫‪‬‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪ :‬اأ�ضلاك تو�ضيل ‪ ،‬جهاز اميتر (‪ ، )A‬جهاز فولطميتر (‪ ، )V‬بطارية ‪ ،‬مفتاح كهربائي ‪ ،‬مقاومة‬ ‫�ضغيرة المقدار‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -1‬نربــط الجهــزة الكهـربائية كما مو�ضح في ال�ضكل (‪ ،)22‬مع مراعاة ربط الأميتر على التوالي مع المقاومة‬ ‫المطلوب ح�ضاب مقدارها وربط الفولطميتر على التوازي بين طرفيها‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)22‬‬ ‫‪60‬‬

‫‪ -2‬نغلق الدائرة الكهربائية ون�سجل قراءة كل من الاميتر والفولطميتر‪.‬‬ ‫‪ -3‬نق�سم مقدار قراءة الفولطميتر (فرق الجهد) على مقدار قراءة ا ألميتر(التيار)نح�صلعلىمقدارالمقاومةطبقا‬ ‫لقانون أ�وم‪:‬‬ ‫مقدار قراءة الفولطميتر‬ ‫مقدار المقاومة =‬ ‫مقدار قراءة الاميتر‬ ‫= ) ‪R (Ω‬‬ ‫)‪V (volt‬‬ ‫)‪I (Ampere‬‬ ‫ويمكن قيا�س مقدار المقاومة الكهربائية بطريقة مبا�شرة‬ ‫وذلك با�ستعمال جهاز الأوميتر ‪ .Ohmmeter‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)23‬‬ ‫ال�شكل (‪ )23‬جهاز الاوميتر‬ ‫يتوجب عند ا�ستعمال جهاز الأوميتر �أن تكون المقاومة‬ ‫المطلوب قيا�سها غير مو�صولة بدائرة كهربائية‪ .‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)24‬‬ ‫ال�شكل (‪)24‬‬ ‫‪61‬‬

‫العوامل التي يتوقف عليها مقدار مقاومة المو�صل‪:‬‬ ‫‪1-1‬درجة الحرارة‪ :‬يتغير مقدار مقاومة بع�ض المواد باختلاف درجة الحرارة التي تتعر�ض لها‪ ،‬فالمواد‬ ‫المو�صلة النقية تزداد مقاومتها مع ارتفاع درجة حرارتها (كالنحا�س مثل ًا)‪ ،‬فعند ت�سخين �سلك من النحا�س‬ ‫المربوط على التوالي مع م�صباح كهربائي‪ ،‬نلاحظ أ�ن توهج الم�صباح يقل تدريجيا مع ارتفاع درجة حرارة‬ ‫�سلك النحا�س نتيجة لنق�صان تيار الدائرة‪ ،‬لاحظ ال�شكل (‪ .)25‬وتف�سير ذلك هو ازدياد مقاومة المو�صل‬ ‫ب أ�رتفاع درجة حرارته‪ .‬ومن الجدير بالذكر ان انخفا�ض درجة حرارة بع�ض المواد انخفا�ض ًا كبير ًا فانها‬ ‫ت�صير فائقة التو�صيل (‪ )superconductor‬ومثالية في نقل الطاقة الكهربائية‪ .‬وتوجد مواد مثل‬ ‫الكاربون حيث تقل مقاومتها الكهربائية بارتفاع درجة الحرارة‪ .‬وهناك مواد اخرى تبقى مقاومتها ثابتة‬ ‫تقريب ًا مهما اختلفت درجة حرارتها (كالمنكانين والكون�ستنتان)‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)25‬‬ ‫‪ -2‬طول المو�صل‪ :‬تتنا�سب مقاومة المو�صل طردي ًا مع طوله (تزداد مقاومة المو�صل بازدياد طوله)‪ .‬لاحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)26‬‬ ‫ال�شكل (‪)26‬‬ ‫‪62‬‬

‫�لعلاقة بين مقاومة �لمو�صل وطوله‬ ‫‪‬‬ ‫ال�ضكل (‪)27‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪� ،‬ضلك‬ ‫ال�ضكل (‪)28‬‬ ‫مو�ضل (م�ضنوع من مادة النيكل كروم) طويل ن�ضبيا‬ ‫‪،‬م�ضباح كهربائي ‪ ،‬أاميتر ‪ ،‬ا�ضلاك تو�ضيل ‪ ،‬ما�ضكين من‬ ‫مادة مو�ضلة‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬نربط دائرة كهربائية عملية متوالية الربط تحتوي‬ ‫الأميتر والبطارية والم�ضباح وال�ضلك والمفتاح‬ ‫الكهربائي ال�ضكل (‪.)27‬‬ ‫‪ -‬ن�ضع الما�ضكين بين طرفي ال�ضلك ونلاحظ توهج‬ ‫الم�ضباح ون�ضجل قراءة ا ألميتر‪.‬‬ ‫‪ -‬نحرك الما�ضكين على ال�ضلك نحو بع�ضهما تدريجي ًا‬ ‫(لت�ضغير طول ال�ضلك الم�ضتعمل في الدائرة)‪ ،‬نلاحظ‬ ‫ح�ضول إازدياد تدريجي في توهج الم�ضباح واإزدياد‬ ‫تدريجي في قراءة ا ألميتر في الوقت نف�ضه‪ ،‬وتف�ضير‬ ‫ذلك هو إازدياد التيار المن�ضاب بالدائرة بنق�ضان مقدار‬ ‫مقاومة المو�ضل نتيجة لنق�ضان طوله‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من هذا الن�ضاط أان‪ :‬مقاومة المو�ضل (‪)R‬‬ ‫تتنا�ضب طرديا مع طوله (‪ )L‬بثبوت العوامل الخرى‪.‬‬ ‫‪ -3‬م�صاحة �لمقطع �لعر�صي للمو�صل‪ :‬تقل مقاومة‬ ‫المو�ضل بزيادة م�ضاحة مقطعه العر�ضي‪ .‬ال�ضكل‬ ‫(‪.)28‬‬ ‫‪63‬‬

‫�لعلاقة بين مقاومة �لمو�صل وم�صاحة مقطعه �لعر�صي‬ ‫‪‬‬ ‫ال�ضكل (‪)29‬‬ ‫أ�دو�ت �لن�صاط‪ :‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪� ،‬ضلكين‬ ‫ال�ضكل (‪)30‬‬ ‫مو�ضلين (من مادة النيكل كروم) مت�ضاويان بالطول‬ ‫والمقطع العر�ضي‪ ،‬م�ضباح كهربائي ‪ ،‬أاميتر ‪ ،‬ا�ضلاك‬ ‫تو�ضيل ‪ ،‬ما�ضكين من مادة مو�ضلة ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬نربط دائرة كهربائية عملية متوالية الربط تحتوي‬ ‫ا ألميتر والبطارية والم�ضباح و�ضلك واحد من‬ ‫النيكل كروم ال�ضكل (‪.)29‬‬ ‫‪ -‬ن�ضع الما�ضكين بين طرفي ال�ضلك ونلاحظ توهج‬ ‫الم�ضباح ون�ضجل قراءة الأميتر‪.‬‬ ‫‪ -‬ن أاخذ ال�ضلكين المتماثلين بالطول والمقطع‬ ‫العر�ضي (من النيكل كروم) ونربط طرفيهما‬ ‫ببع�ض ونجعلهما ك�ضلك واحد‪ ،‬لنح�ضل على �ضلك‬ ‫غليظ م�ضاحة مقطعه العر�ضي ت�ضاوي (‪)2A‬‬ ‫�ضعف م�ضاحة ال�ضلك الواحد‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)30‬‬ ‫‪ -‬ن�ضع الما�ضكين بين طرفي ال�ضلكين (بين طرفي‬ ‫ال�ضلك الغليظ)‪.‬‬ ‫‪ -‬نلاحظ ازدياد توهج الم�ضباح بمقدار اكبر من‬ ‫الحالة ا ألولى (لل�ضلك المنفرد) وازدياد قراءة‬ ‫ا ألميتر عن قراءته ال�ضابقة‪ ،‬وهذا يعني ان التيار‬ ‫الكهربائي المن�ضاب في الدائرة قد ازداد بم�ضاعفة‬ ‫م�ضاحة المقطع العر�ضي لل�ضلك‪.‬‬ ‫وتف�ضير ذلك هو عند م�ضاعفة م�ضاحة المقطع‬ ‫العر�ضي لل�ضلك تقل مقاومته عن ماكانت عليه في الحالة‬ ‫ا ألولى‪ .‬فيزداد التيار الكهربائي المن�ضاب فيه‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من هذا الن�ضاط أان‪ :‬مقاومة المو�ضل (‪)R‬‬ ‫تتنا�ضب عك�ضي ًا مع م�ضاحة مقطعه العر�ضـي (‪)A‬‬ ‫بثبوت العوامل الخرى‪.‬‬ ‫‪64‬‬

‫هل تعلم‬ ‫‪ -4‬نوع المادة‪ :‬المقاومة الكهربائية هي خا�صية فيزيائية‬ ‫للمادة تبين اعاقتها للتيار الكهربائي المن�ساب خلالها‪.‬‬ ‫توجد داخل خزان الوقود للمركبات‬ ‫عوامة تعمل على تغيير مقدار المقاومة التي‬ ‫تختلف المقاومة الكهربائية باختلاف نوع المادة بثبوت‬ ‫تتحكم في مقدار التيارالمن�ساب في مقيا�س‬ ‫العوامل الاخرى‪ .‬مثلا مقاومة �سلك من الف�ضة ا�صغر من‬ ‫الوقود‪ ،‬وعندما يكون م�ستوى الوقود مرتفع ًا‬ ‫مقاومة �سلك من الحديد م�سا ٍو ل ُه بالطول وكذلك م�سا ٍو‬ ‫ي�سري تيار أ�كبر م�سبب ًا �إنحراف اكبر لم�ؤ�شر‬ ‫لم�ساحة المقطع العر�ضي وعند درجة الحرارة نف�سها‪.‬‬ ‫مقيا�س الوقود والعك�س �صحيح‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)31‬‬ ‫ال�شكل (‪)31‬‬ ‫وعندئذ يمكننا القول‪:‬‬ ‫طول ال�سلك‬ ‫المقاومة ∝‬ ‫م�ساحة المقطع‬ ‫‪L‬‬ ‫‪R∝ A‬‬ ‫‪65‬‬

‫طرائق ربط المقاومات الكهربائية‬ ‫‪9-3‬‬ ‫‪ -a‬ربط المقاومات على التوالي (‪:)Series connection‬‬ ‫يو�ضح ال�شكل (‪ )32‬مقاومتان كهربائيتان مقاومتاهما‬ ‫(‪ )R1 , R2‬مربوطتان على التوالي مع بع�ضهما اذ يوفر هذا‬ ‫النوع من الربط م�سرب ًا واحد ًا لإن�سياب التيار في الدائرة‬ ‫الكهربائية‪.‬‬ ‫(‪ )V1‬يمثل فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة ‪R1‬‬ ‫(‪ )V2‬يمثل فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة ‪R2‬‬ ‫)‪I = I1 = I2 ........... (1‬‬ ‫‪ I‬يمثل التيار المن�ساب في الدائرة الكهربائية‬ ‫‪ Vtotal‬يمثل فرق الجهد الكلي‬ ‫(‪Vtotal = V1 +V2 ........)2‬‬ ‫ال�شكل (‪)32‬‬ ‫ثم نعو�ض عن‪ V = I × R :‬في المعادلة (‪)2‬‬ ‫‪I × Req = I × R1 + I × R2‬‬ ‫)‪I × Req = I × (R1 + R2‬‬ ‫اذ ان ‪ Req‬تمثل المقاومة المكافئة لمجموعة المقاومات‬ ‫المتوالية الربط‪.‬‬ ‫وباخت�صار (‪ )I‬من طرفي المعادلة نح�صل على‪:‬‬ ‫(‪Req= R1+R2 ......... )3‬‬ ‫‪66‬‬

‫ربط �لم�صابيح �لكهربائية على �لتو�لي‬ ‫‪‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬ثلاثة م�ضابيح (‪� )c ، b ، a‬ضغيرة ومتماثلة ‪ ،‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪ ،‬اأ�ضلاك تو�ضيل ‪ ،‬مفتاح‬ ‫كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬نربط أاحد الم�ضابيح الثلاثة على التوالي مع المفتاح والبطارية‪ .‬نغلق المفتاح ونلاحظ توهج الم�ضباح‪.‬‬ ‫‪ -‬نربط م�ضباحين من الم�ضابيح الثلاثة على التوالي مع بع�ضها ومع المفتاح والبطارية‪.‬‬ ‫‪ -‬نغلق المفتاح ونلاحظ توهج الم�ضباحين‪ ،‬نجد ان توهجهما مت�ضا ٍو وتوهج كل منهما اأقل من توهج الم�ضباح لو‬ ‫ربط لوحده في الدائرة‪.‬‬ ‫‪ -‬نكرر العملية وذلك بربط الم�ضابيح الثلاثة بو�ضاطة أا�ضلاك التو�ضيل مع بع�ضها ومع المفتاح على التوالي كما‬ ‫في ال�ضكل (‪.)33‬‬ ‫‪cba‬‬ ‫ال�ضكل (‪)33‬‬ ‫‪ -‬نربط طرفي المجموعة المتوالية (الم�ضابيح الثلاثة والمفتاح) بين قطبي البطارية‪.‬‬ ‫‪ -‬نغلق مفتاح الدائرة ونلاحظ توهج الم�ضابيح‪ ،‬ماذا نجد ؟‬ ‫نجد اأن مقدار توهج الم�ضابيح الثلاثة مت�ضا ٍو وتوهج كل منهم أاقل مما هو عليه في الحالة ال�ضابقة‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط‪ :‬ان تيار الدائرة المتوالية الربط يكون مت�ضا ٍو في جميع اأجزائها ويقل مقداره بازدياد عدد‬ ‫الم�ضابيح المربوطة على التوالي ب�ضبب ازدياد مقدار المقاومة المكافئة لمجموعة التوالي‪.‬‬ ‫‪67‬‬

‫‪I I1‬‬ ‫‪R1‬‬ ‫‪ - b‬ربط المقاومات على التوازي (‪:)Parallel connection‬‬ ‫‪I2‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫يو�ضح ال�شكل (‪ )34-a‬مقاومتان كهربائيتان (‪)R1 , R2‬‬ ‫مربوطتان على التوازي مع بع�ضهما‪� .‬إذ يوفر هذا النوع من الربط‬ ‫عـدة م�سارب لان�سياب التيار الكهربائـي في الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)34 - a,b‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫(‪ )V1‬يمثل فرق الجهد بين طرفي المقاومة (‪)R1‬‬ ‫(‪ )V2‬يمثل فرق الجهد بين طرفي المقاومة (‪)R2‬‬ ‫الشكل (‪)34 - a‬‬ ‫)‪V = V1 =V2 ........ (1‬‬ ‫)‪I total =I1 + I2 ........ (2‬‬ ‫حيث ‪ )I (total‬يمثل التيار الكلي المن�ساب في الدائرة الكهربائية‬ ‫(‪ )I1‬يمثل التيار المن�ساب في المقاومة (‪)R1‬‬ ‫(‪ )I2‬يمثل التيار المن�ساب في المقاومة (‪)R2‬‬ ‫ويمكن ح�ساب المقاومة المكافئة كما ي أ�تي‪:‬‬ ‫نعو�ض عن ‪ I = V‬في المعادلة (‪)2‬‬ ‫‪R‬‬ ‫)‪ (R eq‬تمثل المقاومة المكافئة‬ ‫‪V VV‬‬ ‫‪Req = R1 + R2‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪R1 + R2‬‬ ‫ال�شكل (‪)34 - b‬‬ ‫‪( )V V‬‬ ‫‪Req = 1‬‬ ‫وب أ�خت�صار (‪ )V‬من طرفي المعادلة نح�صل على‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫)‪........ (3‬‬ ‫= ‪Req‬‬ ‫‪R1 +‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫‪68‬‬

‫ربط �لم�صابيح �لكهربائية على �لتو�زي‬ ‫‪‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬ثلاثة م�ضابيح (‪� )c ، b ، a‬ضغيرة‬ ‫ومتماثلة ‪ ،‬بطارية ‪،‬ا�ضلاك تو�ضيل ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬نربط اأحد الم�ضابيح الثلاثة على التوالي مع المفتاح ‪a‬‬ ‫والبطارية‪ .‬نغلق المفتاح ونلاحظ توهج الم�ضباح‪.‬‬ ‫‪ -‬نربط م�ضباحين من الم�ضابيح الثلاثة على التوازي‬ ‫مع بع�ضها ونربط مجموعتهما على التوالي مع المفتاح‬ ‫والبطارية‪b .‬‬ ‫‪ -‬نغلق المفتاح ونلاحظ توهج الم�ضباحين‪ ،‬نجد ان‬ ‫توهجهما مت�ضاوي‪ .‬ويماثل توهج الم�ضباح في الحالة‬ ‫الولى‪.‬‬ ‫‪ -‬نربط الم�ضابيح الثلاثة بو�ضاطة أا�ضلاك التو�ضيل مع ‪c‬‬ ‫بع�ضها على التوازي ونربط مجموعة الم�ضابيح على‬ ‫التوالي مع المفتاح‪.‬‬ ‫‪ -‬نربط طرفي المجموعة الكلية (الم�ضابيح والمفتاح) بين‬ ‫قطبي البطارية‪ .‬كما في ال�ضكل (‪.)35‬‬ ‫‪ -‬نغلق مفتاح الدائرة ونلاحظ توهج الم�ضابيح‪.‬‬ ‫تجد ان مقدار توهج الم�ضابيح مت�ضاوي‪ .‬ويماثل توهج‬ ‫الم�ضباح في الحالة الولى والثانية‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)35‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط‪ :‬اإن فرق الجهد عبر أاجزاء الدائرة‬ ‫المتوازية الربط يكون مت�ضا ٍو والتيار الرئي�ضي في الدائرة‬ ‫ي�ضاوي مجموع التيارات المارة في الم�ضابيح المربوطة‬ ‫على التوازي والذي يزداد مقداره بزيادة عدد الم�ضابيح‬ ‫المربوطة على التوازي‪.‬‬ ‫وان المقاومة المكافئة في دائرة التوازي تقل بزيادة عدد‬ ‫الم�ضابيح (المقاومات) المربوطة على التوازي‪.‬‬ ‫‪69‬‬

‫مقارنة بين ربط الم�صابيح الكهربائية على التوالي مع ربطها على التوازي‪:‬‬ ‫ •من مزايا طريقة ربط الم�صابيح على التوالي هو عند عطب (تلف) أ�و رفع أ�حد الم�صابيح ف إ�ن جميع الم�صابيح‬ ‫الأخرى المربوطة مع ُه على التوالي تنطفىء (لا تتوهج) لاحظ ال�شكل (‪ .)36 - a , b‬و�سبب ذلك هو في طريقة‬ ‫ربط التوالي حيث ين�ساب التيار نف�سه من م�صباح إ�لى �آخر‪� ،‬أي يوجد م�سرب واحد لحركة ال�شحنات الكهربائية‬ ‫خلال الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ba‬‬ ‫ال�شكل (‪ )36‬الم�صابيح مربوطة على التوالي‬ ‫ •من مزايا ربط الم�صابيح على التوازي‪ :‬هو عند عطب (تلف) أ�و رفع أ�حد الم�صابيح ف�إن جميع الم�صابيح الأخرى‬ ‫المربوطة معه على التوازي تبقى متوهجة لانه يتوقف ان�سياب التيار الكهربائي فقط في فرع الم�صباح الذي‬ ‫أ��صابه العطب‪ .‬ال�شكل (‪ ،)37-a , b‬و�سبب ذلك ان جميع الم�صابيح مت�صلة مبا�شرة �إلى م�صدر الفولطية‬ ‫المجهزة (مثل البطارية)‪ .‬أ�ي توجد عدة م�سارب لحركة ال�شحنات الكهربائية خلال الدائرة كهربائية‪.‬‬ ‫‪ba‬‬ ‫ال�شكل (‪ )37‬الم�صابيح مربوطة على التوازي‬ ‫ •لذا فان معظم الدوائر الكهربائية ت�ستعمل فيها طريقة ربط الأجهزة الكهربائية على التوازي‪ .‬وجميع ا ألجهزة‬ ‫الكهربائية المنزلية تربط بطريقة ربط التوازي‪.‬‬ ‫‪70‬‬

‫ﻣﺜﺎل‬ ‫في ال�ضكل المجاور ثلاث مقاومات (‪ )R3 = 18 Ω ،R2 = 9 Ω ، R1 = 6 Ω‬والمقاومة المكافئة‬ ‫لها مربوطة عبر فرق جهد كهربائي مقداره (‪ .)18 V‬اح�ضب‪:‬‬ ‫‪ -1‬مقدار المقاومة المكافئة‪.‬‬ ‫‪ -2‬التيار المن�ضاب في كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -3‬التيار الكلي المن�ضاب في الدائرة‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬يت�ضح من ال�ضكل ان الربط على التوازي‬ ‫المقاومة المكافئة هي ‪Req‬‬ ‫(‪1‬‬ ‫(‪2‬‬ ‫بما ان المقاومات مربوطة على التوازي‬ ‫(‪3‬‬ ‫‪or‬‬ ‫‪71‬‬

‫الدائرة القصيرة ‪Short circuit‬‬ ‫‪10-3‬‬ ‫عند ربط م�صباحين كهربائيين مت�ساويين في‬ ‫مقاومتهما الكهربائية على التوالي مع بع�ضهما وربط‬ ‫مجموعتهما بين قطبي بطارية‪ ،‬نلاحظ ان توهج‬ ‫الم�صباحين يكون مت�ساوي ال�شكل ( ‪ ،)38 - a‬وذلك‬ ‫ب�سبب ت�ساوي مقداري التيار المن�ساب فيهما‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪)38 - a‬‬ ‫ف إ�ذا ربطنا �سلكا مو�صلا غليظا بين طرفي أ�حد‬ ‫الم�صباحين نلاحظ �إنطفاء هذا الم�صباح‪ ،‬ال�شكل‬ ‫(‪ )38-b‬و�سبب ذلك هو ان ال�سلك الغليظ و ّلد دائرة‬ ‫ق�صيرة للم�صباح فجعل معظم التيار ين�ساب في ال�سلك‬ ‫الغليظ (مقاومة �صغيرة جدا) والجزء القليل جد ًا من‬ ‫التيار ين�ساب في الم�صباح فلا يكفي لتوهجه‪.‬‬ ‫اما الم�صباح الآخر المربوط في الدائرة نجده‬ ‫متوهجا ويكون توهجه اكبر من الحالة الاولى وذلك‬ ‫ب�سبب ازدياد تيار الدائرة الكهربائية في الحالة الثانية‬ ‫نتيجة لنق�صان مقاومتها المكافئة (الدائرة الكهربائية‬ ‫في الحالة الثانية يعتبر فيها م�صباح واحد مربوط مع‬ ‫الن�ضيدة بدل ًا من م�صباحين مربوطين على التوالي)‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪)38 - b‬‬ ‫انتباه‪:‬‬ ‫تجنب ربط الأميتر مبا�شر ًة مع الم�صدر (من‬ ‫غير وجود حمل في الدائرة) لان هذا ي�ؤدي �إلى‬ ‫تلفه وتلف البطارية مع ًا ( إ�ذا كان الم�صدر ذو‬ ‫قدرة عالية) وذلك لتعر�ضها إ�لى دائرة ق�صيرة‬ ‫ينتج عنها مرور تيار عالي المقدار ‪.‬‬ ‫‪72‬‬

‫‪ 11-3‬ربط الخلايا الكهربائية (ربط الاعمدة الكهربائية)‬ ‫العديد من الدوائر الكهربائية لكي تعمل تحتاج الى أ�كثر من خلية واحدة‪ .‬لذا تربط الخلايا الكهربائية مع بع�ضها‬ ‫أ�ما على التوالي أ�و على التوازي أ�و تربط ربط ًا مختلط ًا لتجهيز الدائرة بالتيار المنا�سب لها أ�و الفولطية المنا�سبة‬ ‫لها‪.‬‬ ‫‪ -a‬ربط الخلايا (ل أاعمدة) الكهربائية على التوالي‪:‬‬ ‫في هذا النوع من ربط الخلايا يتم ربط القطب الموجب للخلية الاولى مع القطب ال�سالب للخلية الثانية ويربط‬ ‫القطب الموجب للخلية الثانية مع القطب ال�سالب للخلية الثالثة وهكذا‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)39‬‬ ‫�شكل (‪ )39‬الخلايا (الاعمدة) مربوطة على التوالي‬ ‫من مميزات ربط الخلايا الكهربائية على التوالي‪ :‬هو تجهيز فولطية أ�كبر (قوة دافعة كهربائية ‪� emf‬أكبر)‪،‬‬ ‫نتيجة لجمع فولطيات الخلايا‪ .‬ف�إن القوة الدافعة الكهربائيــة الكلية (‪ )emftotal‬ت�ساوي مجموع ‪ emf‬للخلايا‬ ‫المربوطة على التوالي‪.‬‬ ‫فعند ربط خليتين متماثلتين ‪ emf‬لكل منهما (‪ )1.5V‬على التوالـي مع بع�ضهما ف�إن الفولطية الكليـــة للخليتين‬ ‫( ‪ )emf total‬ت�ساوي (‪ )3V‬أ�ي �ضعف فولطية كل منهما‪ .‬ال�شكل (‪.)39‬‬ ‫‪73‬‬

‫‪ - b‬ربط الخلايا ( ل أاعمدة) الكهربائية على التوازي‪:‬‬ ‫في هذا النوع من ربط الخلايا يتم ربط الاقطاب الموجبة لجميع الخلايا �سوية مع بع�ضها‪ ،‬وتربط الاقطاب‬ ‫ال�سالبة لجميع الخلايا �سوية مع بع�ضها‪ ..‬لاحظ ال�شكل (‪.)40‬‬ ‫ال�شكل ( ‪ )40‬الخلايا (الاعمدة) مربوطة على التوازي‬ ‫من مميزات ربط الخلايا على التوازي هو �إمكانية تجهيز الدائرة الكهربائية بتيار �أكبر‪.‬‬ ‫وتكـون الفولطيـة الكلية للخـلايا المربوطة على التــوازي القوة الدافعـة الكهربائية الكلية ‪ )emf )total‬ت�ساوي‬ ‫(‪ )emf‬للخلية الواحدة‪.‬‬ ‫فعند ربط خليتين متماثلتين ‪ emf‬لكل منهما (‪ )1.5 V‬على التوازي مع بع�ضهما فان الفولطية الكلية للخليتين‬ ‫‪ )emf (total‬ت�ساوي (‪� )1.5V‬أي ت�ساوي فولطية كل منهما‪ .‬ال�شكل (‪.)40‬‬ ‫‪74‬‬

‫أسئلة الفصل الثالث‬ ‫إ�ختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي أ�تي‪:‬‬ ‫س‪1‬‬ ‫‪ -1‬مزايا ربط الم�صابيح الكهربائية على التوازي هي‪:‬‬ ‫‪a-a‬عند تلف احد الم�صابيح الكهربائية في الدائرة الكهربائية ف أ�ن جميع الم�صابيح الاخرى المربوطة على‬ ‫التوازي تبقى متوهجة‪.‬‬ ‫‪b-b‬جميع الم�صابيح الكهربائية مت�صلة مبا�شرة مع م�صدر الفولطية المجهزة‪.‬‬ ‫‪c-c‬توجد عدة م�سارب لحركة التيار الكهربائي خلال الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ d-d‬جميع ماذكر اعلاه‪.‬‬ ‫‪ -2‬عند زيادة عدد المقاومات المربوطة مع بع�ضها على التوازي في دائرة كهربائية تحتوي ن�ضيدة‪:‬‬ ‫‪ -a‬يت�ساوى مقدار فرق الجهد الكهربائي بين طرفي كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -b‬يزداد مقدار فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة المكافئة‪.‬‬ ‫‪ -c‬يت�ساوى مقدار التيار المن�ساب في جميع المقاومات‪.‬‬ ‫‪ -d‬يزداد مقدار المقاومة المكافئة‪.‬‬ ‫‪� -3‬أي مخطط من مخططات‬ ‫الدوائر الآتية تعد �صحيحة عند‬ ‫ا�ستعمالها لقيا�س مقاومة �صغيرة‬ ‫بربط الأميتر والفولطميتر‪ .‬لاحظ‬ ‫ال�شكل المجاور‪.‬‬ ‫‪ -4‬إ�ن مقدار التيار الكهربائي (‪ )I2‬المن�ساب في المقاومة (‪ )R2‬في مخطط أ�لدائرة الكهربائية المو�ضحة‬ ‫بال�شكل المجاور ي�ساوي‪:‬‬ ‫‪0.1A -a‬‬ ‫‪2A -b‬‬ ‫‪2.1A -C‬‬ ‫‪1.9A -d‬‬ ‫‪75‬‬

‫‪� -5‬إذا كانت قراءة الاميتر المربوط في الدائرة الكهربائية في ال�شكل ت�ساوي (‪ )6A‬ف إ�ن قراءة الفولطميتر‬ ‫في هذه الدائرة ت�ساوي‪:‬‬ ‫‪6V-a‬‬ ‫‪12V-b‬‬ ‫‪18V-c‬‬ ‫‪3V-d‬‬ ‫‪ -6‬إ�حدى الوحدات ا آلتية هي وحدة قيا�س المقاومة الكهربائية‪:‬‬ ‫‪Ampere -a‬‬ ‫‪Volt‬‬ ‫‪Volt‬‬ ‫‪-b‬‬ ‫‪Ampere‬‬ ‫‪Volt × Ampere -c‬‬ ‫‪Coulomb‬‬ ‫‪-d‬‬ ‫‪Second‬‬ ‫‪ -7‬لا يعتمد مقدار المقاومة الكهربائية ل�سلك مو�صل على ‪:‬‬ ‫‪a-a‬قطر ال�سلك‪.‬‬ ‫‪b-b‬طول ال�سلك‪.‬‬ ‫‪c-c‬نوع مادة ال�سلك‪.‬‬ ‫‪d-d‬التيار الكهربائي المن�ساب في ال�سلك‪.‬‬ ‫‪ -8‬إ�ذا كانت الأعمدة في الدوائر الكهربائية التالية متماثلة‪ .‬و�ضح في أ�ي منها يكون توهج الم�صباح‬ ‫�أكبر ؟‬ ‫‪76‬‬

‫‪ -9‬اإذا كانت الم�ضابيح الكهربائية في الدوائر الكهربائية التالية متماثلة‪ .‬و�ضح في اأي منها يكون توهج‬ ‫الم�ضباح اأو الم�ضباحين �ضعيف ًا‪:‬‬ ‫‪ -10‬في ال�ضكل المجاور‪ ،‬ربط �ضلك غليظ بين طرفي الم�ضباح الثاني (بين النقطتين ‪ b‬و ‪ .)c‬نلاحظ‪:‬‬ ‫‪ -a‬اإنطفاء الم�ضباح الثاني ذو المقاومة (‪ )R2‬مع زيادة‬ ‫توهج الم�ضباح ا ألول ذو المقاومة(‪.)R1‬‬ ‫‪ -b‬اإنطفاء الم�ضباح ا ألول ذو المقاومة (‪ )R1‬مع زيادة‬ ‫توهج الم�ضباح الثاني ذو المقاومة(‪)R2‬‬ ‫‪ -c‬ل يتغير توهج أاي من الم�ضباحين (‪ )R1‬و (‪.)R2‬‬ ‫‪ -d‬إانطفاء كل من الم�ضباحين (‪ )R1‬و(‪.)R2‬‬ ‫يراد قيا�ض التيار الكهربائي المن�ضاب في حمل باأ�ضتعمال جهاز ا ألميتر‪ .‬هل يربط ا ألميتر في‬ ‫�س‪2‬‬ ‫هذه الدائرة على التوالي أام على التوازي مع ذلك الحمل ؟ و�ضح ذلك‪.‬‬ ‫لماذا يف�ضل ربط الم�ضابيح والأجهزة الكهربائية في الدوائر الكهربائية في المنازل على‬ ‫�س‪3‬‬ ‫التوازي؟‬ ‫‪77‬‬

‫المسائل‬ ‫ما مقدار التيار المن�ساب خلال مقطع عر�ضي في مو�صل تعبر خلاله �شحنات كهربائية‬ ‫�س‪1‬‬ ‫مقدارها (‪ )9µC‬في زمن قدره (‪ )3µs‬؟‬ ‫ج‪3A :‬‬ ‫من ملاحظة ال�شكل المجاور إ�ح�سب‪:‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫‪ -1‬مقدار المقاومة المكافئة لمجموعة المقاومات‬ ‫المربوطة في الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ -2‬فرق الجهد على طرفي كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -3‬مقدار التيارالمن�ساب في كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪1- Req = 1.6Ω‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪2- V1 = V2 = V3 = 18V‬‬ ‫‪3- I1 = 6A‬‬ ‫‪I2 = 3A‬‬ ‫‪I3 = 2A‬‬ ‫المقاومتان ( ‪ 2Ω‬و ‪ )R‬ربطتا على التوالي مع بع�ضهما ثم ربطتا على طرفي م�صدر فرق‬ ‫�س‪3‬‬ ‫جهده الكهربائي (‪ )12V‬ف إ�ن�ساب تيار كهربائي في الدائرة قدره (‪ .)2A‬إ�ح�سب مقدار‪:‬‬ ‫‪ -1‬المقاومة المجهولة ‪ .R‬‬ ‫‪ -2‬فرق الجهد الكهربائي على طرفي كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪1- R = 4Ω‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪2- V2 = 4V‬‬ ‫فرق الجهد على طرفي المقاومة ‪2Ω‬‬ ‫‪VR = 8V‬‬ ‫فرق الجهد على طرفي المقاومة ‪R‬‬ ‫‪78‬‬

‫الفصل‬ ‫الرابﻊ‬ ‫‪4‬‬ ‫البطارية والقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪The Battery and Electromotive Force‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-4‬مقدمة‬ ‫‪ 2-4‬ت�ضنيف البطاريات‬ ‫‪ 1-2-4‬البطارية الولية‬ ‫‪ 2-2-4‬البطارية الثانوية‬ ‫‪ 3-2-4‬بطارية الوقود‬ ‫‪ 3-4‬القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪79‬‬

‫الأهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على أ�ن‪:‬‬ ‫  ُيعرف الخلية الب�سيطة‪.‬‬ ‫ يو�ضح كيف تعمل الخلية الكلفانية الب�سيطة‪.‬‬ ‫ ي�شرح مكونات الخلية الجافة (كاربون ‪ -‬خار�صين)‪.‬‬ ‫ يميز بين البطارية الثانوية وبطارية ال�سيارة‪.‬‬ ‫ يف�سر �سبب كون مقدار فولطية الم�صدر ال�شاحن اكبر بقليل من مقدار القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫للبطارية‪.‬‬ ‫ يو�ضح عمل بطارية ( أ�يون ‪ -‬الليثيوم)‪.‬‬ ‫ ي�شرح مكونات خلية وقود الهيدروجين‪.‬‬ ‫ يعدد مميزات بطارية وقود الهيدروجين‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪Battery‬‬ ‫بطارية‬ ‫البطارية الاولية‬ ‫‪Primary battery‬‬ ‫الخلية الكلفانية الب�سيطة‬ ‫الخلية الجافة‬ ‫‪The Simple Gelvano cell‬‬ ‫البطارية الثانوية‬ ‫بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم)‬ ‫‪Dry cell‬‬ ‫خلية وقود الهيدروجين‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪Secondary battery‬‬ ‫‪)Lithium - Ion) Battery‬‬ ‫‪Hydrogen Fuel cell‬‬ ‫)‪Electromotive force (emf‬‬ ‫‪80‬‬

‫مقدمة ‪Introduction‬‬ ‫‪1-4‬‬ ‫�ضكل (‪ )1‬بطاريات ذوات اأحجام وفولطيات مختلفة‬ ‫البطارية هي م�ضدر لإنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق‬ ‫التفاعل الكيميائي‪ .‬تتكون البطارية من خلية كهربائية‬ ‫واحدة أاو اأكثر‪ ،‬وتحتوي الخلية الواحدة على مواد كيميائية‬ ‫ومكونات تمكنها من توليد التيار الكهربائي‪ ،‬اخترعها العالم‬ ‫الإيطالي األي�ضاندو فولطا‪.‬‬ ‫ُت�ضنع البطاريات في اأحجام مختلفة‪ ،‬فمثل ًا البطاريات‬ ‫ال�ضغيرة الم�ضتعملة في ال�ضاعات اليدوية الكهربائية‪ ،‬اأما‬ ‫البطاريات ال�ضخمة التي تغذي الغوا�ضات بالطاقة فت�ضل‬ ‫كتلتها حوالي (‪ .)910 kg‬والمنتجون ي�ضنعون اأغلب‬ ‫البطاريات في اأحجام قيا�ضية محددة‪ ،‬لحظ ال�ضكل (‪.)1‬‬ ‫كيف تعمل بطارية من �لليمون‬ ‫‪1‬‬ ‫�ضكل ( ‪ )2‬يو�ضح عمل بطارية الليمون‬ ‫أ�دو�ت �لن�صاط‪ :‬مقيا�ض للتيار الكهربائي (ملي أاميتر)‪،‬‬ ‫م�ضمار مغلون ‪ ،‬قطعة من النحا�ض ‪ ،‬حبة ليمون حام�ض ‪،‬‬ ‫أا�ضلاك تو�ضيل‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ •نغر�ض م�ضمار مغلون (�ضبيكة حديد وخار�ضين)‬ ‫وقطعة من النحا�ض‪ ،‬في الليمون كما في �ضكل (‪.)2‬‬ ‫ •يعمل النحا�ض كقطب كهربائي موجب والم�ضمار‬ ‫المغلون كقطب كهربائي �ضالب‪ ،‬يوؤدي اإلى توليد فرق‬ ‫جهد بين القطبين‪.‬‬ ‫ •نو�ضل القطبين ب�ضلكي تو�ضيل إالى طرفي مقيا�ض للتيار‬ ‫الكهربائي (ملي أاميتر) نلاحظ إانحراف م ؤو�ضر المقيا�ض‬ ‫وهذا دللة على اإن�ضياب تيار كهربائي في الدائرة‬ ‫الخارجية نتيجة اإنطلاق اللكترونات من الم�ضمار بتاأثير‬ ‫المحلول الحام�ضي متجهة نحو النحا�ض‪.‬‬ ‫‪81‬‬

‫كيفية تحويل �لطاقة �لكيميائية إ�لى طاقة كهربائية‬ ‫‪2‬‬ ‫�ضكل ( ‪ )3‬الخلية الب�ضيطة‬ ‫اأدوات الن�ضاط‪� :‬ضفيحة من النحا�ض‪� ،‬ضفيحة من الخار�ضين‬ ‫(الزنك)‪ ،‬وعاء من الزجاج يحتوي على حام�ض الكبريتيك المخفف‪،‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫كلفانوميتر ح�ضا�ض‪ ،‬اأ�ضلاك تو�ضيل‪.‬‬ ‫‪ -1‬جهاز الكلفانوميتر يرمز له (‪ )G‬يتح�ض�ض‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫بالتيارات الكهربائية �ضغيرة المقدار جد ًا (‪)µA‬‬ ‫وينعك�ض اإتجاه إانحراف م ؤو�ضر الكلفانوميتر‬ ‫ •ن�ضع �ضفيحتا النحا�ض والخار�ضين داخل وعاء الزجاج‬ ‫الحاوي على حام�ض الكبريتيك المخفف‪.‬‬ ‫بانعكا�ض اإتجاه التيار المن�ضاب فيه‪.‬‬ ‫‪ -2‬جهاز الملي اأميتر يرمز له (‪ )mA‬ي�ضتعمل‬ ‫ •ن�ضلال�ضفيحتينب�ضلكيتو�ضيلالىطرفيجهازالكلفانوميتر‬ ‫لقيا�ض التيارات الكهربائية �ضغيرة المقدار (اأجزاء‬ ‫كما في ال�ضكل (‪.)3‬‬ ‫المبير)‪.‬‬ ‫ •نلاحظ إانحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر‪ ،‬دللة على إان�ضياب تيار‬ ‫كهربائي في الدائرة‪.‬‬ ‫ •يدعى هذا الجهاز با�ضم الخلية الكهربائية الب�ضيطة‪.‬‬ ‫ال�ضتنتاج‪:‬‬ ‫الخلية الكهربائية الب�ضيطة عبارة عن �ضفيحتين من معدنين‬ ‫مختلفين (مثل النحا�ض والخار�ضين)‪ ،‬يتولد بين ال�ضفيحتين‬ ‫المعدنيتين فرق جهد كهربائي يقدر حوالي فولط ًا واحد ًا‪ ،‬اإذ إان‬ ‫جهد النحا�ض أاكبر من جهد الخار�ضين‪ .‬ونتيجة لذلك تتولد طاقة‬ ‫كافية ت�ضمح باإن�ضياب تيار كهربائي عند ربطها بدائرة خارجية‪.‬‬ ‫‪ 2-4‬تصنيف البطاريات ‪Classiffication of Battries‬‬ ‫هناك أانواع مختلفة من البطاريات ُتحدد أانواعها ح�ضب المواد الكيميائية الداخلة في تركيبها مثل البطاريات ذوات‬ ‫الو�ضط ال�ضائل (كبطارية ال�ضيارة) والبطاريات ذوات الو�ضط ال�ضلب مثل الم�ضاحيق اأو المعاجين (كالخلايا الجافة)‬ ‫والبطاريات ذوات الو�ضط الغازي (كبطارية الوقود) او ت�ضنف بح�ضب امكانية �ضحنها‪ ،‬وكذلك يمكن ت�ضنيفها اإلى‬ ‫اأنواع ثلاثة هي‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ ‬‬ ‫‪82‬‬

‫البطارية ل أاولية‬ ‫‪1-2-4‬‬ ‫هي نوع من الخلايا الب�سيطة‪ ،‬وبع�ض الخلايا الجافة‬ ‫يتوقف عملها وينتهي مفعولها بعد إ��ستهلاك احد المواد‬ ‫الكيميائية المكونة لها‪ ،‬ولا يمكن إ�عادة �شحنها‪ ،‬لذا يتطلب‬ ‫التخل�ص منها لاحظ ال�شكل (‪ .)4‬ومن امثلتها الخلية‬ ‫الكلفانية الب�سيطة والخلية الجافة (كاربون ‪ -‬خار�صين)‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )4‬يمثل الخلية الأولية التي لا يمكن �شحنها‬ ‫الخلية الكلفانية الب�سيطة ‪:The Simple Gelvano Cell‬‬ ‫�شكل (‪ )5‬يو�ضح الخلية الكلفانية الب�سيطة‬ ‫تتكون الخلية الكلفانية من ن�صفي خليتين‪ ،‬يغمر‬ ‫في كل واحدة منها لوح معدني‪ ،‬أ�حدهما من الخار�صين‬ ‫هل تعلم‬ ‫(‪ )Zn‬والأخر من النحا�س (‪ .)Cu‬لاحظ ال�شكل (‪)5‬‬ ‫ويغمر كل منهما في محلول لأحد �أملاحه [لوح الخار�صين‬ ‫ان الج�سر الملحي في الخلية الكلفانية‬ ‫يغمر في محلول كبريتات الخار�صين (‪ )ZnSO4‬ولوح‬ ‫الب�سيطة يربط محلولي الأناءين ب�شكل غير‬ ‫النحا�س يغمر في محلول كبريتات النحا�س (‪.])CuSO4‬‬ ‫مبا�شر وكذلك ي�ساعد على هجرة الايونات‬ ‫والذي يح�صل داخل هذه الخلية هو ان ذرات المعدن‬ ‫تترك الالكترونات على اللوح وتدخل المحلول على هيئة‬ ‫الموجبة وال�سالبة‪.‬‬ ‫�آيونات موجبة ال�شحنة‪ .‬إ�ن تراكم الالكترونات على لوح‬ ‫الخار�صين (القطب ال�سالب) يكون أ�كبر من تراكمها على‬ ‫لوح النحا�س (القطب الموجب) وهذا النظام �سمي با�سم‬ ‫المخترع ا ألول دانيال فت�سمى تلك الخلية خلية دانيال‪.‬‬ ‫‪83‬‬

‫�شكل (‪ )6‬يو�ضح مخطط �أجزاء الخلية الجافة (كربون ‪-‬‬ ‫الخلية الجافة (كاربون – خار�صين) ‪:Dry Cell‬‬ ‫خار�صين)‬ ‫هي خلية ذات و�سط جاف تتركب من وعاء من‬ ‫الخار�صين يعمل كقطب �سالب‪ .‬في و�سطه عمود من‬ ‫الكاربون يعمل كقطب موجب محاط بعجينة الكتروليتية‬ ‫(تتكون من كلوريد الأمونيوم وكلوريد الخار�صين والماء‬ ‫وثنائي �أوك�سيد المنغنيز وم�سحوق الكاربون) وتغلف‬ ‫فتحة الوعاء العليا بمادة عازلة لحفظها‪ .‬لاحظ ال�شكل‬ ‫(‪ .)6‬ونتيجة لحدوث تفاعل كيميائي يتولد فرق جهد بين‬ ‫طرفي الخلية مقداره (‪ )1.5V‬عندها ين�ساب تيار كهربائي‬ ‫عند ربط طرفيها بحمل خارجي منا�سب‪ .‬كما مو�ضح في‬ ‫ال�شكل (‪.)7‬‬ ‫لخلايا (الكاربون ـ خار�صين)‪ .‬أ��ستعمالات عدة منها‬ ‫ك� َّشافات ال�ضوء اليدوية‪ ،‬ووحدة توليد النب�ضات الكهربائية‬ ‫ألجهزة ال�سيطرة عن بعد (‪ )remote control‬وفي‬ ‫آ� آلت الت�صوير‪ ،‬ولعب ا ألطفال الكهربائية‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )7‬يو�ضح مقطع طولي تف�صيلي للأجزاء المكونة‬ ‫لخلية (كاربون ‪ -‬خار�صين)‬ ‫البطارية الثانوية‬ ‫‪2-2-4‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫هي نوع من البطاريات الكهربائية‪ ،‬التي يمكن �إعادة‬ ‫�شحنها‪ ،‬و أ�ثناء عملها تتفاعل المواد الكيميائية التي تحتويها‬ ‫إ�ن �سحب كمية عالية من التيار في فترة‬ ‫فتتحول الطاقة الكيميائية المخزونة فيها إ�لى طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫زمنية ق�صيرة يق�ّصر عمر الخلية‪ .‬لذلك‬ ‫و إلعادة �شحنها يتطلب إ�مرار تيار كهربائي في الاتجاه‬ ‫يف�ضل �إ�ستعمالها لتجهيز تيارات �صغيرة‬ ‫المعاك�س لتيار التفريغ وذلك لتحويل الطاقة الكهربائية‬ ‫المقدار وب�صورة متقطعة‪ .‬كما إ�ن خزنها‬ ‫�إلى طاقة كيميائية تخزن في البطارية‪ .‬ومن أ�مثلتها بطارية‬ ‫ال�سيارة وبطارية ( أ�يون ‪ -‬الليثيوم) التي ت�ستعمل في‬ ‫لفترة طويلة يقلل من كفاءتها‪.‬‬ ‫ا ألجهزة الالكترونية (مثل الحا�سبة)‪.‬‬ ‫‪84‬‬

‫�ضكل (‪ )8‬بطارية ال�ضيارة‬ ‫بطارية �ل�صيارة ‪:‬‬ ‫هي نوع من البطاريات الكهربائية التي يمكن اإعادة �ضحنها‪ .‬تعمل على‬ ‫بدء ت�ضغيل محرك ال�ضيارة‪ .‬ال�ضكل (‪ )8‬يو�ضح ال�ضكل الخارجي للبطارية‪.‬‬ ‫التي تتركب من وعاء م�ضنوع من البلا�ضتيك أاو المطاط ال�ضلب‪ ،‬وتحتوي‬ ‫على (‪ )6- 3‬خلايا وكل واحدة منها تتركب من �ضفائح يحيط بها محلول‬ ‫الكتروليتي (يتكون من حام�ض الكبريتيك وماء مقطر)‪ .‬كثافته الن�ضبية‬ ‫(‪ )1.3‬عندما تكون تامة ال�ضحن‪.‬لحظ ال�ضكل (‪.)9‬‬ ‫�ضكل (‪ )9‬يو�ضح مكونات بطارية (ر�ضا�ض ‪ -‬حام�ض)‬ ‫اإن كل خلية من خلايا الر�ضا�ض الحام�ضية تولد فرق جهد قدره (‪،)2V‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫لذلك فبطارية ال�ضيارة المكونة من (‪ )6‬خلايا مربوطة مع بع�ضها على‬ ‫بطارية ال�ضيارة تعطي تيار ًا‬ ‫التوالي تعطي (‪ )12V‬عندما تكون تامة ال�ضحن‪ .‬وتتركب بطارية الر�ضا�ض‬ ‫كهربائي ًا عالي ًا‪ ،‬لذا يجب ربطها‬ ‫من األواح الر�ضا�ض (‪ )Pb‬متبادلة مع أالواح اأوك�ضيد الر�ضا�ض (‪)PbO2‬‬ ‫وكلاهما مغمور في محلول حام�ض الكبريتيك لحظ ال�ضكل (‪ .)9‬ويتفاعل‬ ‫با�ضلاك تو�ضيل غليظة‪.‬‬ ‫هذا النظام تفاعلا كيميائيا ً‪ ،‬وين�ض أا عنه فرق جهد بين األواح الر�ضا�ض (قطب‬ ‫�ضالب) و أالواح أاوك�ضيد الر�ضا�ض (قطب موجب) وين�ضاب تيار كهربائي عند‬ ‫ربط قطبي البطارية بالدائرة الكهربائية لل�ضيارة بعد غلقها‪.‬‬ ‫‪85‬‬

‫�شحن البطارية ‪:‬‬ ‫‪1-1‬نربط البطارية بم�صدر تيار م�ستمر (�شاحنة) ون�صل القطب الموجب للم�صدر ال�شاحن مع القطب الموجب‬ ‫للبطارية ون�صل القطب ال�سالب للم�صدر ال�شاحن مع القطب ال�سالب للبطارية المراد �شحنها كما مو�ضح في‬ ‫ال�شكل(‪.)10‬‬ ‫‪ 2-2‬أ�ن مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬لبطارية ال�سيارة (‪ ،)12V‬وعند �شحنها بم�صدر �شاحن يجب �أن يكون‬ ‫مقدار فولطية الم�صدر ال�شاحن اكبر بقليل من مقدار القوة الدافعة الكهربائية للبطارية (حوالي ‪ ،)14V‬اخذين‬ ‫بنظر الاعتبار الجهد ال�ضائع في المقاومة الداخلية للبطارية و أ��سلاك التو�صيل‪.‬‬ ‫‪3-3‬ترفع الأغطية البلا�ستيكية للبطارية في �أثناء عملية �شحن البطارية للتخل�ص من الغازات المتولدة نتيجة التفاعلات‬ ‫الكيميائية التي تح�صل داخلها‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )10‬يو�ضح طريقة الربط عند �شحن بطارية ال�سيارة‬ ‫العناية ببطارية ال�سيارة‪:‬‬ ‫‪1-1‬تجنب �سحب تيار عالي من بطارية ال�سيارة ولفترة زمنية طويلة ن�سبي ًا لان ذلك ي�ؤدي إ�لى توليد كمية كبيرة من‬ ‫الحرارة تت�سبب في تلف البطارية‪.‬‬ ‫‪ 2-2‬أ�ن يكون م�ستوى المحلول أ�لحام�ضي (ا إللكتروليت) دائما أ�على من م�ستوى �صفائح البطارية بقليل‪ ،‬وفي حالة‬ ‫نق�صان المحلول نتيجة التبخر عند الا�ستعمال ي�ضاف �إليه ماء مقطر مع الت�أكد من ثبوت الكثافة الن�سبية لمحلول‬ ‫البطارية (‪ )1.3‬تقريب ًا‪.‬‬ ‫‪3-3‬عدم ترك البطارية الحام�ضية لمدة طويلة من غير إ��ستعمالها‪ .‬لان ذلك ي�ؤدي إ�لى تكون طبقة عازلة من الكبريتات‬ ‫على الواحها‪.‬‬ ‫‪86‬‬

‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫بطارية ( أ�يون ‪ -‬الليثيوم) ‪:Lithium-Ion Battery‬‬ ‫ال�شكل (‪)12‬‬ ‫مع تقدم الأجهزة التقنية مثل الكمبيوتر (الحا�سوب)‬ ‫النقال و�أجهزة الموبايل (الجوال) و�أجهزة ت�شغيل المو�سيقى‬ ‫(‪ )MP3‬والكاميرات‪� .‬إزداد اعتمادنا على البطاريات أ�كثر‬ ‫وخ�صو�ص ًا تلك التي يعاد �شحنها مرات عديدة دون إ�ن ت�ضعف‬ ‫�أو ت�ستهلك‪.‬‬ ‫هذه البطاريات هي بطاريات ( أ�يون ‪ -‬الليثيوم) والتي‬ ‫تكون ب أ��شكال و أ�حجام البطاريات الجافة الاعتيادية‪ ،‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)11‬‬ ‫�إن بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم) تحاط بغلاف متين خا�ص‬ ‫يتحمل ال�ضغط العالي والحرارة المتولدة داخلها‪ .‬ويحتوي‬ ‫الغلاف على �صمام �أمان للحماية‪.‬‬ ‫وغلاف هذه البطارية يحتوي في داخله على ثلاثة �شرائح‬ ‫رقيقة ملفوفة ب�شكل لولبي كما مو�ضحة في ال�شكل (‪،)12‬‬ ‫وهذه ال�شرائح تمثل‪:‬‬ ‫‪1-1‬القطب الموجب (م�صنوع من أ�وك�سيد كوبلت الليثيوم)‪.‬‬ ‫‪2-2‬العازل‪.‬‬ ‫‪3-3‬القطب ال�سالب (م�صنوع من الكاربون)‪.‬‬ ‫ال�شرائح الثلاث تكون مغمورة في محلول الكتروليتي‬ ‫(وفي الأغلب هو الأيثر)‪� .‬أما �شريحة العازل الرقيقة فهي‬ ‫ت�صنع من مادة لدنـة (البلا�ستك) عادة تعمل على عزل القطب‬ ‫الموجب عن القطب ال�سالب بينما ت�سـمح للأيونات بالمرور‬ ‫من خلالها‪ .‬ت�ستطيع بطاريات ( أ�يون‪-‬الليثيوم) من الإحتفاظ‬ ‫بال�شحنة الكهربائية �أكثر من �أية بطارية م�شابهة‪ ،‬فمثلا تفقد‬ ‫بطارية ( أ�يون ‪ -‬الليثيوم) (‪ )5%‬من �شحنتها في ال�شهر في‬ ‫حالة عدم ا�ستعمالها بالمقارنة مع البطاريات الجافة ا ألخرى‬ ‫والتي تفقد (‪ (20%‬من �شحنتها في ال�شهر (في حالة عدم‬ ‫ا�ستعمالها)‪.‬‬ ‫‪87‬‬

‫بطارية الوقود‬ ‫‪3-2-4‬‬ ‫وهي خلية قادرة على توليد التيار الكهربائي باعتمادها‬ ‫على الوقود (مواد كيميائية) الذي يجهز من م�صدر خارجي‬ ‫ولا ينتهي مفعولها فهي تعمل با�ستمرار عند تجهيزها‬ ‫بالوقود‪ .‬ومن أ�مثلتها بطارية وقود الهيدروجين‪.‬‬ ‫خلية وقود الهيدروجين ‪: Hydrogen Fuel cell‬‬ ‫�إن خلية وقود الهيدروجين تعمل على تحويل الطاقة‬ ‫الكيميائية إ�لى طاقة كهربائية (فهي ت�ستند في عملها على‬ ‫الطاقة‬ ‫على‬ ‫�شكل (‪ )13‬جهاز كمبيوتر دفتري يح�صل‬ ‫�أ�سا�س التفاعلات الكيميائية)‪ .‬ويتم تخزين الهيدروجين‬ ‫الكهربائية من بطارية وقود الهيدروجين‬ ‫عادة ب�شكل �سائل في �أوعية خا�صة‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫أ�ثناء عمل خلية الوقود يتم تحويل غاز الهيدروجين وغاز‬ ‫الأوك�سجين الم أ�خوذ من الجو إ�لى ماء وطاقة كهربائية‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪ )14‬الذي يبين �آلية التفاعل لإنتاج الطاقة‬ ‫الكهربائية‪.‬‬ ‫�إن بطارية الوقود (خلايا الوقود) هي عبارة عن �شرائح‬ ‫رقيقة تولد كل خلية منها فرق جهد كهربائي قدره فولط ًا‬ ‫واحد ًا وكلما ازداد عدد ال�شرائح المو�صولة بع�ضها مع‬ ‫بع�ض على التوالي ازداد فرق الجهد الخارج منها لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)15‬‬ ‫�شكل (‪ )14‬يو�ضح الية عمل خلية وقود الهيدروجين‬ ‫وت�ستعمل بطارية الوقود في كثير من التطبيقات الحديثة‬ ‫منها في ت�شغيل الحا�سوب وفي ت�سيير المركبات الحديثة‬ ‫لاحظ ال�شكل(‪.)16‬‬ ‫�شكل (‪ )15‬يو�ضح مكونات خلية الوقود‬ ‫�شكل (‪ )16‬محطة تزويد وقود الهيدروجين‬ ‫‪88‬‬

‫تمتاز بطارية وقود �لهيدروجين بما ياأتي‪:‬‬ ‫‪-1‬عدم ح�ضول تلوث للبيئة أاو ا�ضتهلاك لم�ضادر الوقود التقليدية والتي ت ؤوثر في �ضحة الن�ضان لن الهيدروجين‬ ‫ينتج من الماء بالك�ضدة ويعود الى ماء مرة اخرى‪.‬‬ ‫‪-2‬ان تكنولوجيا الهيدروجين ل تحتوي على أاية عنا�ضر تت�ضبب في أاخطار ممكنة فهي آامنة عند ا�ضتعمالها‪.‬‬ ‫‪-3‬كفاءة ت�ضغيلها عالية جدا‪ ،‬فهي تحول الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية ب�ضكل مبا�ضر‪ ،‬ولهذا ل يح�ضل اأي‬ ‫فقدان للطاقة‪.‬‬ ‫‪-4‬عمرها طويل بالمقارنة مع بقية انواع البطاريات‪.‬‬ ‫‪ 3-4‬القوة الدافعة الكهربائية (‪Electromotive Force )emf‬‬ ‫�ضكل (‪ )17‬فرق الجهد بين القطب الموجب والقطب ال�ضالب ي�ضمى‬ ‫اإن فرق الجهد الكهربائي بين القطب ال�ضالب‬ ‫بالقوة الدافعة الكهربائية في الدائرة المفتوحة‬ ‫والقطب الموجب لأي بطارية عندما تكون الدائرة‬ ‫الكهربائية مفتوحة ي�ضمى بالقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫(‪ ،)emf‬لحظ ال�ضكل (‪.)17‬‬ ‫لكي تتحرك الإلكترونات في الدائرة الكهربائية‬ ‫الخارجية لبد أان تز ّود هذه اللكترونات بطاقة‬ ‫تكت�ضبها من البطارية‪.‬‬ ‫وان مقدار الطاقة التي تزودها البطارية لوحدة‬ ‫ال�ضحنة الكهربائية هي (‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫ووحدة قيا�ض القـوة الدافعـة الكهربائية (‪)emf‬‬ ‫هي ( ‪ ) Joule‬وت�ضاوي (‪ ،)volt‬اأما الجهاز‬ ‫الم�ضتع‪b‬مل‪lom‬لق‪u‬يا‪�o‬ض‪C‬ها فهو الفولطميتر‪ .‬لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪.)18‬‬ ‫ﻓﻜر‬ ‫ماذا نعني اأن القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫لبطارية (‪)emf = 1.5 volt‬‬ ‫ال�ضكل (‪)18‬‬ ‫‪89‬‬

‫ﻣﺜﺎل‬ ‫ان�ضابت كمية من ال�ضحنات الكهربائية (‪ )q‬مقدارها (‪ )10C‬خلال بطارية فاكت�ضبت طاقة (‪ )W‬مقدارها‬ ‫(‪ .)20 J‬اإح�ضب مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ ( )emf‬أاي الطاقة التي يكت�ضبها الكولوم الواحد)‪:‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية =ـــــــاـلـكـطمـايـقـةةـاـالـلـ�مـضـكـتحـ�نـضةـبـةــ‬ ‫)‪W ) Joule‬‬ ‫= (‪emf )V‬‬ ‫)‪q )Coulomb‬‬ ‫= (‪emf )V‬‬ ‫‪20‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪=2V‬‬ ‫‪10‬‬ ‫�لمقاومة �لد�خلية للبطارية‬ ‫اإن الإعاقة التي تبديها مادة الو�ضط (المركبات الكيميائية) داخل البطارية لحركة ال�ضحنات الكهربائية خلالها‬ ‫ت�ضمى بالمقاومة الداخلية للبطارية ويرمز لها (‪ ،)r‬لحظ ال�ضكل (‪.)19‬‬ ‫الشكل (‪)19‬‬ ‫‪90‬‬

‫أسئلة الفصل الرابع‬ ‫إ�ختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫�س‪1‬‬ ‫‪ -1‬وحدة قيا�س القوة الدافعة الكهربائية ( ‪ )emf‬هي الفولط (‪ )V‬وت�ساوي‪:‬‬ ‫‪J‬‬‫‪C -d C -c J -b A -a‬‬ ‫‪sC‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪ -2‬الخلية الكلفانية الب�سيطة هي‪:‬‬ ‫‪ -a‬بطارية أ�ولية‬ ‫‪ -b‬بطارية ثانوية‬ ‫‪ -c‬بطارية وقود‬ ‫‪ -d‬بطارية قابلة لل�شحن‪.‬‬ ‫‪ -3‬بطارية ال�سيارة ذات فولطية (‪ )12V‬تتكون من �ست خلايا مربوطة مع بع�ضها‪:‬‬ ‫‪ -a‬جميعهاعلى التوالي‬ ‫‪ -b‬جميعهاعلى التوازي‬ ‫‪ -c‬ثلاث خلايا على التوالي والثلاث الأخرى على التوازي‬ ‫‪ -d‬خليتان على التوالي و أ�ربعة على التوازي‬ ‫‪ -4‬في بطارية( أ�يون‪ -‬الليثيوم) تعمل �شريحة العازل بين قطبيها على‪:‬‬ ‫‪ -a‬ال�سماح للأيونات المرور من خلالها‪.‬‬ ‫‪ -b‬ال�سماح للمحلول ا إللكتروليتي المرور من خلالها‪.‬‬ ‫‪ -c‬ال�سماح للأيونات والمحلول ا أللكتروليتي المرور خلالها‪.‬‬ ‫‪ -d‬لات�سمح للأيونات والمحلول الالكتروليتي المرور خلالها‪.‬‬ ‫‪ -5‬عند �شحن بطارية ال�سيارة بم�صدر �شاحن ف�أن مقدار‪:‬‬ ‫‪ -a‬فولطية الم�صدر �أكبر قليل ًا من مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ (emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪ -b‬فولطية الم�صدر�أ�صغر من مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪ -c‬فولطية الم�صدر ت�ساوي مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪ -d‬فولطية الم�صدر�أكبر كثير ًا من مقدار القوة الدافعة الكهربائية(‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪91‬‬

‫‪-6‬خلية وقود الهيدروجين تعمل على تحويل‪:‬‬ ‫‪ -a‬الطاقة الكهربائية �إلى طاقة كيميائية‪.‬‬ ‫‪ -b‬الطاقة الكيميائية �إلى طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫‪ -c‬الطاقة ال�ضوئية إ�لى طاقة كيميائية‪.‬‬ ‫‪ -d‬الطاقة الكهربائية إ�لى طاقة �ضوئية‪.‬‬ ‫�س‪ 2‬ما البطارية الثانوية ؟ اذكر مثال لها‪.‬‬ ‫�س‪ 3‬ما نوع الطاقة المخزونة في البطارية الثانوية ؟‬ ‫�س‪ 4‬و�ضح بالر�سم عملية �شحن بطارية ال�سيارة‪.‬‬ ‫�س‪ 5‬ما هي ا إلجراءات ال آلزم إ�تخاذها للعناية ببطارية ال�سيارة و إ�دامتها ؟‬ ‫�س‪ 6‬أ�ذكر أ�ربعة أ�جهزة ت�ستعمل فيها البطارية الجافة ؟‬ ‫�س‪ 7‬ما هي مزايا خلية وقود الهيدروجين ؟‬ ‫�س‪ 8‬ما مكونات كل من‪:‬‬ ‫‪ -a‬الخلية الجافة؟‬ ‫‪ -b‬بطارية ( أ�يون‪ -‬الليثيوم) ؟‬ ‫المسائل‬ ‫أ�ح�سب مقدار ال�شغل المبذول على �شحنة متحركة مقدارها (‪ (2C‬في دائرة كهربائية تحتوي‬ ‫�س‪1‬‬ ‫على بطارية قوتها الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬ت�ساوي (‪ .)1.5V‬ج‪3 J :‬‬ ‫مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬لبطارية (‪ )12V‬ومقدار ال�شغل الذي تزوده البطارية‬ ‫�س‪2‬‬ ‫لتحريك ال�شحنة (‪� ،) 120 J ( )q‬إح�سب مقدار ال�شحنة (‪ )q‬المتحركة‪ .‬ج‪10 C :‬‬ ‫‪92‬‬

‫الفصل‬ ‫الخامس‬ ‫‪5‬‬ ‫الطاقة والقدرة الكهربائية‬ ‫‪Energy and Electrical Power‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-5‬القدرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 2-5‬الطاقة الكهربائية وكيفية ح�ضابها‪.‬‬ ‫‪ 3-5‬الكهرباء في بيوتنا‪.‬‬ ‫‪ 4-5‬الدوائر الموؤر�ضة‪.‬‬ ‫‪َ 5-5‬تج ُنب ال�ضعقة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪93‬‬

‫الأهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي أ�ن يكون الطالب قادر ًا على أ�ن‪:‬‬ ‫ يعرف القدرة الكهربائية الم�ستهلكة في الجهاز‪.‬‬ ‫ يو�ضح الفرق بين ا�ضاءة م�صباح قدرته ‪ 20W‬وا�ضاءة م�صباح آ�خر قدرته ‪.100W‬‬ ‫  ُيعبر عن علاقة القدرة الكهربائية بالطاقة الكهربائية وبالزمن ب�صيغة ريا�ضية‪.‬‬ ‫ ي�ستخدم قانون كلفة الطاقة الكهربائية الم�ستثمرة في ح�ساب الثمن الذي ندفعه عند ا�ستعمال جهاز ما‬ ‫لفترة زمنية معينة‪.‬‬ ‫ يعدد أ�جزاء القاب�س ذو الفا�صم‪.‬‬ ‫ يعلل ربط الفا�صم في دائرة ال�سلك الحي قبل دخول التيار الكهربائي في الجهاز‪.‬‬ ‫ يو�ضح �أهمية ت أ�ري�ض الاجهزة الكهربائية ذات الغلاف المعدني‪.‬‬ ‫  يبين �أهمية التر�شيد في ا�ستعمال الطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫الطاقة الكهربائية‬ ‫القدرة‬ ‫‪Electrical energy‬‬ ‫‪Power‬‬ ‫�سلك التاري�ض‬ ‫ال�سلك الحي‬ ‫‪Earth Wire‬‬ ‫ال�سلك المتعادل‬ ‫‪Live wire‬‬ ‫التو�صيل بالار�ض (الت�أري�ض)‬ ‫‪Neutral wire‬‬ ‫القاب�س الكهربائي‬ ‫‪Earthing connection‬‬ ‫‪Plug‬‬ ‫‪94‬‬

‫القدرة الكهربائية ‪Electrical power‬‬ ‫‪1-5‬‬ ‫لماذا يعطي الم�صباح ذي القدرة (‪ )100W‬ا�ضاءة اكبرمن الم�صباح المماثل له ذي القدرة ‪ 20W‬؟‪،‬‬ ‫وماذا تعني هذه الارقام؟‪ .‬لاحظ �شكل (‪.)1‬‬ ‫ال�شكل (‪)1‬‬ ‫عند ت�شغيل أ�ي جهاز �أو �أداة كهربائية فانه ي�ستهلك مقدار ًا معين ًا من الطاقة الكهربائية ويحولها الى‬ ‫نوع �آخر من �أنواع الطاقة‪ ،‬مثل ًا �إلى طاقة حركية (كما في المحركات) أ�و �إلى طاقة حرارية (كما في‬ ‫المدافىء الكهربائية) �أو إ�لى طاقة �ضوئية (كما في الم�صابيح الكهربائية) وغيرها من �أنواع الطاقة‪.‬‬ ‫ويمكن ان تعرف القدرة الكهربائية الم�ستهلكة في الجهاز بانها‪:‬‬ ‫مقدار الطاقة التي ي�ستهلكها (او ي�ستثمرها) الجهاز الكهربائي في وحدة الزمن‪.‬‬ ‫الطاقة‬ ‫القدرة =‬ ‫الزمن‬ ‫= ‪Power‬‬ ‫‪Energy‬‬ ‫‪Time‬‬ ‫وتقا�س القدرة بوحدات ( ثاجنويلة ) وهي (واط)‪:‬‬ ‫= ‪Watt‬‬ ‫‪Joule‬‬ ‫‪Second‬‬ ‫فالم�صباح الذي قدرته (‪ )20W‬ي�ستهلك في (‪ )1s‬طاقة مقدارها (‪ ،)20J‬اما الم�صباح الذي قدرته )‪(100W‬‬ ‫في�ستهلك في (‪ )1s‬طاقة مقدارها (‪ ،)100J‬لذا تكون له ا�ضاءة اكبر من ا�ضاءة الم�صباح الذي قدرته (‪.)20W‬‬ ‫‪95‬‬

‫ﺗﺬﻛر‬ ‫‪ -‬الطاقة الكهربائية = القدرة الكهربائية × الزمن‬ ‫‪ -‬الأجهزة الكهربائية في المنازل تو�ضل مع بع�ضها على التوازي‪.‬‬ ‫القدرة الكهربائية لجهاز ما تعتمد على مقدار التيار المن�ضاب في ذلك الجهاز وفرق الجهد بين طرفيه‪:‬‬ ‫القدرة الكهربائية = التيار × فرق الجهد‬ ‫(‪Power )P( = Current )I( × Potential difference )V‬‬ ‫(‪P = I×V ....... )1‬‬ ‫فاذا كان مقدار التيار المن�ضاب في الجهاز ي�ضاوي (‪ )1A‬ومقدار فرق الجهد بين طرفيه (‪ )1V‬عندها تكون‬ ‫القدرة الم�ضتثمرة في الجهاز ت�ضاوي (‪)1W‬‬ ‫‪1 Watt = 1 Ampere × 1 Volt‬‬ ‫= ‪ ]R‬نح�ضل على‪:‬‬ ‫‪V‬‬ ‫وبتطبيق قانون أاوم [‬ ‫‪I‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫(‪P = I × )I R‬‬ ‫(‪P = I2 × R ...... )2‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫)=‪P‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪(×V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫=‪P‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫(‪....... )3‬‬ ‫‪R‬‬ ‫‪96‬‬

‫ح�صاب �لقدرة �لكهربائية‬ ‫‪‬‬ ‫مﻔتاﺡ بطارية‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬م�ضباح كهربائي يعمل بفولطية (‪)6V‬‬ ‫‪+-‬‬ ‫وبقدرة (‪ ،)2.5W‬بطارية فولطيتها (‪ ، )6V‬فولطميتر ‪،‬‬ ‫اأميتر ‪ ،‬مفتاح كهربائي ‪ ،‬ا�ضلاك تو�ضيل‪.‬‬ ‫‪+‬‬ ‫مصباﺡ‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ A‬أميتر‬ ‫×‬ ‫‪ .1‬نربط الجهزة في الدائرة الكهربائية كما في ال�ضكل‬ ‫‪-‬‬ ‫(‪.)2‬‬ ‫‪+V-‬‬ ‫‪ .2‬نغلق مفتاح الدائرة الكهربائية ون�ضجل قراءة الميتر‬ ‫فولطميتر‬ ‫(مقدار تيار الدائرة)‪ .‬ثم ن�ضجل قراءة الفولطميتر‬ ‫الشكل (‪)2‬‬ ‫(مقدار فرق الجهد على طرفي الم�ضباح)‪ .‬اأخير ًا نح�ضب‬ ‫القدرة بتطبيق العلاقة التية‪:‬‬ ‫القدرﺓ المستثمرﺓ = التيار × فرﻕ الجهد‬ ‫(قراءﺓ الاميتر) (قراءﺓ الﻔولطميتر)‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫في ال�ضكل المجاور مدف أاة كهربائية �ضلطت عليها فولطية مقدارها (‪ )220V‬وكانت مقاومة أاحد ا�ضلاك‬ ‫الت�ضخين الثلاثة (‪ )88Ω‬إاح�ضب مقدار‪:‬‬ ‫‪ .1‬القدرة الم�ضتهلكة في أاحد ا�ضلاك الت�ضخين‪.‬‬ ‫‪ .2‬التيار المن�ضاب في أاحد ا�ضلاك الت�ضخين‪.‬‬ ‫‪1-‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪R‬‬ ‫=‪P‬‬ ‫‪P‬‬ ‫=‬ ‫‪)220(2‬‬ ‫=‬ ‫‪550 W‬‬ ‫القدرة الم�ضتهلكة‬ ‫‪88‬‬ ‫‪2-‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪220‬‬ ‫‪= 2.5 A‬‬ ‫مقدار التيار المن�ضاب‬ ‫‪88‬‬ ‫‪97‬‬

‫للقدرة الكهربائية تطبيقات كثيرة في حياتنا اليومية حيث ت�ضتثمر في المنازل والم�ضانع والمحال التجارية‬ ‫والم�ضت�ضفيات لغر�ض ال�ضاءة والتدفئة والتبريد وت�ضغيل الجهزة الكهربائية‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)3‬‬ ‫الشكل (‪)3‬‬ ‫�لتعرف على �لقدرة و�لفولطية لبع�س �لاجهزة �لكهربائية �لمنزلية‬ ‫‪‬‬ ‫من البيانات المو�ضحة على الجهزة المنزلية(الفولطية والقدرة الكهربائية) اإح�ضب مقدار التيار الذي يحتاجه كل‬ ‫جهاز عند ا�ضتغاله ثم اح�ضب مقدار التيار الكلي؟ لحظ الجدول التالي‪.‬‬ ‫تيار الجهاز‬ ‫فولطية الجهاز‬ ‫قدرﺓ الجهاز‬ ‫أسﻢ الجهاز‬ ‫‪)I=P/V( A‬‬ ‫(‪V )v‬‬ ‫(‪P )w‬‬ ‫‪220V‬‬ ‫‪1600W‬‬ ‫مدفئة زيتية كهربائية‬ ‫‪220V‬‬ ‫‪1000W‬‬ ‫مكواﺓ كهربائية‬ ‫‪98‬‬

‫تيار الجهاز (‪)I=P/V‬‬ ‫فولطية الجهاز‬ ‫قدرﺓ الجهاز‬ ‫أسﻢ الجهاز‬ ‫‪220V‬‬ ‫‪500W‬‬ ‫ﻏسالة كهربائية‬ ‫‪220V‬‬ ‫‪100W‬‬ ‫مصباﺡ كهربائي‬ ‫‪220V‬‬ ‫‪200W‬‬ ‫مﻔرﻏة هواء كهربائية‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫الم�ضابيح (‪ )c ، b ، a‬في ال�ضكل المجاور متماثلة‪ ،‬ب ّين اأي من الم�ضابيح يكون‬ ‫اكثر توهج ًا (اأكثر �ضطوعا) ؟ وايهما ي�ضتهلك قدرة اكبر؟‬ ‫�لجو�ب‪:‬‬ ‫نلاحظ أان الم�ضباح (‪ )c‬اأكثر �ضطوعا من الم�ضباح (‪ )a‬وكذلك من الم�ضباح‬ ‫(‪ )b‬ب�ضبب زيادة عدد الأعمدة في دائرة الم�ضباح (‪ )c‬أاي زيادة فرق الجهد‬ ‫الكهربائي عبر الم�ضباح‪ ،‬وبالتالي يزداد مقدار التيار المن�ضاب في الم�ضباح‬ ‫(‪.)c‬‬ ‫القدرة المتحولة (من طاقة كهربائية اإلى �ضوئية) في الم�ضباح (‪ )c‬هي‬ ‫ا ألكبر ( ‪.)P= V2‬‬ ‫‪R‬‬ ‫‪99‬‬

‫ﻣﺜﺎل الم�ضابيح المتماثلة (‪ )d ، e ، f‬اأي الم�ضابيح يتوهج اأكثر واأيهما تتحول عنده القدرة الأكبر‪.‬‬ ‫الجواب ‪:‬‬ ‫الم�ضباح (‪ )d‬هو ا ألكثر �ضطوع ًا ( أاكثر توهج ًا) اأما الم�ضباحان (‪ )e ، f‬فيكونان اأقل توهج ًا ب�ضبب زيادة‬ ‫عدد الم�ضابيح في الدائرة وهذا يوؤدي اإلى زيادة المقاومة المكافئة في الدائرة ونق�ضان مقدار التيار المن�ضاب‬ ‫فيها‪.‬‬ ‫=‪.)P‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫(‬ ‫الم�ضباح (‪ )d‬تتحول فيه (ي�ضتهلك) قدرة أاكبر‬ ‫‪R‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫ •التيار المن�ضاب في خويط الم�ضباح هو الذي ي ؤوثر في مقدار توهج الم�ضباح‪.‬‬ ‫ •تيار الدائرة الكهربائية يتاأثر بالعوامل التالية‪:‬‬ ‫‪ .1‬فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الدائرة‪.‬‬ ‫‪ .2‬عدد الم�ضابيح الم�ضتعملة في الدائرة (مقاومة الدائرة) وطريقة ربطها‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)4‬‬ ‫�صوؤ�ل‪ :‬م�ضباحان ا ألول مكتوب عليه (‪ )60W‬والثاني مكتوب عليه (‪)30W‬‬ ‫ربطا على التوازي مع بع�ضهما وربطت مجموعتهما بين قطبي بطارية فولطيتها‬ ‫منا�ضبة كما في ال�ضكل (‪)4‬‬ ‫اأملا الفراغ في الجمل ا آلتية بال�ضارات المنا�ضبة > ‪= ،< ،‬‬ ‫‪ .1‬مقاومة الم�ضباح الول ‪ ...........‬مقاومة الم�ضباح الثاني‪.‬‬ ‫‪ .2‬التيار المن�ضاب في الم�ضباح ا ألول ‪ ...........‬التيار المن�ضاب في الم�ضباح‬ ‫الثاني‪.‬‬ ‫‪ .3‬ا�ضاءة الم�ضباح ا ألول ‪ ...........‬ا�ضاءة الم�ضباح الثاني‪.‬‬ ‫‪ .4‬فرق الجهد بين طرفي الم�ضباح ا ألول ‪ .........‬فرق الجهد بين طرفي‬ ‫الم�ضباح الثاني‪.‬‬ ‫‪100‬‬