الفصل الثامن بسم الله الرحمن الرحيم
دوائرالتيار الكهربائي المستمر
قانون جول :
سبق وأن ذكرنا أنه عند إنتقال الكترونات التيار الكهربائي في موصل فإنها تتصادم مع ذرات الموصل مما يؤدي إلى إرتفاع درجة حرارته أي أن الطاقة الكهربائية تتحول إلى طاقة حرارية
قانون جول :
يدرس العلاقة بين كمية الحرارة المنطلقة من الموصل والطاقة الكهربائية الماره فيه .
نص قانون جول :
الطاقة الحرارية الناتجة عن مرور التيار الكهربائي في موصل معدني تتناسب طرديا مع كل من :
1 – زمن مرور التيار ( ز )
2 - مربع شدة التيار ( ت2 )
3 – مقاومة الموصل ( م )
الصيغة الرياضية لقانون جول :
ط = ﺠ × ش حيث : ﺠ = م × ت
ط = م × ت × ش ش = ت × ز
ط = م × ت × ت × ز
هذه العلاقة تعطي الطاقة الكهربائية المستهلكة في المقاومة ( م ) والتي تتحول إلى حرارة في نفس المقاومة بوحدة الجول
حساب كمية الحرارة بوحدة السعر : ط م × ت2 × ز
كمية الحرارة ( الطاقة الحرارية ) = ــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــ ي = 4.18 جول / سعر
ي ي ↓
ملاحظات : مكافئ جول
1 - السعر عبارة عن وحدة قياس خاصة بكمية الحرارة
الجول عبارة عن وحدة قياس الطاقة بجميع أشكالها وحيث أن :
كمية الحرارة شكل من أشكال الطاقة لذلك تقاس بوحدة الجول بالإضافة إلى السعر
2 - من التطبيقات على قانون جول إرتفاع درجة حرارة البطارية الجافة أو المركم الرصاصي عند إ ستخدامها فترة زمنية طويلة وسبب ذلك
هو أن البطاريات لها مقاومة داخلية ( م . ) وأثناء أستخدام البطارية يتحول جزء من طاقة التيار المار خلال هذه المقاومة إلى حرارة
أسئلة :
س5 ب ص 47 :علل : تسخن البطاريات عند إستخدامها لفترة طويلة . الجواب : بسبب وجود المقاومة الداخلية ( م . )
س / ما الكمية الفيزيائية التي تقاس بوحدة ( امبير2 .ثانية . اوم ) الجواب : ت2 × ز × م = ط إذا : الكمية هي الطاقة
س / أكمل الفراغ :
من العوامل التي تتوقف عليها كمية الطاقة الحرارية الناتجة عن مرور تيار كهربائي في موصل معدني ................. و ...................
الجواب : زمن مرور التيار - مربع شدة التيار - مقاومة الموصل
س / اكتب الأختيار الصحيح أو الأفضل :
استنتج جول أن الطاقة الحرارية الناتجة عن مرور التيار الكهربائي في موصل معدني تتناسب طرديا مع :
( مساحة المقطع ، مربع شدة التيار ‘ شحنة الإلكترون ، مكافئ جول ) الجواب : مربع شدة التيار
القدرة الكهربائية ( قد ) :
هي الشغل ( الطاقة ) المبذول خلال وحدة الزمن أي أن :
ط ﺠ × ش ﺠ × ت × ز
قد = ــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــــــــ Ü قد = جـ × ت
ز ز ز
هذه العلاقة تعطي القدرة الكهربائية المستهلكة في دائرة يمر بها تيار شدته ( ت ) وفرق الجهد بين طرفيه ( ﺠ )
وحدات قياس القدرة :
جول / الثانية ، فولت × كولوم / الثانية ، فولت × أمبير ، Ω × أمبير 2 ، فولت 2 / W
وعموما تقاس القدرة بالواط
ملاحظة :
قد = ﺠ × ت = ( م × ت ) × ت = م × ت2 ( Ω × أمبير 2 ) حيث : ت = ﺠ / م
قد = م ( ﺠ2 / م 2 ) = ﺠ2 / م ( فولت 2 / Ω )
تعريف الواط :
هو قدرة جهاز يبذل شغل مقداره واحد جول خلال الثانية الواحدة
س / استنتج العلاقة الرياضية لحساب قدرة مولد قوته المحركة قم ؟
الجواب : ط قم × ش قم × ت × ز
قد = ــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــ = قم × ت
ز ز ز
حساب تكاليف الكهرباء :
تكاليف استهلاك الكهرباء ( هللة ) = القدرة ( الكيلو واط ) × عدد الساعات ( ز ) × ثمن الكيلوا ط ساعة ( س )
اسئلة :
س7 ص 47 : يكتب على المصابيح أرقام مثل 220 فولت ، 60 واط ماذا تعني هذه الأ رقام
الجواب :
الرقم 220 فولت يدل على فرق الجهد بين طرفي المصباح أي أن المصباح يستهلك طاقة مقدارها220 جول في الثانية لكل كولوم يمر بين طرفيه
الرقم 60 وا ط يدل على قدرة المصباح أي أن المصباح يبذل شغل يساوي 60جول في الثانية الواحدة
س8 ص 47 : مصباح كهربائي كتب عليه 200واط ، 220 فولت أحسب :
أ - شدة التيار المار خلال المصباح
قد = ﺠ × ت
200 = 220 × ت Ü ت = 200 / 220 = 0.9 امبير
ب - كمية الحرارة ( الطاقة ) المتولدة في فتيلته بالسعر خلال 10 دقائق
ط ﺠ × ت × ز 220 × 0.9 × 10 × 60
ح = ــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــــــــ = ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــ = 28571.4 سعر
ي ي 4.2
ج _ مقاومة فتيلة المصباح :
ﺠ = م × ت Ü م = ﺠ / ت = 220 / 0.9 = 242 Ω
د - تكلفة تشغيل هذا المصباح لمدة شهر بواقع 5 ساعات يوميا علما بأن سعر الكيلو ات ساعة 5 هللات
التكلفة = قد × ز × س
200 × 5 × 30
التكلفة = ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ × 5 = 150 هلله
1000
و - قارن تكلفة هذا المصباح بتكلفة مكيف هواء يعمل على نفس الجهد ومسجل عليه 2500 واط
2500 × 5 × 30
تكلفة المكيف = ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ × 5 = 1875 هللة
1000
تكلفة المكيف 1875
ـــــــــــــــــــــــــــ = ــــــــــــــــــــــــ = 12.5 مره :. يستهلك المكيف 12.5 ضعف المصباح لنفس المدة .
تكلفة المصباح 150
س / ماذا نقصد بقولنا أن قدرة مصباح 200 وات ؟
الجواب : نقصد بذلك أن هذا المصباح يستهلك طاقة مقدارها 200جول في الثانية الواحدة
س / ما الكمية الفيزيائية التى تقاس بوحدة ( فولت × أ مبير ) الجواب : ﺠ × ت = قد الكمية هي القدرة
س / أ كمل الفراغ :
1 - الكيلو وات ساعة = .............. جول
الجواب :
الكيلوات ساعة = 1000 وات ساعة = 1000 × 60 × 60 = 00000 36 وات . الثانية = جول حيث: ط = قد × ز
ملاحظة :
الكيلو وات ساعة هي وحدة كبيرة لقياس الطاقة بينما الجول وحدة صغيرة جدا وبالتالي يمكن أن نضع :
2- امبير . ساعة =............... كولوم
الجواب :
امبير . ساعة = امبير × 60 × 60 ثانية = 3600 امبير . ثانية = 3600 كولوم حيث : ش = ت × ز
س / وحدة قياس القدرة الكهربائية هي ( فولت . متر ، فولت . كولوم ، فولت . أ مبير ) قد = ﺠ × ت = فولت . أ مبير
س / الشغل الكهربائي المبذول خلال وحدة الزمن هو ( القدرة الكهربائية ، السعة الكهربائية ، شدة التيار الكهربائي ، الجهد الكهربائي )
س 25 ص51 / سلك مقاومة المتر منه 35 أوم يراد غستخدامه في عمل سخان كهربائي للحصول على حرارة قدرها6000 سعر في الدقيقة اوجد طول السلك اللازم لذلك علما أن السخان يعمل على جهد 210 فولت ومكافئ جول 4.2 جول / سعر
الجواب :
م للمتر = 35 اوم ، ح = 600 سعر ، ز = 60 ثانية ، ل = ؟؟ ، ﺠ = 210 فولت ‘ ي = 4.2 جول/ سعر
ط ﺠ × ت × ز 210 × ت × 60
ح ¾¾¾ = ــــــــــــــــــــــــــــــــــ Ü 6000 = ـــــــــــــــــــــــــــــ Ü 6000 × 4.2 = 210 × ت × 60
ي 4.2 4.2
25200 = 12600 ت Ü ت = 2 أمبير
ﺠ = م × ت Ü م الكلية = ﺠ / ت Ü ﺠ = 210 / 2 = 105 اوم
م للمتر = م الكلية / ل Ü 35 = 105/ ل Ü ل × 35 = 105 Ü ل = 105 / 35 = 3 أوم
س 26 ص 52 / يمر تيار كهربائي في سلك سخان كهربائي مقاومته 55 أوم وفرق الجهد بين طرفيه 220 فولت فإذا أستخدم هذا التيار في تسخين 10 لترات من الماء لمدة 42 دقيقة فاحسب :
م = 55 أوم ، ﺠ = 220 فولت ، ح الحجم = 10 لتر ، ز = 42 × 60 = 2520 ثانية
ﺠ = م × ت Ü ت = ﺠ / م = 220 / 55 = 4 أمبير
أ - الطاقة الكهربائية التي أستنفذها السخان في هذه المدة
ط = م × ت2 × ز = 5 5 × ( 4 )2 × 2520 = 2217600 جول
أ و :
ط = ﺠ × ش = ﺠ × ت × ز = 2217600 جول
وبالتالي فإن : ط 2217600
ح = ــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = 528000 سعر
ي 4.2
ب - الإ رتفاع في درجة حرارة الماء علما ان الحرارة للماء تساوي 1سعر / جم . م5
الجواب : ك
ث = ـــــــــــــــــــــ Ü ك = ثالماء × ح الحجم = 1000 × 10 = 10000 كجم
ح الحجم
ح كمية الحرارة 528000
الإرتفاع في درجة الحرارة ( د2 - د1 ) = ــــــــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــ = 52.8 م5 ( راجع فيزياء الصف
الكتلة 10000
س : مكيف قدرته 2.5 كيلو وات احسب تكلفة عمله لمدة 10 ساعات إذا كان سعر الكيلو وات . ساعة 5 هللات
الجواب :
تكاليف استهلاك الكهرباء ( هللة ) = القدرة ( الكيلو واط ) × عدد الساعات ( ز ) × ثمن الكيلو اط ساعة ( س )
= 2.5 × 10 × 5 = 125 هللة