للتواسع :كيف يتولد التيار الكهربي ؟ وما المقصود بالتيار الكهربي ؟
اتفضلوا مني هذا العمل
كيف يتولد التيار الكهربي ؟ وما المقصود بالتيار الكهربي ؟
لذا , يمكن تعريف التيار الكهربي على أنه عبارة عن تدفق شحنات كهربية سالبة (الإلكترونات) في مادة موصلة (كسلك معدني) .
فكر : سؤال للتفكير :
· إذا أمررت تيارا كهربيا في دائرة كهربية وأضاء المصباح الموجود بها , هل يتأثر عدد الإلكترونات السارية في الأسلاك بإضاءة المصباح ؟
الخصائص الفيزيائية للتيار الكهربي :
(1) شدة التيار : هي كمية الكهربية أو الشحنات الكهربية المتدفقة خلال مقطع الموصل في زمن قدره ثانية واحدة .
كيف تقاس شدة التيار ؟ وما وحدات قياسها ؟
تقاس باستخدام جهاز الأميتر ويرمز له بالرمز A في رسم الدائرة الكهربية . وتعرف وحدة قياس شدة التيار بالأمبير .
كمية الكهربية (ك)
الزمن (ز)
ويمكن تعريف الأمبير على أنه شدة التيار الكهربي الناتج عن مرور كمية من الكهرباء مقدارها 1 كولوم , عبر مقطع موصل , في زمن قدره (1 ثانية) .
... شدة التيار (ت) =
مثال :
· احسب شدة التيار الكهربي الناتج عن مرور كمية من الكهرباء مقدارها 5400 كولوم في قطع موصل لمدة 5 دقائق .
5400
300
كمية الكهربية (ك)
الزمن (ز)
الحل : الزمن بالثواني = 5 × 60 = 300 ثانية
شدة التيار (ت) = = = 18 أمبير .
نشاط : كيف يستخدم الأميتر ؟ ولماذا ؟
1- كون دائرة كهربية كما بالشكل .
2- أغلق مفتاح الدائرة الكهربية .
الملاحظة :
ماذا تلاحظ على مؤشر جهاز الأميتر ؟
.................................................. ..................................................
ما الذي تدل عليه قراءة مؤشر جهاز الأميتر ؟
.................................................. ..................................................
(2) فرق الجهد الكهربي :
ما المقصود بالجهد الكهربي لموصل ؟
هو حالة الموصل الكهربي التي نتبين منها انتقال الكهربية منه أو إليه إذا ما وصل بموصل آخر .
لكي تفهم ما المقصود بفرق الجهد , وكيف تنتقل الكهربية من موصل إلى آخر , حاول فهم المثال التالي :
تنتقل الحرارة من الجسم الساخن (أ) إلى الجسم البارد (ب) عند اتصالهما معا بقضيب معدني (شكل 5) , ويستمر انتقال الحرارة حتى تتساوى درجة حرارة كل منهما . ولا يعتمد انتقال الحرارة على كميتها في الجسمين , ولكن على الفرق في درجة الحرارة بينهما . إن فرق درجة الحرارة هو الذي يحدد انتقال الحرارة من الجسم أو إليه .
وبالمثل بالنسبة للكهربية :
إن الفرق في الجهد الكهربي بين الموصلين هو الذي يحدد انتقال الشحنات الكهربية من الجسم أو إليه إذا وصل بموصل آخر . فإذا تلامس موصلان مشحونان وكان الجهد الكهربي للموصل الأول أعلى من الجهد الكهربي للموصل الثاني (شكل 6) فإن تيارا كهربيا يسري من الموصل الأول إلى الموصل الثاني حتى يتساوى جهداهما , ولا يعتمد انتقال الشحنات على كميتها , بل على جهد الموصل بالنسبة للموصل الآخر .
مما سبق يمكننا تعريف فرق الجهد بين طرفي موصل كالتالي :
الشغل المبذول (جول)
كمية الكهربية (كولوم)
هو مقدار الشغل المبذول لنقل كمية من الكهربية (شحنة كهربية) مقدارها 1 كولوم , بين طرفي هذا الموصل .
... فرق الجهد (فولت) =
مثال :
· إذا كان مقدار الشغل المبذول لنقل شحنة كهربية مقدارها 300 كولوم بين نقطتين يساوي 33300 جول , احسب فرق الجهد بين النقطتين .
33300
300
الشغل المبذول
كمية الكهربية
الحل :
فرق الجهد = = = 111 فولت .
الكولوم : الشحنة المنقولة بتيار ثابت شدته 1 أمبير في الثانية الواحدة .
قياس فرق الجهد ووحدة قياسه :
يستخدم جهاز "الفولتميتر" لقياس فرق الجهد بين طرفي موصل ويرمز له بالرمز V في رسم الدائرة الكهربية . وتعرف وحدة قياس فرق الجهد "بالفولت" . والفولت هو فرق الجهد بين طرفي موصل عند بذل شغل (1 جول) لنقل كمية من الكهربية مقدارها (1 كولوم) بين طرفي موصل .
كيف يوصل جهاز الفولتميتر في الدائرة الكهربية ؟ يوصل على التوازي .
· يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد الكهربي في الدائرة الكهربية .
· كما يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد بين طرفي أو قطبي البطارية (شكل 9) الذي يعرف باسم "القوة الدافعة الكهربية" والتي يمكن تعريفها على أنها "فرق الجهد الكهربي بين قطبي المصدر الكهربي عندما تكون الدائرة الكهربية مفتوحة , أي لا يمر خلالها تيار كهربي" , ووحدة قياسها الفولت .
(3) المقاومة الكهربية :
أثناء سريان التيار الكهربي في الموصلات (الأسلاك) فإنه يلقى مقاومة أو ممانعة , وبالتالي يمكن تعريف المقاومة الكهربية على أنها "الممانعة التي يلقاها التيار الكهربي أثناء سريانه في موصل".
يستخدم لقياس المقاومة الكهربية جهاز يسمى "الأومميتر" .
وحدة قياس المقاومة الكهربية هي "الأوم" .
الأوم : هو "مقاومة الموصل الذي يسري فيه تيار كهربي شدته 1 أمبير عندما يكون فرق الجهد بين طرفيه 1 فولت" .
أنواع المقاومة الكهربية :
1- مقامة ثابتة ويرمز لها في الدائرة الكهربية بالرمز
2- مقاومة متغيرة (شكل 10) ويرمز لها في الدائرة الكهربية بالرمز
المقاومة المتغيرة : (الريوستات المنزلقة) :
وهي المقاومة التي يمكن تغيير قيمتها لضبط قيمة شدة التيار وفرق الجهد في الأجزاء المختلفة من الدائرة الكهربية .
تركيب المقاومة المتغيرة :
1- سلك معدني ذو مقاومة كبيرة , ملفوف حول اسطوانة من مادة عازلة مثل البورسلين .
2- ساق من النحاس مثبت عليها صفيحة مرنة تلامس السلك , ويمكنها أن تنزلق عليه بطول الاسطوانة , ولذلك تعرف هذه الصفيحة "بالزالق" .
فكرة عمل المقاومة المتغيرة :
تعتمد فكرة عمل المقاومة المتغيرة على التحكم في المقاومة التي يلاقيها التيار أثناء مروره في السلك, عن طريق انزلاق الصفيحة المرنة على السلك , وذلك بالتحكم في طول السلك الذي يدخل في الدائرة ويسري فيه التيار , فتتغير المقاومة وتتغير تبعا لذلك شدة التيار المار في الدائرة الكهربية, أي أنه لو زاد طول السلك لزادت مقاومته للتيار الكهربي , وبالتالي تقل شدة التيار .
معلومة إضافية :
· يوجد داخل خزان وقود السيارة عوامل تتصل بمقاومة متغيرة تتحكم في سريان التيار الكهربية في مقياس وقود السيارة . وعندما يكون مستوى الوقود منخفضا يسري تيار كهربي في دائرة كهربية يسبب انحراف مؤشر الوقود بتابلوه السيارة معطيا إشارة بأن السيارة في حاجة إلى الوقود.
العلاقة بين شدة التيار الكهربي وفرق الجهد : (قانون أوم)
نشاط :اكتشف العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد .
1- كون دائرة كهربية (شكل 11) تتكون من بطارية ومقاومة متغيرة (ريوستات) وأميتر (موصل على التوالي) وفولتميتر (موصل على التوازي مع مقاومة ثابتة) ومفتاح , وكلها موصلة على التوالي .
2- أمرر التيار الكهربي في الدائرة بواسطة غلق المفتاح وعين شدة التيار المار في الدائرة (قراءة الأميتر بالأمبير) ولتكن (ت) , وعين فرق الجد (قراءة الفولتميتر بالفولت) ولتكن (جـ) .
3- غير المقاومة باستخدام الريوستات فتتغير قيم كل من (ت) , (جـ) , أوجد قيمتهما .
4-
كرر العمل عدة مرات مع تغير المقاومة في كل مرة , مع إيجاد قيمة (ت) , (جـ) في كل مرة.
5- أوجد خارج قسمة في كل حالة .
6-
سجل نتائجك في جدول الآتي :
رقم التجربة
شدة التيار (ت) بالأمبير
فرق الجهد (جـ) بالفولت
خارج قسمة
1
2
3
4
جـ
ت
ماذا تلاحظ على هذه النتائج التي حصلت عليها ؟
· أن خارج قسمة = مقدار ثابت .
·
وهذا المقدار الثابت يساوي مقاومة الموصل , ويرمز له بالرمز (م) ووحداته تسمى "الأوم" .
· أي أن = م وتعرف هذه العلاقة بقانون أوم .
· بمعنى أن المقاومة (م) تتناسب طرديا مع فرق الجهد (جـ) عند ثبوت شدة التيار وعكسيا مع شدة التيار (ت) عند ثبوت فرق الجهد .
الأوم : مقاومة موصل يمر به تيار كهربي شدته 1 أمبير وفرق الجهد بين طرفيه 1 فولت .
الأمبير : شدة تيار كهربي يمر في موصل مقاومته 1 أوم وفرق الجهد بين طرفيه 1 فولت . أو شدة التيار الناتج عن مرور كمية من الكهرباء مقدارها 1 كولوم عبر مقطع موصل في زمن قدره 1 ثانية
الفولت : فرق الجهد بين طرفي موصل مقاومته 1 أوم وشدة التيار المارة خلاله 1 أمبر .
قانون أوم :
" تتناسب شدة التيار الكهربي المار في موصل ما تناسبا طرديا مع فرق الجهد بين طرفيه عند ثبوت درجة الحرارة" .
فرق الجهد (جـ)
شدة التيار (ت)
بمعنى أن : جـ = مقدار ثابت × ت أي أن : جـ = م × ت حيث (م) هي المقدار الثابت .
وبالتالي : المقاومة (م) =
ومن هذه العلاقة يمكن استنتاج تعريف المقاومة على أنها النسبة بين فرق الجهد بين طرفي موصل وشدة التيار الكهربي المار فيه .
مثال :
إذا مر تيار كهربي شدته 20 أكبير خلال سخان كهربي , وكان فرق الجهد بين طرفيه 220 فولتا . احسب مقاومة السخان .
الحل : م = = = 11 أوم
علماء لها تاريخ :
· جورج سيمون أوم , عالم ألماني اكتشف الخصائص الكمية للتيارات الكهربية , واكتشف قانونا في الكهرباء عرف باسمه تخليدا لذكراه, كما سميت وحدة قياس المقاومة الكهربية باسمه .
سؤال للتفكير :
· تكتب الشركات المصنعة للأجهزة الكهربية مقدار فرق الجهد وشدة التيار أو المقاومة وفرق الجهد. هل تعلم أن معرفة صفتين فقط من الصفات الثلاث تمكنك من معرفة الصفة الثالثة ! كيف يمكنك ذلك .
تدريبات على الدرس الأول
(1) أكمل العبارات الآتية :
1- مقاومة السلك المعدني لمرور التيار الكهربي تتناسب ............ مع شدة التيار و ............... مع فرق الجهد .
2- يستخدم جهاز ............ لقياس شدة التيار بوحدات تسمى ............
3- يقاس ............. باستخدام الفولتميتر بوحدات تسمى ..............
4- يستخدم جهاز ............... لقياس القوة الدافعة الكهربية للبطارية بوحدات تسمى ............
5- عند توصيل موصلين مشحونين , فإن التيار الكهربي يسري من الموصل ............ جهدا إلى الموصل .............. جهدا .
(2) اختر الإجابة الصحيحة لكل عبارة مما يأتي :
1- يستخدم جهاز ..... لقياس القوة الدافعة الكهربية للبطارية . (الفولتميتر – الأوميتر – الأميتر)
2- تستخدم الريوستات المنزلقة لتغيير ............ و ............ بالدائرة الكهربية . (شدة التيار وفرق الجهد – المقاومة وفرق الجهد – شدة التيار والمقاومة)
3- يستخدم جهاز الأومميتر لقياس ........ بالدائرة الكهربية. (فرق الجهد – شدة التيار – المقاومة)
4- وحدة قياس المقاومة الكهربية هي ........... (الأمبير – الفولت – الأوم)
5- وحدة قياس شدة التيار هي .......... (الأمبير – الفولت – الأوم)
(3) اكتب المصطلح العلمي الدال على كل عبارة مما يأتي:
1- الممانعة التي يلقاها التيار الكهربي أثناء مروره في الموصل .
2- تدفق الشحنات الكهربية السالبة في مادة موصلة (سلك معدني) .
3- كمية الشحنات الكهربية المتدفقة خلال مقطع الموصل في فترة زمنية محددة .
4- حالة الموصل التي نتبين منها انتقال الكهربية منه أو إليه إذا ما وصل بموصل آخر .
5- مقاومة الموصل الذي يسري فيه تيار كهربي شدته 1 أمبير عندما يكون فرق الجهد بين طرفيه 1 فولت .
الدرس الثاني
التيار الكهربي والأعمدة الكهربية
بعض مصادر التيار الكهربي :
يمكن توليد التيار الكهربي بطريقتين :
· تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية بالخلايا الكهروكيميائية (مثل البطارية الجافة أو العمود الجاف) , ويطلق على التيار الكهربي المتولد منها باسم "التيار المستمر" .
· تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربية بواسطة المولد الكهربي (الدينامو) ويعرف التيار الكهربي الناتج باسم "التيار المتردد" .
يوجد نوعان من التيار الكهربي هما :
(1) التيار الكهربي المستمر :
· هو تيار كهربي ثابت الشدة يسري في اتجاه واحد فقط بالدائرة الكهربية , حيث تنساب الإلكترونات من أحد قطبي الخلية الكهروكيميائية لتمر خلال مكونات الدائرة , ثم تعود إلى القطب الآخر .
· ينتج هذا التيار من الخلايا الكهروكيميائية , مثل العمود الجاف .
· يمكن نقل التيار المستمر لمسافات قصيرة فقط .
· يستخدم في عمليات الطلاء الكهربي وفي تشغيل بعض الأجهزة الكهربائية .
(2) التيار الكهربي المتردد :
· وهو تيار متغير الشدة والاتجاه يسري في اتجاهين متعاكسين , حيث تنساب الإلكترونات في اتجاه واحد فقط في البداية , ثم تبدأ في الانسياب في الاتجاه المعاكس , وتتكرر هذه الدورة مرات كثيرة متلاحقة وبسرعة كبيرة .
· ينتج هذا التيار من المولدات الكهربائية , مثل (الدينامو) .
· يمكن نقل التيار المتردد مسافات قصيرة أو طويلة .
· يستخدم في إنارة المنازل والشوارع وتشغيل الأجهزة الكهربائية .
· يمكن تحويله إلى التيار المستمر .
الآن يمكنك مقارنة التيار المستمر والتيار المتردد في الجدول التالي :
نقاط المقارنة
التيار المستمر
التيار المتردد
طرق توصيل الأعمدة الكهربية في الدوائر الكهربية
(1) التوصيل على التوالي :
يتم بتوصيل القطب السالب للعمود الأول بالقطب الموجب للعمود الثاني بسلك نحاسي , ثم يوصل القطب السالب للعمود الثاني بالقطب الموجب للعمود الثالث ... وهكذا . وبذلك يتبقى كل من القطب الموجب للعمود الأول والقطب السالب للعمود الأخير حرا , ويعد هذا القطبان قطبي البطارية الكهربية .
ويمثل العمود الكهربي في الرسم بالشكل (+ -) وهما خطان مستقيمان متوازيان , يدل الخط الأول منهما على القطب الموجب للعمود , والأقصر يدل على القطب السالب .
(2) التوصيل على التوازي :
يتم توصيل الأقطاب الموجبة للأعمدة كلها معا , وتوصيل الأقطاب السالبة كلها معا بأسلاك من النحاس, وبذلك يصبح هناك طرف موجب واحد وطرف سالب واحد للبطارية , وهما قطبا البطارية.
نشاط : قياس القوة الدافعة الكهربية للأعمدة الموصلة على التوالي .
1- كون دائرة كهربية من عمود كهربي واحد وفولتميتر شكل (17 أ) عين قيمة القوة الدافعة الكهربية لهذا العمود الكهربي من قراءة الفولتميتر , ولتكن "ق1" .
2- صل عمودا كهربيا آخر مماثلا للعمود الأول إلى هذه الدائرة على التوالي مع العمود السابق , شكل (17ب) ثم عين القوة الدافعة الكهربية ولتكن "ق2" .
3- صل عمودا كهربيا مماثلا إلى هذه الدائرة على التوالي مع العمودين الكهربيين السابقين , شكل (17جـ) ثم عين لقوة الدافعة الكهربية ولتكن "ق3" .
ماذا تلاحظ من هذه القيم الثلاث للقوة الدافعة الكهربية ؟ وماذا تستنتج منها ؟
1- القوة الدافعة في الحالة الثانية ضعف القوة الدافعة في الحالة الأولى (أي أن "ق2" ضعف قيمة "ق1" .
2- القوة الدافعة في الحالة الثالثة ثلاثة أضعاف القوة الدافعة في الحالة الأولى (أي أن "ق3" تعادل ثلاثة أضعاف قيمة "ق1" .
الاستنتاج :
القوة الدافعة الكهربية المتصلة أعمدتها على التوالي = مجموع القوى الدافعة الكهربية للأعمدة المكونة للبطارية .
· أي أن : ق(القوة الدافعة للبطارية) = ق1 + ق2 + ق3
· أي أنه : في حالة تماثل الأعمدة فإن :
ق البطارية = ق العمود الواحد × ن
حيث "ن" عدد الأعمدة المتماثلة .
نشاط : قياس القوة الدافعة الكهربية لأعمدة متصلة على التوازي .
· كرر التجربة السابقة , ولكن بتوصيل الأعمدة على التوازي . وعين القدوة الدافعة الكهربية في كل خطوة ولتكن "ق1" , "ق2" ,"ق3" .
ماذا تلاحظ من القيم الثلاث للقوة الدافعة الكهربية ؟ وماذا تستنتج ؟
· القراءة في الحالة الثالثة هي نفسها في الحالة الثانية , وهي نفس القراءة في الحالة الأولى, أي أن ق1 = ق2 = ق3 .
الاستنتاج :
· القوى الدافعة لعدة أعمدة متصلة على التوازي تساوي القوة الدافعة للعمود الواحد .
· أي أن : ق للبطارية = ق للعمود الواحد .
مثال : بطارية مكونة من ثلاثة أعمدة , القوة الدافعة الكهربية لكل عمود منها 3 فولت . احسب القوة الدافعة الكهربية إذا وصلت أعمدتها : (1) على التوالي (2) على التوازي.
الحل :
1- توصيل الأعمدة على التوالي: ق للبطارية= ق للعمود الواحد × ن (عدد الأعمدة) = 3 × 3 = 9 فولت
2- توصيل الأعمدة على التوازي : ق للبطارية = ق للعمود الواحد = 3 فولت .
تدريبات على الدرس الثاني
(1) أكمل العبارات التالية :
1- يتولد تيار كهربي من الدينامو نتيجة تحويل الطاقة ................. إلى طاقة ...........
2- يوجد نوعان من التيار الكهربي هما ............ و ....................
3- تنتج الأعمدة الكهربية تيارا .............. والمولدات الكهربية فتنتج تيارا ..............
(2) اختر الإجابة الصحيحة لكل عبارة مما يأتي :
1- يستخدم التيار المستمر في ...... (الإنارة – الطلاء الكهربي – تشغيل الثلاجات)
2- في العمود الكهربي تتحول الطاقة ............. إلى طاقة كهربية. (الحركية – المغناطيسية – الكيميائية)
3- من خصائص التيار المتردد أنه ............... (ثابت الشدة – متغير الاتجاه – يستخدم في الطلاء الكهربي)
(3) ضع علامة (P) أمام العبارة الصحيحة , وصب ما تحته خط في العبارات غير الصحيحة :
1- القوة الدافعة لعدة أعمدة متصلة على التوالي تساوي القوة الدافعة للعمود الواحد . ( )
2- ينتج الدينامو تيارا كهربيا مترددا ( ).
3- تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية في الأعمدة والبطاريات . ( )
(4) لديك ثلاثة أعمدة كهربية متماثلة , القوة الدافعة الكهربية لكل منها 1.5 فولت . وضح بالرسم كيف يمكن توصيلها للحصول على قوى دافعة كهربية مقدارها :
1- 1.5 فولت
2- 3 فولت
3- 4.5 فولت
:unsure:انتطر ردودكم :unsure:
*** منقول ***
لمتابعة أكثر خارج موقع مسندم.نت...
نرجو زيارة هذا الرابط (( بالضغط هنـــا )) ..
