ملتقى الفيزيائيين العرب - تلخيص منهج الصف الثالث مع حل أسئلة الكتاب ( الفصل الدراسي الثاني )

التيار الكهربائي المستمر

سبق وأن تعرفت على مختلف أنواع الخلايا التي هي مصادر الطاقة الكهربائية ، ونود أن نشير هنا أن التيار الكهربائي الذي نحصل عليه من هذا النوع من المولدات يسمى التيار المستمر
( DC ) وسمي بذلك لأن اتجاههه لا يتغير مع الزمن أما التيار الذي يتغير اتجاهه بتغير الزمن فيسمى بالتيار المتردد ( AC ) مثل التيار الكهربائي في المنزل .

القوة المحركة الكهربائية تعرف بأنها : مقدار الطاقة التي يعطيها المولد لكل كولوم يجتازه .

وتحسب بالقانون : قم = ط / ش

ووحدتها : جول / كولوم أي فولت .

المقاومة الكهربائية:

هي خاصية ممانعة الموصل لمرور التيار الكهربائي فيه مما ينتج عنها ارتفاع في درجة حرارته

وحدتها :

الأوم وهو مقاومة ناقل يمر به تيار شدته ا أمبير عندما يكون فرق الجهد بين طرفيه 1 فولت

وظائفها:

1- حماية الدوائر الكهربائية- مثل فيوز المكيف

2- التحكم في شدة التيار المار في الدائرة - مثل مفتاح الصوت في الراديو

أنواعها :

1- ثابته

2- متغيرة

كما أنها تقسم حسب المادة المكونة لها إلى مقاومة سلكية ومقاومة كربونية

العوامل المؤثرة على على قيمة المقاومة الكهربائية:

1- طول الموصل

2- مساحة مقطع الموصل

3- نوع الموصل

المقاومة النوعية:

هي مقاومة موصل منتظم المقطع طوله وحدة الاطوال ومساحة مقطعه وحدة المساحات

حساب المقاومة النوعية

علاقة المقاومة النوعية بدرجة الحرارة :

من د = من. ( 1 + ثا x د ).

المواصلات هي النواقل التي تزداد مقاومتها مع ارتفاع درجة الحرارة فهي إذن تقل مع انخفاض درجة الحرارة ولكنها لا تصل إلى الصفر إلا انه يوجد عدد قليل من المركبات تتميز بأن مقاومتها تصل إلى الصفر عند تبريدها إلى درجة حرارة معينه تسمى الدرجة الحرجة وتسمى مثل هذه النواقل النواقل فائقة التوصيل .

أول من اكتشف مثل هذه المواد الهولندي كامرلين أونس 1911 هـ حيث لا حظ أن الزئبق تنعدم مقاومته عند درجة 4.2 كلفن .

واليوم توجد آلاف من المواد والمركبات فائقة التوصيل مثل الألومنيوم ، الخارصين ، الرصاص ولكل منها درجة حرجة خاصة بها تعتمد على التركيب الكيميائي والضغط والتركيب البلوري للمادة .

ومن الجدير بالذكر أن الذهب والفضة والنحاس التي تعتبر من أفضل الموصلات لا تظهر فيها خاصية التوصيل الفائقة .

قانون أوم

قانون أوم :عند ثبات درجة الحرارة تتناسب شدة التيار المار في موصل طردياً مع فرق الجهد بين طرفيه .

جـ = م x ت

قنطرة وتستون

تركيب القنطرة :

مقاومتان معلومتان ، مقاومة متغيرة معلومة ( صندوق مقاومات ، مقاومة مجهولة ، جلفانومتر ، مولد ، أسلاك توصيل ، قاطعة .

خطوات التجربة :

1- نص الدائرة كما هو موضح بالشكل ( 8-5 ) .

2- نغلق القاطعة .

3- نغير في مقاومة ( صندوق المقاومات إلى أن تصبح قراءة الجلفانومتر صفر .

4- نعوض في القانون : م1/م2 = م4/م3 .

أي أن المقاومة على المقاومة التي تليها في مرور التيار في الفرع الأول تساوي المقاومة على المقاومة التي تليها في مرور التيار في الفرع الثاني .

قنطرة وتستون المترية

تركيب القنطرة :

سلك موصل منتظم المقطع ، مقاومة معلومة ، مقاومة مجهولة ، جلفانومتر ، مولد ، أسلاك توصيل ، قاطعة .

خطوات التجربة :

1- نص الدائرة كما هو موضح بالشكل ( 8-6 ) .

2- نغلق القاطعة .

3- نحرك زالق الجلفانومتر إلى أن تصبح قراءة الجلفانومتر صفر أي أن القنطرة في حالة اتزان .

4- نعوض في القانون : م1/م2 = ل1/ل2

م1/م2 = ل1/100-ل1

الأوميتر

الاوميتر جهاز مصمم لحساب قيمة المقاومة مباشرة في أي جزء من أجزاء الدائرة ، ويتركب من :

1- مولد ( بطارية ) .

2- جلفانومتر .

3- مقاومة ثابتة .

4- مقاومة متغيرة .

5- فجوة لتثبيت المقاومة المجهولة .

ويتم تدريج الجلفانومتر بوحدات المقاومة بدلاً من وحدات شدة التيار وبالتالي فإن قراءة الجلفانومتر تدل على قيمة المقاومة المجهولة مباشرة .

قانون جول

قانون جول : كمية الحرارة المتولدة في ناقل تتناسب طردياً مع مربع شدة التيار ومقاومة الناقل وزمن مرور التيار الكهربائي .

العوامل المؤثرة في كمية الحرارة المتولدة في ناقل :

1- مربع شدة التيار .

2- مقاومة الناقل .

3- زمن مرور التيار .

ح X ثابت = م X ت2 X ز

ح = م X ت2 X ز / ي حيث ( ي ) مكافئ جول .

الإثبات :

ط = جـ X ش وبما أن جـ = م X ت

إذن ط = م X ت X ش وبما أن ش = ت X ز

إذن ط = م X ت X تX ز

ط = م X ت2 X ز

وبما أن ط الكهربائية = ط الحرارية

إذن ط الحرارية = م X ت2 X ز حيث ط = ح / ي

القدرة الكهربائية

القدرة هي الشغل المبذول خلال وحدة الزمن .

القدرة = ط / ز

= جـ X ش / ز

= جـ X ت X ز / ز

إذن القدرة = جـ X ت

حساب التكاليف :

عندما يعمل جهاز قدرته ( قد ) خلال زمن قدره ( ز ) وكان سعر الكيلو وات ساعة هو ( س ) هللة فإن تكاليف هذا الجهاز تعطى بالعلاقة التالية :

التكاليف = قد X ز X س

حيث ( قد ) بالكيلو واط ، والزمن ( ز ) بالساعة ، والتكاليف بالهللة .

قانونا حفظ الشحنة والطاقة

قانون حفظ الطاقة الكهربائية :الطاقة الكلية لأي دائرة كهربائية معزولة هي مقدار ثابت .

قانون حفظ الشحنة :كمية الشحنة الكهربائية في دائرة كهربائية معزولة هي مقدار ثابت .

ط = ط0 + ط1

قم X ش = ت2 X م0 X ز + ت2 X م X ز

قم X ت X ز = ت X ز ( ت X م0 + ت X م )

قم = ت X م0 + ت X م

قم = ت ( م0 + م )

قم = ت م

جـ = م X ت Ü قم = جـ X ت X م0

ربط المقاومات

ربط المقاومات :

التوصيل على التوالي
التوصيل على التوازي

ت
ت = ثابت
ت= ت1 + ت2 + ت3 + …

جـ
جـ = جـ 1 + جـ2 + جـ3 + …
جـ = ثابت

م
م ك = م1 + م2 + م3 + …
1/ م ك = 1/ م1 + 1/ م2 + …

ملاحظة
م ك > أي مقاومة
م ك < أي مقاومة

ربط المولدات

ربط المولدات :

التوصيل على التوالي
التوصيل على التوازي

ت
ت = ثابت
ت= ت1 + ت2 + ت3 + …

قم
قم = قم 1 + قم2 + قم3 + …
قم = ثابت

قم الكلية = ن قم
قم الكلية = قم

ملاحظة
يزيد من القوة المحركة ويحافظ على شدة التيار
يزيد من شدة التيار ويحافظ على القوة المحركة

التوصيل المختلط
يزيد من القوة المحركة وشدة التيار

قانونا كيرشوف

القانون الأول :

عند كل نقطة تجمع أو تفرع للتيار يكون :

مجموع التيارات الداخلة = مجموع التيارات الخارجة

ت الخارجة = ت الداخلة

. ت = صفر

القانون الثاني :

المجموع الجبري للقوى المحركة الكهربائية ( في الدائرة الكهربائية المغلقة والمعزولة ) يساوي المجموع الجبري لحاصل ضرب شدة التيار في المقاومات التي يمر فيها هذا التيار .

. قم = ت م

توجد عدة طرق لحل المعادلات الناتجة عن تطبيق قانوني كيرشوف أشهرها

1- طريقة المحددات

2- حل المعادلات الجبرية آنيا

3- حل المعادلات بالآلة الحاسبة

وسأقتصر على الإشارة لأهم النقاط التي يفضل اتباعها للوصول إلى الحل بسرعة ودون خطأ بإذن الله ونظرا لأن أمثلة الكتاب تقتصر على الدوائر ثنائية وثلاثية المسار فسأكتفي بها أيضا

1- إن التيار الكهربائي حين يسير في دائرة ثلاثية المسار يتفرق في مسارين ويجتمع في المسار الثالث

مثال ت3 = ت1 + ت2

2- طبق القانون الثاني لكيرشوف مع مراعاة اختيار المسارين اللذين يمران بالمسار الذي يجتمع فيه التيار

أي الذي يمر به ت3 في المثال السابق مع ملاحظة :

+
-

ت
اتجاه التيار المفروض نفس اتجاه التيار الاصطلاحي
اتجاه التيار المفروض عكس اتجاه التيار الاصطلاحي

قم
الاتجاه الاصطلاحي للبطارية نفس اتجاه التيار الاصطلاحي للدائرة
الاتجاه الاصطلاحي للبطارية عكس اتجاه التيار الاصطلاحي للدائرة

ملاحظة : إن اتباعك للخطوات التالية سيريحك من الاشارة السالبة للتيارات حيث أن التيار دائما موجب في هذا الطريقة فقط .

الخيار الثالث
الخيار الثاني
الخيار الأول

لديك كما تلاحظ ثلاث مسارات للتيار في الدائرة السابقة فأي هذه المسارات تختار لتطبق عليه قانون كيرشوف الثاني؟

من خلال ملاحظتك للدائرة تستطيع أن تلاحظ بأن التيارين 1و 2 يجتمعان في السلك ( جـ د ) ولهذا فإن عليك أن تختار المسارين الذين يمران بهذا السلك وهما الخيار الأول والثالث الموضحة بالرسم

3- عند تطبيقك في قانون كيرشوف الثاني لا تعوض عن التيار المار في السلك (جـ د) بـ ( ت3 ) وإنما عوض عنه بقيمته ( ت1 + ت2 )

4- تصبح لديك معادلتين من الدرجة الأولى من السهل حلهما وإيجاد قيمة ت2 و ت1 عن طريق توحيد معاملي أحدهما

5-4 = 2 ت2 + 1 ( ت1+ ت2 )

= ت1 + 3 ت2 ------ المعادلة الأولى

6-4 = 3 ت1 + 1 ( ت1+ ت2 )

2 = 4 ت1 + ت2 ------ المعادلة الثانية

بتوحيد معملي ت1

4 = 4 ت1 + 12 ت2 ------ المعادلة الأولى

2 = 4 ت1 + ت2 ------ المعادلة الثانية

------------------------- بالطرح

2 = 11 ت2

ت2 = 0.1818 أمبير

بالتعويض في أحدى المعادلتين

ت1 = 0.4545 أمبير

وبما أن ت3 عبارة عن مجموع التيارين

ت3 = 0.6363 أمبير

المقاومة الكهربائية