| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف القوى بين الأقطاب المغناطيسية وبين المغناطيس والمواد المغناطيسية، بما في ذلك استخدام مصطلحات القطب الشمالي (القطب N)، القطب الجنوبي (القطب S)، الجذب والتنافر، والمغناطيس المُغنَطَط وغير المُغنَطَط | 10 اشرح أن القوى المغناطيسية ناتجة عن تفاعلات المجالات المغناطيسية |
| 2 صف المغناطيسية المستحثة | |
| 3 اذكر الفروقات بين خصائص المغناطيسات المؤقتة (المصنوعة من الحديد الناعم) وخصائص المغناطيسات الدائمة (المصنوعة من الصلب | |
| 4 اذكر الفرق بين المواد المغناطيسية وغير المغناطيسية | |
| 5 صف المجال المغناطيسي بأنه منطقة يخضع فيها القطب المغناطيسي لقوة | |
| 6 ارسم نمات واتجاه خطوط المجال المغناطيسي حول مغناطيس قضيبى | 11 تعرف أن القوة النسبية للمجال المغناطيسي يتم تمثيلها بمسافة خطوط المجال المغناطيسي |
| 7 اذكر أن اتجاه المجال المغناطيسي عند نقطة هو اتجاه القوة المؤثرة على القطب الشمالي لمغناطيس عند تلك النقطة | |
| 8 صف رسم خطوط المجال المغناطيسي باستخدام بوصلة أو رقائق الحديد واستخدام البوصلة لتحديد اتجاه المجال المغناطيسي | |
| 9 صف استخدامات المغناطيسات الدائمة والمغناطيسات الكهربية |
الكهرباء والمغناطيسية
IGCSE الفيزياء · الموضوع 4
31:58
الكهرباء والمغناطيسية
اضغط مفتاحاً وتضيء مصباحة. امسك مغناطيساً قرب الحديد فيسحبه. هذان القوتان — الكهرباء والمغناطيسية — تبدوان منفصلتين،但它们 deeply…
سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية
4.1
المغناطيسية
المنهج
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
يمكن للمغناطيس جذب بعض المعادن. لكل مغناطيس طرفان، يُسمَّيان قطبين: قطب شمال (قطب N) وقطب جنوب (قطب S).
القاعدة لقطبين تشبه قاعدة الشحنات:
- الأقطاب المتشابهة (N و N، أو S و S) تتنافر (تدفع بعيدًا): هذا هو التنافر.
- الأقطاب المختلفة (N و S) تتجاذب (تسحب معًا): هذا هو التجاذب.
يجذب المغناطيس المواد المغناطيسية، مثل الحديد والفولاذ والكوبالت والنيكل. المواد الأخرى (النحاس، البلاستيك، الخشب) غير مغناطيسية ولا تشعر بأي قوة.
المغناطيسية المستحثة
ضع قطعة حديد بالقرب من مغناطيس أو تلامسه، ويصبح الحديد مغناطيسًا بحد ذاته. هذه هي المغناطيسية المستحثة. يكتسب الطرف الأقرب للحديد للمغناطيس القطب المقابل، sehingga يتجاذبان معًا.
المغناطيسات المؤقتة والدائمة
- الحديد الناعم سهل المغنطة ولكنه يفقد مغناطيسيته بسرعة. يُستخدم كـ مغناطيس مؤقت.
- الفولاذ أصعب في المغنطة لكنه يحافظ على مغناطيسيته. يُستخدم كـ مغناطيس دائم.
لذلك فإن قطعة من الحديد الناعم غير المُمغنط هي أفضل نواة للمغناطيس الكهربائي، بينما الفولاذ هو الأفضل للمغناطيس الشريطي.
الحقول المغناطيسية
الحقل المغناطيسي هو منطقة يشعر فيها قطب مغناطيسي بقوة. نرسمه باستخدام خطوط الحقل المغناطيسي:
- الخطوط تخرج من قطب N وتدخل إلى قطب S.
- اتجاه الحقل عند نقطة معينة هو اتجاه القوة المؤثرة على قطب N لمغناطيس اختبار صغير موضوع هناك.
- حيث تكون الخطوط متقاربة يكون الحقل قويًا؛ حيث تكون متباعدة يكون الحقل ضعيفًا.
يمكنك إظهار النمط برش مساحيق الحديد على ورقة فوق المغناطيس، أو بتحريك بوصلة رسم صغيرة حوله (تشير الإبرة على طول الحقل).
استخدامات المغناطيس
- المغناطيسات الدائمة: أقفال أبواب الثلاجات، إبر البوصلة، مكبرات الصوت.
- المغناطيسات الكهربية (تعمل كمغناطيس فقط عند مرور تيار كهربائي): الرافعات التي ترفع حديد الخردة، الجرس الكهربائي، المرحلات. يمكن تشغيل وإيقاف المغناطيس الكهربي وتكثيف قوته، وهو ما لا يمكن فعله مع المغناطيس الدائم.
تحدث القوى المغناطيسية لأن حقول المغناطسين تتنافر وتتجاذب مع بعضهما البعض.
استكشف
اجعل المجال المغناطيسي مرئيًا
إبر البوصة تتبع الحقل من N إلى S؛ غيّر بين الجذب والتنافر وشاهد إعادة تنظيم النمط بالكامل، مع ظهور نقطة متعادلة للأقطاب المماثلة.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| magnet/ˈmæɡnɪt/ | مغناطيس |
| poles/pəʊlz/ | أقطاب |
| north pole/nɔːθ pəʊl/ | القطب الشمالي |
| south pole/saʊθ pəʊl/ | القطب الجنوبي |
| repel/rɪˈpel/ | تتنافر |
| repulsion/rɪˈpʌlʃn/ | التنافر |
| attract/əˈtrækt/ | تتجاذب |
| attraction/əˈtrækʃn/ | جذب |
| magnetic material/mæɡˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ | مادة مغناطيسية |
| induced magnetism/ɪnˈdjuːst ˈmæɡnɪtɪzəm/ | المغناطيسية المستحثة |
| soft iron/sɒft ˈaɪən/ | الحديد الناعم |
| magnetise/ˈmæɡnɪtaɪz/ | يُغطّس |
| temporary magnet/ˈtemprəri ˈmæɡnɪt/ | مغناطيس مؤقت |
| steel/stiːl/ | الفولاذ |
| permanent magnet/ˈpɜːmənənt ˈmæɡnɪt/ | مغناطيس دائم |
| unmagnetised/ʌnˈmæɡnɪtaɪzd/ | غير مُغَطَّس |
| magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ | المجال المغناطيسي |
| region/ˈriːdʒn/ | منطقة |
| magnetic field lines/mæɡˈnetɪk fiːld laɪnz/ | خطوط المجال المغناطيسي |
| iron filings/ˈaɪən ˈfaɪlɪŋz/ | برادة الحديد |
| compass/ˈkʌmpəs/ | البوصلة |
| electromagnet/ɪˌlektrəʊˈmæɡnɪt/ | مغناطيس كهربائي |
| electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ | الشحنة الكهربائية |
| positive charge/ˈpɒzɪtɪv tʃɑːdʒ/ | شحنة موجبة |
| negative charge/ˈneɡətɪv tʃɑːdʒ/ | شحنة سالبة |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | الإلكترون |
| charging by friction/ˈtʃɑːdʒɪŋ baɪ ˈfrɪkʃn/ | الشحن بالاحتكاك |
| conductor/kənˈdʌktə/ | موصل |
| insulator/ˈɪnsjuːleɪtə/ | عازل |
| coulomb/ˈkuːlɒm/ | كولوم |
4.2
الكهرباء الساكنة
المنهج
4.2.1 الشحنة الكهربائية
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اذكر وجود شحونات موجبة وسالبة | 7 اذكر أن الشحنة تقاس بالكولوم |
| 2 اذكر أن الشحونات الموجبة تتنافر مع الشحونات الموجبة الأخرى، والشحونات السالبة تتنافر مع الشحونات السالبة الأخرى، لكن الشحونات الموجبة تجذب الشحونات السالبة | 8 صف المجال الكهربائي بأنه منطقة تخضع فيها شحنة كهربائية لقوة |
| 3 صف تجارب بسيطة لإظهار إنتاج الشحنات الكهروستاتيكية بالاحتكاك ولإظهار كشف الشحنات الكهروستاتيكية | 9 اذكر أن اتجاه المجال الكهربائي عند نقطة هو اتجاه القوة المؤثرة على شحنة موجبة عند تلك النقطة |
| 4 اشرح أن شحن الأجسام الصلبة بالاحتكاك يتضمن فقط نقل الشحنة السالبة (الإلكترونات) | 10 صف نماط المجال الكهربائي البسيطة، بما في ذلك اتجاه المجال: (أ) حول شحنة نقطية (ب) حول كرة موصلة مشحونة (ج) بين صفيحتين معدنيتين متوازيتين مشحونتين بشحنتين متعاكستين (لن يتم امتحان تأثيرات الأطراف) |
| 5 صف تجربة للتمييز بين الموصلات الكهربائية والعوازل | |
| 6 استرجع واستخدم نموذجاً إلكترونياً بسيطاً لشرح الفرق بين الموصلات الكهربائية والعوازل وأعط أمثلة نموذجية |
4.2.2 التيار الكهربائي
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 تعرف أن التيار الكهربائي مرتبط بتدفق الشحنة | 5 عرّف التيار الكهربائي بأنه الشحنة التي تمر عبر نقطة في وحدة زمنية؛ استرجع واستخدم المعادلة $I = \frac{Q}{t}$ |
| 2 صف استخدام الأميتر (التناظري والرقمي) بنطاقات مختلفة | |
| 3 صف التوصيل الكهربائي في المعادن بدلالة حركة الإلكترونات الحرة | 6 اذكر أن التيار التقليدي يتدفق من الموجب إلى السالب وأن تدفق الإلكترونات الحرة يتدفق من السالب إلى الموجب |
| 4عرف الفرق بين التيار المستمر (d.c.) والتيار المتردد (a.c.) |
4.2.3 القوة الدافعة الكهربائية وفرق الجهد
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 عرّف القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f.) بأنها الشغل الكهربائي الذي تقوم به المصدر في تحريك شحنة وحدة حول دائرة كاملة | 6 استرجع واستخدم معادلة القوة الدافعة الكهربائية $E = \frac{W}{Q}$ |
| 2 تعرف أن القوة الدافعة الكهربائية تقاس بالفولت (V) | |
| 3 عرّف فرق الجهد (p.d.) بأنه الشغل المبذول بواسطة شحنة وحدة تمر خلال مكون | 7 استرجع واستخدم معادلة فرق الجهد $V = \frac{W}{Q}$ |
| 4 تعرف أن فرق الجهد بين نقطتين يقاس بالفولت (V) | |
| 5 صف استخدام الفولتيمتر (التناظري والرقمي) بنطاقات مختلفة |
4.2.4 المقاومة
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 استرجع واستخدم معادلة المقاومة $R = \frac{V}{I}$ | 4 ارسم واشرح منحنيات التيار–الجهد لمقاومة ذات مقاومة ثابتة، ولمصباح خيطي، ولثنائي |
| 2 صف تجربة لتحديد المقاومة باستخدام فولتيمتر وأميتر وإجراء الحسابات المناسبة | |
| 3 اذكر، بشكل نوعي، علاقة مقاومة سلك معدني بطوله وبمساحته المقطعية | 5 استرجع واستخدم العلاقة التالية لموصل كهربائي معدني: (أ) المقاومة متناسبة طردياً مع الطول (ب) المقاومة متناسبة عكسياً مع المساحة المقطعية |
4.2.5 الطاقة الكهربائية والقوة الكهربائية
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 افهم أن الدوائر الكهربائية تنقل الطاقة من مصدر للطاقة الكهربائية، مثل الخلية الكهربائية أو تزويد الشبكة، إلى مكونات الدائرة ثم إلى المحيط | |
| 2 استرجع واستخدم معادلة القدرة الكهربائية $P = IV$ | |
| 3 استرجع واستخدم معادلة الطاقة الكهربائية $E = IVt$ | |
| 4 عرّف الكيلوواط-ساعة (kWh) وحسب تكلفة استخدام الأجهزة الكهربائية حيث الوحدة هي كيلوواط-ساعة |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
يوجد نوعان من الشحنة الكهربائية: الشحنة الموجبة والشحنة السالبة. القاعدة تشبه قاعدة الأقطاب — الشحنات المتشابهة تتنافر، والشحنات المختلفة تتجاذب.
الشحن بالاحتكاك
عند فرك مادتين مختلفتين معًا، تنتقل الإلكترونات (جسيمات سالبة صغيرة) من مادة إلى أخرى. هذا يسمى الشحن بالاحتكاك.
- المادة التي تكتسب إلكترونات تصبح سالبة.
- المادة التي تفقد إلكترونات تصبح موجبة.
الإلكترونات السالبة فقط هي التي تتحرك؛ بينما تبقى الشحنة الموجبة في مكانها. على سبيل المثال، يصبح قضيب بلاستيكي مفروك بقطعة قماش سالبًا لأن الإلكترونات تنتقل من القماش إلى القضيب، مما يجعل القماش موجبًا.
كشف الشحنة. قضيب مشحوب يرفع قصاصات ورق صغيرة، وينحني تدفق رقيق للماء من صنبور. علّق قضيبًا مشحوبًا بخيط وأقرب منه قضيبًا آخر مشحوبًا: إذا كان لكليهما نفس نوع الشحنة، يتحرك القضيب المعلق بعيدًا. التنافر هو الاختبار الوحيد المؤكد للشحنة، لأن التجاذب يحدث أيضًا مع الأجسام غير المشحونة.
الموصلات والعوازل
- الموصل (النحاس والمعادن الأخرى) يسمح بتدفق الشحنة خلاله بسهولة، لأنه يحتوي على إلكترونات حرة قابلة للحركة.
- العازل (البلاستيك، المطاط، الزجاج) لا يسمح بتدفق الشحنة، لأن إلكتروناته لا يمكنها الحركة بحرية.
لختبار مادة، قم بتوصيلها في دائرة مع مصباح وبطارية: المصباح يضيء فقط للموصل.
الحقول الكهربائية والأيونات
تُقاس الشحنة بوحدة الكولوم (C). الحقل الكهربائي هو منطقة يشعر فيها شحنة كهربائية بقوة. اتجاهه عند نقطة معينة هو اتجاه القوة المؤثرة على شحنة موجبة. أنماط الحقول البسيطة (الأسهم تظهر الاتجاه):
- حول شحنة نقطية: خطوط مستقيمة، تتجه بعيدًا عن الشحنة الموجبة ونحو الشحنة السالبة;
- حول كرة مشحونة (كرة): نفس الشيء، تمتد بالتساوي في جميع الاتجاهات حولها;
- بين لوحتين متوازيتين بشحنتين متضادتين: خطوط مستقيمة ومتساوية المسافة من اللوحة الموجبة إلى اللوحة السالبة.
ذرة الذرة عادةً ما تكون متعادلة. إذا فقدت إلكترونات تصبح أيونًا موجبًا؛ وإذا اكتسبت إلكترونات تصبح أيونًا سالبًا.
استكشف
افرك بالون وشاهده يتشحن
الاحتكاك ينقل الإلكترونات إلى البالون، فيصبح سالبًا — ثم يجذب جدارًا متعادلًا أو شعرك، لكن يبعد بالونًا آخر سالب.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ | مجال كهربائي |
| point charge/pɔɪnt tʃɑːdʒ/ | شحنة نقطية |
4.2
التيار الكهربائي
التيار الكهربائي هو تدفق للشحنة الكهربائية. يُقاس بوحدة الأمبير (A) باستخدام أمبيرمتر، يتم توصيله على التوالي في الدائرة.
أمبيرمتر تحليلي له إبرة تتحرك فوق مقياس؛ أمبيرمتر رقمي يعرض القراءة كرقم. كلاهما يأتي بنطاقات مختلفة. اختر النطاق الذي أعلى قليلاً من أكبر تيار تتوقعه، لضمان دقة القراءة: نطاق 0–1 أمبير لتيار حوالي 0.4 أمبير، أو نطاق 0–100 مللي أمبير لبضع مللي أمبير.
التيار هو الشحنة التي تمر عبر نقطة كل ثانية:
$$I = \frac{Q}{t}$$
هنا $I$ هو التيار (A)، $Q$ هو الشحنة (C) و$t$ هو الزمن (s). بإعادة الترتيب، $Q = It$.
مثال محلول. يمر تيار قدره $3.0\ \text{A}$ خلال مصباح لمدة $20\ \text{s}$. كم مقدار الشحنة الذي يمر خلاله؟
$$Q = It = 3.0 \times 20 = 60\ \text{C}$$
في المعدن، التيار هو تدفق لـالإلكترونات الحرة. هناك "اتجاهان" يجب معرفتهما:
- التيار التقليدي يُعتبر أنه يتدفق من + إلى − حول الجزء الخارجي من البطارية.
- الإلكترونات الحرة تتحرك فعليًا في الاتجاه المعاكس، من − إلى +.
التيار المستمر (d.c.) يتدفق دائمًا في اتجاه واحد، كما في حالة البطارية. التيار المتردد (a.c.) يغير اتجاهه مرارًا وتكرارًا عدة مرات في الثانية الواحدة، كما في حالة مصدر الطاقة الرئيسي.
4.2
القوة الدافعة الكهربائية وفرق الجهد
تعطي البطارية طاقة للشحنات التي تمر خلالها. كميتان تصفان ذلك، وكلاهما يُقاس بوحدة الفولت (V).
- القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f.) للمصدر هي الشغل الكهربائي الذي يقوم به لدفع وحدة الشحنة حول دائرة كاملة.
- فرق الجهد (p.d.) عبر عنصر هو الشغل المبذول بواسطة وحدة الشحنة أثناء مرورها داخل ذلك العنصر.
فولتميتر يقيس القوة الدافعة الكهربائية أو فرق الجهد. يتم توصيله على التوازي (عبر العنصر). مثل الأمبيرمترات، الفولتمترات تحليلية أو رقمية ولها نطاقات مختلفة: اختر النطاق الذي أعلى قليلاً من أكبر جهد تتوقعه.
كلاهما يمثل الشغل المبذول لكل وحدة شحنة:
$$E = \frac{W}{Q}, \qquad V = \frac{W}{Q}$$
حيث $W$ هو الطاقة المنقولة (J) و$Q$ هي الشحنة (C). على سبيل المثال، إذا بذلت بطارية $120\ \text{J}$ من الشغل لنقل $60\ \text{C}$ من الشحنة حول دائرة، فإن قوتها الدافعة هي $120 / 60 = 2\ \text{V}$.
4.2
المقاومة
المقاومة تقيس مدى صعوبة مرور التيار. المقاومة الأكبر تعطي تيارًا أصغر. تُقاس بوحدة أوم (Ω).
$$R = \frac{V}{I}$$
قياس المقاومة. قم بتوصيل المكون على التوالي مع خلية، مفتاح، أميتر ومقاومة متغيرة، وقم بتوصيل فولتميتر عبر المكون. أغلق المفتاح، واقرأ $I$ و$V$، ثم غيّر المقاومة المتغيرة للحصول على عدد آخر من أزواج القراءات. إما احسب $R = V/I$ لكل زوج وأخذ المتوسط، أو ارسم $V$ مقابل $I$: بالنسبة لسلك معدني عند درجة حرارة ثابتة، يكون الرسم البياني خطاً مستقيماً يمر بنقطة الأصل، وميله يساوي $R$.
مثال محلول. بطارية $12\ \text{V}$ تدفع تياراً مقداره $0.50\ \text{A}$ خلال مصباح. أوجد مقاومة المصباح.
$$R = \frac{V}{I} = \frac{12}{0.50} = 24\ \Omega$$
بالنسبة لسلك معدني عند درجة حرارة ثابتة:
- السلك الأطول له مقاومة أكبر — المقاومة تتناسب طردياً مع الطول، $R \propto l$;
- السلك الأكثر سماكة له مقاومة أقل — المقاومة تناسب عكسياً مع مساحة المقطع العرضي، $R \propto \dfrac{1}{A}$.
لذلك مضاعفة الطول تضاعف المقاومة؛ ومضاعفة المقطع减半ه. (يعتمد المقطع على مربع القطر، لذا فإن تغييراً صغيراً في القطر يغير المقاومة كثيراً.)
تُظهر رسوم التيار–الجهد سلوك ثلاثة مكونات:
| المكون | شكل رسم I–V | ما يخبرك به |
|---|---|---|
| مقاومة (ثابتة) | خط مستقيم يمر بنقطة الأصل | المقاومة ثابتة، لذا $I \propto V$ |
| مصباح خيط التوهج | على شكل S، يصبح أكثر مسطحية كلما ارتفع $V$ | يسخن السلك، فتزداد مقاومته |
| ثنائي | التيار في اتجاه واحد فقط | مقاومة عالية جداً في الاتجاه "الخاطئ" |
استكشف
قانون أوم
V = IR
بالنسبة للموصل الأومي، التيار يتناسب طرديًا مع الجهد — والميل يساوي 1/المقاومة.
استكشف
خصائص I–V
المقاومة تعطي خطًا مستقيمًا؛ أما المصباح المتوهج والصمام ثنائي القطية فلا يعطيان ذلك. اختر مكونًا واقرأ قيم I و R من المنحنى.
استكشف
المقاومة
V = R·I
قانون أوم: الجهد متناسب طردياً مع التيار — الميل هو المقاومة R.
4.2
الطاقة الكهربائية والقدرة
النقل الدائرة الطاقة من مصدر (خلية أو الكهرباء المنزلية) إلى المكونات، ثم إلى المحيط (غالباً كحرارة، ضوء أو صوت).
القدرة الكهربائية هي الطاقة المنتقلة كل ثانية، تقاس بـ واط (W):
$$P = IV$$
الطاقة الكهربائية المنتقلة في زمن $t$، تقاس بـ جول (J)، هي:
$$E = IVt$$
مثال محلول. محرك $12\ \text{V}$ يسحب تياراً مقداره $2.0\ \text{A}$. أجد قدرته، والطاقة التي ينقلها في $30\ \text{s}$.
$$P = IV = 2.0 \times 12 = 24\ \text{W}$$
$$E = Pt = 24 \times 30 = 720\ \text{J}$$
الكيلوواط-ساعة
فواتير الكهرباء المنزلية تستخدم وحدة طاقة أكبر وهي الكيلوواط-ساعة (kWh). الكيلوواط-ساعة الواحدة هي الطاقة المستهلكة بواسطة جهاز $1\ \text{kW}$ كهربائي لمدة $1$ ساعة.
$$\text{energy (kWh)} = \text{power (kW)} \times \text{time (h)}$$
$$\text{cost} = \text{energy (kWh)} \times \text{price per kWh}$$
على سبيل المثال، استخدام جهاز تسخين $2\ \text{kW}$ لمدة $3$ ساعات يستهلك $2 \times 3 = 6\ \text{kWh}$. إذا كان سعر كيلوواط-ساعة واحدة $20$ سنتات، فإن التكلفة هي $6 \times 20 = 120$ سنتات.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| energy/ˈenədʒi/ | طاقة |
| volt/vəʊlt/ | فولت |
| electromotive force/ɪˌlektrəʊˈməʊtɪv fɔːs/ | القوة الدافعة الكهربائية |
4.3
الدوائر
المنهج
4.3.1 مخططات الدوائر ومكونات الدائرة
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 ارسم وفسّر مخططات الدوائر التي تحتوي على خلايا، ومجموعات خلايا، ومصادر طاقة، ومولدات، ومقسمات جهد، ومفاتيح، ومقاومات (ثابتة ومتغيرة)، وسخانات، ومقاومات حرارية حساسة للحرارة (NTC فقط)، ومقاومات حساسة للضوء (LDRs)، ومصباح، ومحرك، وجرس، وأمبيرمترات، وفولتميترات، وملفات مغناطيسية، ومحولات كهربائية، وصوارق، ومُشغِّلات (relays) وتعرف على سلوك هذه المكونات في الدائرة | 2 ارسم وفسّر مخططات الدوائر التي تحتوي على ثنائيات (diodes) وثنائيات ضوئية مشعة (LEDs) وتعرف على سلوك هذه المكونات في الدائرة |
4.3.2 الدوائر المتسلسلة والموازية
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اعرف أن شدة التيار عند كل نقطة في دائرة متسلسلة تكون متساوية | 8 استذكر واستخدم في الحسابات حقيقة: (أ) مجموع التيارات الداخلة إلى عقدة في دائرة موازية يساوي مجموع التيارات الخارجة من العقدة (ب) الجهد الكلي عبر المكونات في دائرة متسلسلة يساوي مجموع الجهود الفردية عبر كل مكون (ج) الجهد عبر مجموعة مقاومات موازية هو نفسه الجهد عبر أي فرع واحد من مجموعات المقاومات الموازية |
| 2 تعرف على كيفية بناء واستخدام الدوائر المتسلسلة والموازية | |
| 3 احسب القوة الدافعة الكهربائية الإجمالية لمصدرين أو أكثر متصلة على التوالي | |
| 4 احسب المقاومة الإجمالية لمقاومتين أو أكثر متصلة على التوالي | |
| 5 بيّن أنه بالنسبة لـالدائرة الموازية، فإن التيار القادم من المصدر أكبر من تيار كل فرع | 9 اشرح أن مجموع التيارات الداخلة إلى عقدة يساوي مجموع التيارات الخارجة منها |
| 6 بيّن أن المقاومة الإجمالية لمقاومتين متصلتين على التوازي أقل من مقاومة أي منهما بمفردها | 10 احسب المقاومة الإجمالية لمقاومتين متصلتين على التوازي |
| 7 بيّن مزايا توصيل المصابيح على التوازي في دائرة إضاءة |
4.3.3 عمل ومكونات الدوائر الكهربائية
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اعرف أن الجهد عبر موصل كهربائي يزداد كلما زادت مقاومته عند ثبات شدة التيار | 2 صف عمل مقسم الجهد المتغير |
| 3 استذكر واكتب معادلة مقاومتين مستخدمتين كمقسم للجهد $$\frac{R_1}{R_2} = \frac{V_1}{V_2}$$ |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
مكونات الدائرة
يجب أن تعرف هذه المكونات وكيفية عملها:
| المكون | وظيفته |
|---|---|
| خلية / بطارية | تدفع التيار حول الدائرة (البطارية هي خليةان أو أكثر) |
| مزود طاقة | مصدر لتيار مستمر أو متردد |
| مفتاح | يفصل أو يكمل الدائرة |
| مقاومة (ثابتة) | تعطي مقاومة ثابتة |
| مقاومة متغيرة | مقاومة يمكنك تغييرها، للتحكم في التيار |
| صمام أمان | يذوب ويفصل الدائرة إذا كان التيار كبيراً جداً |
| مصباح / جهاز تسخين | يحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء / إلى حرارة |
| مقاومة حرارية | تقل مقاومتها كلما أصبحت أكثر سخونة |
| مقاومة ضوئية (LDR) | تقل مقاومتها كلما أصبح الضوء أكثر سطوعاً |
| ثنائي / صمام ثنائي مضيء (LED) | يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد فقط؛ كما يصدر الصمام الثنائي المضيء ضوءاً |
| ريليه | مفتاح يعمل بمغناطيس كهربائي (تيار صغير يتحكم في تيار كبير) |
| محرك | يحول الطاقة الكهربائية إلى حركة |
| جرس | يُصدر صوتاً |
| محول | يغير مقدار جهد متردد |
التوالي والتوازي
في دائرة توالي تتشكل الأجزاء في حلقة واحدة:
- يكون التيار نفسه عند كل نقطة؛
- يتم توزيع فرق الجهد المزود بين المكونات؛
- تضاف الخلايا الموصولة على التوالي قوتها الدافعة (عندما تكون في نفس الاتجاه)؛
- تضاف المقاومات الموصولة على التوالي: $R_{\text{total}} = R_1 + R_2 + \dots$
في دائرة توازي تكون الأجزاء على فروع منفصلة:
- تحصل كل فرع على فرق الجهد المزود الكامل؛
- ينقسم التيار، لذا يكون التيار القادم من المصدر أكبر من التيار في أي فرع واحد؛
- المقاومة الكلية أقل من أصغر مقاومة فردية.
تُوصَل المصابيح في المنزل على التوازي: يحصل كل منها على الجهد الكامل، وإذا تعطل أحدها تبقى الأخرى مضاءة.
للحسابات (مع القواعد أعلاه):
- عند العقدة، يساوي مجموع التيارات الداخلة مجموع التيارات الخارجة؛
- في التوالي، يساوي فرق الجهد المزود مجموع فروق الجهد عبر المكونات؛
- في التوازي، يكون فرق الجهد عبر كل فرع هو نفسه؛
- مقاومتان متصلتان على التوازي تُجمعان كـ
$$\frac{1}{R_{\text{total}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$$
مثال محلول. مقاومة $6\ \Omega$ ومقاومة $3\ \Omega$ متصلتان على التوازي. أوجد مقاومتهما المركبة.
$$\frac{1}{R_{\text{total}}} = \frac{1}{6} + \frac{1}{3} = \frac{1}{6} + \frac{2}{6} = \frac{3}{6} = \frac{1}{2} \quad\Rightarrow\quad R_{\text{total}} = 2\ \Omega$$
لاحظ أن المقاومة الكلية ($2\ \Omega$) أصغر من أصغر مقاومتين.
مجزئات الجهد
المقاومتان المتصلتان على التوالي تقسمان جهد المصدر. هذا يُسمى مجزئ الجهد. بالنسبة لنفس التيار، تكون فرق الجهد عبر مقاومة أكبر أكبر، لذا تأخذ المقاومة الأكبر حصة أكبر:
$$\frac{R_1}{R_2} = \frac{V_1}{V_2}$$
يُتيح مجزئ الجهد المتغير (أو المقاومة المتغيرة) تغيير جهد الخرج بسلاسة، على سبيل المثال من $0\ \text{V}$ حتى جهد المصدر الكامل. إذا استخدمت مقياس حرارة أو مستشعر ضوء كإحدى المقاومتين، يتغير جهد الخرج مع درجة الحرارة أو الضوء — وهو مفيد للتشغيل والإيقاف التلقائي للمدفأة أو المصباح.
استكشف
ابني التيار باستخدام قانون أوم
زيادة الجهد تجعل الإلكترونات تسرع ويضيء المصباح بشكل أقوى؛ زيادة المقاومة تقلل التيار. I = V/R، السطوع = القدرة.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| circuit/ˈsɜːkɪt/ | دائرة كهربائية |
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | فرق الجهد |
| voltmeter/ˈvəʊltmiːtə/ | فولتميتر |
| resistance/rɪˈzɪstəns/ | المقاومة |
| ohm/əʊm/ | أوم |
| variable resistor/ˈveərɪəbl rɪˈzɪstə/ | مقاومة متغيرة |
| directly proportional/daɪˈrektli prəˈpɔːʃənl/ | يتناسب طردياً |
| inversely proportional/ɪnˈvɜːsli prəˈpɔːʃənl/ | يتناسب عكسياً |
| cross-sectional area/krɒs ˈsekʃənl ˈeərɪə/ | المقطع العرضي |
| resistor/rɪˈzɪstə/ | مقاومة |
| filament lamp/ˈfɪləmənt læmp/ | مصباح خيطي |
| diode/ˈdaɪəʊd/ | ثنائي |
| electrical power/ɪˈlektrɪkl ˈpaʊə/ | القدرة الكهربائية |
| watt/wɒt/ | واط. |
| electrical energy/ɪˈlektrɪkl ˈenədʒi/ | الطاقة الكهربائية |
| joule/dʒuːl/ | جول. |
| kilowatt-hour/ˈkɪləwɒt ˈaʊə/ | كيلوواط-ساعة |
| appliance/əˈplaɪəns/ | جهاز كهربائي |
| heater/ˈhiːtə/ | سخّان |
| cell/sel/ | خلية |
| battery/ˈbætəri/ | بطارية |
| power supply/ˈpaʊə səˈplaɪ/ | مزود الطاقة |
| switch/swɪtʃ/ | مفتاح |
| fuse/fjuːz/ | صمام أمان (فيوز) |
| thermistor/ˈθɜːmɪstə/ | ثرمستور |
| light-dependent resistor/laɪt dɪˈpendənt rɪˈzɪstə/ | مقاومة حساسة للضوء |
| light-emitting diode/laɪt ɪˈmɪtɪŋ ˈdaɪəʊd/ | ثنائي فلومينيسنتي |
| relay/ˈriːleɪ/ | relay (قالب/مُبدّل) |
| series/ˈsɪəriːz/ | التوالي |
| parallel/ˈpærəlel/ | التوازي |
| total resistance/ˈtəʊtl rɪˈzɪstəns/ | المقاومة الكلية |
| junction/ˈdʒʌŋkʃn/ | العقدة |
| potential divider/pəˈtenʃl dɪˈvaɪdə/ | مقسم جهد |
| hazard/ˈhæzəd/ | خطر |
| insulation/ˌɪnsjuːˈleɪʃn/ | العزل الحراري |
| overheating/ˌəʊvəˈhiːtɪŋ/ | السخن الزائد |
| damp/dæmp/ | رطب / مبلل |
| overloading/ˌəʊvəˈləʊdɪŋ/ | إعادة التحميل |
| socket/ˈsɒkɪt/ | مقبس |
| live wire/laɪv ˈwaɪə/ | السلك الحار |
| neutral wire/ˈnjuːtrəl ˈwaɪə/ | السلك المتعادل |
| earth wire/ɜːθ ˈwaɪə/ | سلك الأرض |
| fuse rating/fjuːz ˈreɪtɪŋ/ | تصنيف الصمام |
| trip switch/trɪp swɪtʃ/ | مفتاح قاطع (trip switch) |
| casing/ˈkeɪsɪŋ/ | الغلاف |
| earthed/ɜːθt/ | مؤرض |
| double-insulated/ˈdʌbl ˈɪnsjuːleɪtɪd/ | مزدوج العزل |
4.4
السلامة الكهربائية
المنهج
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 بيّن مخاطر: (أ) تلف العزل (ب) ارتفاع حرارة الكابلات (ج) الظروف الرطبة (د) زيادة التيار الناتجة عن التحميل الزائد للمقبسات، والأسلاك الممتدة، والمقابس المفردة والمتعددة عند استخدام مصدر الكهرباء الرئيسي | |
| 2 اعرف أن دائرة الكهرباء الرئيسية تتكون من سلك حار (خط)، وسلك محايد، وسلك أرضي واشرح سبب ضرورة توصيل المفتاح بالسلك الحار لإيقاف الدائرة بأمان | |
| 3 اشرح استخدام وتشغيل المفاتيح الآلية والصوارق واختر ratings الصوارق وإعدادات المفاتيح الآلية المناسبة | |
| 4 اشرح لماذا يجب أن يكون الغلاف الخارجي لجهاز كهربائي إما غير موصل (عازل مزدوج) أو مؤرض | |
| 5 بيّن أن الصارق بدون سلك أرضي يحمي الدائرة والكابلات الخاصة بالجهاز المعزول بشكل مزدوج |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
يتم تغذية المنزل بشبكة الكهرباء الرئيسية. الشبكة الرئيسية خطيرة إذا تم استخدامها بشكل خاطئ.
المخاطر
هذه هي المخاطر (الأخطار) المرتبطة بكهرباء الشبكة الرئيسية:
- تلف العزل — الأسلاك المكشوفة قد تسبب صدمة كهربائية أو اشتعال حريق;
- السخن الزائد للكابلات — مرور تيار كبير يجعل الكابل ساخنًا، مما قد يسبب حريقًا;
- ظروف رطبة — الماء يسمح بمرور التيار إلى الجسم، مما يزيد خطر الصدمة الكهربائية;
- الإجهاد الكهربائي — توصيل أجهزة كثيرة في مقبس واحد يسحب تيارًا كبيرًا.
السلك النشط والمحايد والأرضي
كابل الشبكة الرئيسية يحتوي على ثلاثة أسلاك:
- السلك النشط يحمل الجهد العالي;
- السلك المحايد يكمل الدائرة عند جهد يقارب الصفر;
- سلك الأرضي هو سلك أمان متصل بالأرض.
يجب تركيب مفتاح (وصمام أمان) في السلك النشط. وهكذا، عندما يكون المفتاح مغلقًا، يتم فصل الجهاز عن الجهد العالي ويصبح آمنًا للمس.
صوامع الأمان ومفاتيح القاطع والأرضي
صمام الأمان هو سلك رفيع ينصهر إذا أصبح التيار كبيرًا جدًا، مما يقطع الدائرة قبل أن يسخن الكابل. اختر تصنيف صمام الأمان أعلى قليلاً من تيار العمل الطبيعي — على سبيل المثال صمام قدرته $13\ \text{A}$ لجهاز يستهلك عادةً حوالي $10\ \text{A}$.
يقوم مفتاح القاطع (قاطع الدائرة) بنفس الوظيفة ولكنه يعمل بسرعة أكبر ويمكن إعادة ضبطه بدلاً من استبداله.
يجب جعل الغلاف المعدني للجهاز آمناً بإحدى الطريقتين:
- متصل بالأرض: يكون الغلاف متصلاً بسلك الأرضي. إذا لمس السلك النشط الغلاف، يتدفق تيار كبير نحو الأرض ويحرق صمام الأمان.
- ذو عزل مزدوج: يكون الغلاف مصنوعًا من البلاستيك، لذا لا يمكن أن يصبح نشطًا. لا يحتاج مثل هذا الجهاز إلى سلك أرضي؛ ما يزال صمام الأمان يحمي الكابل.
استكشف
مسار السلامة الكهربائية
تابع تيار العطل لترى كيف تحمي الأجهزة الأشخاص.
4.5
التأثيرات الكهرومغناطيسية
المنهج
4.5.1 الحث الكهرومغناطيسي
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اعرف أن موصلًا يتحرك عبر مجال مغناطيسي أو مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا يرتبط بموصل يمكن أن يحفز قوة دافعة كهربائية (e.m.f.) في الموصل | 4 اعرف أن اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المحفزة يعاكس التغير الذي تسببه |
| 2 صف تجربة لتوضيح الحث الكهرومغناطيسي | 5 صغ واستخدم الاتجاهات النسبية للقوة، والمجال، والتيار المحفز |
| 3 بيّن العوامل المؤثرة في مقدار القوة الدافعة الكهربائية المحفزة |
4.5.2 مولد التيار المتردد
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف شكلاً بسيطًا لـمولد التيار المتردد (ملف دوار أو مغناطيس دوار) واستخدام حلقات الانزلاق والفرش حيثما لزم الأمر | |
| 2 ارسم وفسر منحنيات القوة الدافعة الكهربائية مقابل الزمن لمولدات التيار المتردد البسيطة وارتبط موقع ملف المولد بقمم وقيعان وصفر القوة الدافعة الكهربائية |
4.5.3 التأثير المغناطيسي للتيار
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف نمط واتجاه المجال المغناطيسي الناجم عن تيارات في أسلاك مستقيمة وبوابات (solenoids) | 4 بيّن التغير النوعي في قوة المجال المغناطيسي حول الأسلاك المستقيمة والبوابات |
| 2 صف تجربة لتحديد نمط المجال المغناطيسي (بما في ذلك الاتجاه) الناجم عن تيارات في أسلاك مستقيمة وبوابات | |
| 3 صف كيف يُستخدم التأثير المغناطيسي للتيار في المُشغِّلات (relays) ومكبرات الصوت وعطِ أمثلة على تطبيقاتها | 5 صف تأثير تغيير مقدار واتجاه التيار على المجال المغناطيسي حول الأسلاك المستقيمة والبوابات |
4.5.4 القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف تجربة تُظهر أن قوةً تؤثر على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي، بما في ذلك تأثير عكس: (أ) التيار (ب) اتجاه المجال | 2 استذكر واستخدم الاتجاهات النسبية للقوة، والمجال المغناطيسي، والتيار |
| 3 حدد اتجاه القوة المؤثرة على حزم الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي |
4.5.5 محرك التيار المستمر
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اعرف أن ملفًا يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي قد يتعرض لقوة دوران وأن قوة الدوران تزداد بزيادة: (أ) عدد لفات الملف (ب) شدة التيار (ج) قوة المجال المغناطيسي | 2 صف عملية المحرك الكهربائي، بما في ذلك عمل المبدل الحلقي المقسوم والفرش |
4.5.6 المحول الكهربائي
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف بناء المحول البسيط ذو القلب الحديدي الناعم، كما يُستخدم في تحويل الجهد | 6 اشرح مبدأ عمل محول حديدي بسيط |
| 2 استخدم مصطلحات الأولي، الثانوي، رفع الجهد وخفض الجهد | |
| 3 استذكر واستخدم المعادلة $$\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}$$ حيث p و s يشيران إلى الابتدائي والثانوي |
7 استذكر واستخدم معادلة الكفاءة المئوية 100 في المحول $$I_p V_p = I_s V_s$$ حيث p و s يشيران إلى الابتدائي والثانوي |
| 4 صف استخدام المحولات في نقل الكهرباء بجهد عالي | |
| 5 اذكر مزايا نقل الكهرباء بجهد عالي | 8 استذكر واستخدم المعادلة $$P = I^2 R$$ لتوضيح سبب صغر الفقدان في الطاقة في الكابلات عندما يكون الجهد أكبر |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
التأثير المغناطيسي للتيار
التيار في سلك يولد مجالًا مغناطيسيًا حوله.
- حول سلك مستقيم تكون خطوط المجال دوائر حول السلك؛ ويكون المجال أقوى قرب السلك. اقلب اتجاه التيار وسيقلب اتجاه المجال.
- الملف الحلزوني (سلك ملفوف طويل) يولد مجالًا مشابهًا لمغناطيس قضيب، مع قطب شمال N في أحد الطرفين وقطب جنوب S في الطرف الآخر. المجال الداخلي قوي ومتساوي.
يمكنك إظهار كلا النمطين باستخدام رقائق الحديد أو بوصلة رسم. يصبح المجال أقوى إذا زدت التيار، أو أضفت لفات أكثر، أو وضعت نواة حديدية ناعمة داخله.
يُستخدم التأثير المغناطيسي في الريليه والسماعة. في الريليه، يقوم تيار صغير في ملف بـ مغنطة نواة حديدية ناعمة، تسحب مفتاحًا لإغلاق دائرة ثانية. يمكن للدائرة الثانية حمل تيار كبير، لذا يمكن لمفتاح صغير أو مستشعر التحكم بأمان في محرك أو مدفأة (على سبيل المثال، مفتاح تشغيل السيارة يبدأ محركاتها عبر ريليه). في السماعة، يولد تيار متغير في الملف دفعًا وسحبًا لمخروط ورقي، مما يحرك الهواء وينتج الصوت.
الحث الكهرومغناطيسي
عندما يتحرك سلك عبر مجال مغناطيسي، أو يتغير المجال عبر ملف، يُحْدَث توتر حثي في السلك. إذا كان السلك جزءًا من دائرة مغلقة،则该 e.m.f. يدفع تيارًا. هذا يسمى الحث الكهرومغناطيسي.
لإثبات ذلك: حرك مغناطيسًا ذهابًا وإيابًا داخل ملف متصل بعداد حساس، ولاحظ اهتزاز الإبرة. يكون التوتر الحثي أكبر عندما تستخدم مغناطيسًا أقوى، أو تتحرك أسرع، أو تستخدم لفات أكثر على الملف. يعمل التوتر الحثي دائمًا لـ معارضة التغيير الذي يسببه. يُعطى اتجاه التيار المحرض بواسطة قاعدة اليد اليمنى لفلمنج: ضع إصبع الإبهام وأصبع السبابة وإصبع الوسطى لليد اليمنى بزاوية قائمة على بعضها البعض؛ يشير الإبهام في اتجاه حركة السلك، ويشير إصبع السبابة في اتجاه المجال (من N إلى S)، ويعطي إصبع الوسطى بعد ذلك اتجاه التيار المحرض.
المولد المتردد
يحول المولد المتردد الحركة إلى كهرباء. يدور ملف في مجال مغناطيسي (أو يدور مغناطيس بالقرب من ملف). أثناء الدوران، يستمر تغير المجال عبر الملف، لذا يُحْدَث توتر متردد.
- الأطواق الانزلاقية وفرش الكربون تنقل التيار إلى الدائرة بينما يبقى الملف دوارًا.
- تكون القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f.) أكبر ما يمكن عندما يكون الملف مسطحاً (يتحرك بأقصى سرعة عبر المجال) وتكون صفراً عندما يكون الملف عمودياً (يتحرك موازياً للمجال). لذا فإن الرسم البياني للقوة الدافعة الكهربائية-الزمن هو موجة: ذروة، صفر، ذروة عكسية، صفر، لكل دورة.
القوة المؤثرة على موصل يمر به تيار
عندما يكون سلك يمر فيه تيار في مجال مغناطيسي، يتنافر مجال السلك مع مجال المغناطيس، مما يجعل السلك يشعر بقوة. هذا هو تأثير المحرك.
- اقلب اتجاه التيار، أو اقلب اتجاه المجال، وتتغير اتجاه القوة.
- زيادة التيار أو تقوية المجال يؤدي إلى زيادة القوة.
القوة والمجال والتيار تكون عمودية على بعضها البعض. يمكنك تحديد اتجاه القوة باستخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج: الإبهام = القوة (الحركة)، الإصبع الأول = المجال (من N إلى S)، الإصبع الثاني = التيار.
إظهار القوة. ضع سلك نحاسي صلب (أو شريحة من ورق الألمنيوم) بين قطبي مغناطيس على شكل U وصله ببطارية عبر مفتاح. عند مرور التيار، يقفز السلك لأعلى أو لأسفل. اقلب البطارية ويقفز السلك في الاتجاه المعاكس؛ قلب المغناطيس ويتغير الاتجاه مرة أخرى. تيار أكبر أو مغناطيس أقوى يعطي قفزة أكبر.
تيار الجسيمات المشحونة المتحركة هو تيار، لذا يدفعه المجال المغناطيسي جانبياً أيضاً — فهو يحرف الشعاع. (تذكر أن الإلكترونات تتدفع عكس اتجاه التيار التقليدي.)
المحرك المستمر (d.c. motor)
الملف الذي يمر فيه تيار في مجال مغناطيسي يشعر بـ تأثير دوران، لأن القوى المؤثرة على جانبيه تعمل في اتجاهين متعاكسين. هذا هو المحرك المستمر. تأثير الدوران يكون أكبر مع عدد دورات أكثر في الملف، أو تيار أكبر، أو مجال أقوى.
المبدل ذو الحلقة المقسومة (split-ring commutator) يغير اتجاه التيار في الملف كل نصف دورة. يحافظ هذا على دوران الملف في نفس الاتجاه بدلاً من توقفها بعد نصف دورة.
المحول الكهربائي
المحول يغير حجم جهد التيار المتردد. يحتوي على ملفين ملفوفين على نواة حديد ناعم:
- الملف الابتدائي يستقبل جهد التيار المتردد;
- الملف الثانوي يعطي الجهد المتغير.
التيار المتردد في الملف الابتدائي يولد مجالاً مغناطيسياً متغيراً في النواة. تحمل النواة هذا المجال إلى الملف الثانوي، حيث تحرض قوة دافعة كهربائية متناوبة. ترتبط الجهود وعدد الدورات بالعلاقة التالية:
$$\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}$$
مثال محلل. يحتوي المحول على $1200$ لفّة في الملف الابتدائي و$100$ لفّة في الملف الثانوي. تم توصيل الملف الابتدائي بمصدر تيار متردد $240\ \text{V}$. أوجد جهد الملف الثانوي.
$$\frac{240}{V_s} = \frac{1200}{100} = 12 \quad\Rightarrow\quad V_s = \frac{240}{12} = 20\ \text{V}$$
عدد دورات أقل في الثانوي، لذا فهذا محول خفض للجهد.
إذا كان الثانوي يحتوي على دورات أكثر فهو محول رفع للجهد (يرتفع الجهد)؛ عدد دورات أقل يجعله محول خفض للجهد (ينخفض الجهد). على سبيل المثال، المحول الذي يغير $240\ \text{V}$ إلى $12\ \text{V}$ هو من نوع خفض الجهد، ويكون للابتدائي $20$ ضعف عدد دورات الثانوي.
إذا كان المحول بكفاءة 100%، فإن القدرة الداخلة تساوي القدرة الخارجة:
$$I_p V_p = I_s V_s$$
لذا فإن محول رفع الجهد يرفع الجهد ولكن يقلل التيار.
لماذا نستخدم الجهد العالي لنقل الطاقة
تُرسل الكهرباء عبر البلاد عن طريق نقل عالي الجهد. القدرة المفقودة كحرارة في الكابلات هي
$$P = I^2 R$$
حيث $R$ هي مقاومة الكابلات. يرفع محول رفع الجهد الجهد وبالتالي يقلل التيار لنفس القدرة ($P = IV$). التيار الأصغر يعني فقد طاقة أقل بكثير في الكابلات. ثم يقوم محول خفض الجهد بخفض الجهد مرة أخرى إلى قيمة آمنة قبل وصوله للمنازل.
استكشف
القوة التي تدور المحرك
التيار في مجال مغناطيسي يُدفع بشكل عمودي على كلاهما — عكّس التيار أو قلب المغناطيس وسيُدفع في الاتجاه الآخر. هذا هو ما يحرك المحرك.
استكشف
المولد
V = a sin(bt)
الملف الدوار يحث جهداً جيبياً — وهو خرج التيار المتردد.
استكشف
المحول الكهربائي
أضف لفات إلى الثانوي لرفع الجهد، وقللها لخفضه — Vs/Vp = Ns/Np، تماماً كما تنقل الشبكة الطاقة بكفاءة.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| ion/ˈaɪɒn/ | أيون |
| electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ | شدة التيار الكهربائي |
| ampere/ˈæmpeə/ | أمبير |
| ammeter/ˈæmiːtə/ | أميتر |
| analogue/ˈænəlɒɡ/ | تماثلي |
| digital/ˈdɪdʒɪtl/ | رقمي |
| ranges/ˈreɪndʒɪz/ | نطاقات |
| free electrons/friː ɪˈlektrɒnz/ | إلكترونات حرة |
| conventional current/kənˈvenʃənl ˈkʌrənt/ | تيار تقليدي |
| direct current/daɪˈrekt ˈkʌrənt/ | تيار مستمر |
| alternating current/ˈɔːltəneɪtɪŋ ˈkʌrənt/ | تيار متردد |
| mains supply/meɪnz səˈplaɪ/ | تزويد الكهرباء الرئيسية |
| motor/ˈməʊtə/ | حركي |
| bell/bel/ | جرس |
| transformer/trænsˈfɔːmə/ | محول كهربائي |
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | ملف لولبي |
| coil/kɔɪl/ | ملف |
| loudspeaker/ˈlaʊdspiːkə/ | مكبر صوت |
| electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ | الحث الكهرومغناطيسي |
| Fleming's right-hand rule/ˈflemɪŋz raɪt hænd ruːl/ | قاعدة اليد اليمنى لفلمنج |
| a.c. generator/ˌeɪ ˈsiː ˈdʒenəreɪtə/ | مولد تيار متردد (a.c. generator) |
| slip rings/slɪp rɪŋz/ | خواتم انزلاق (slip rings) |
| brushes/ˈbrʌʃɪz/ | فرش كربونية (brushes) |
| Fleming's left-hand rule/ˈflemɪŋz left hænd ruːl/ | قاعدة اليد اليسرى لفلمنج |
| deflect/dɪˈflekt/ | يحرف / يحوّل |
| turning effect/ˈtɜːnɪŋ ɪˈfekt/ | تأثير الدوران |
| d.c. motor/ˌdiː ˈsiː ˈməʊtə/ | محرك تيار مستمر (d.c. motor) |
| split-ring commutator/splɪt rɪŋ ˈkɒmjuːteɪtə/ | مبدل الحلقات المجزأة |
| soft-iron core/sɒft ˈaɪən kɔː/ | نواة حديدية ناعمة |
| primary coil/ˈpraɪməri kɔɪl/ | ملف ابتدائي |
| secondary coil/ˈsekəndəri kɔɪl/ | ملف ثانوي |
| step-up/step ʌp/ | رفع الجهد (step-up) |
| step-down/step daʊn/ | خفض الجهد (step-down) |
| high-voltage transmission/haɪ ˈvəʊltɪdʒ trænˈsmɪʃn/ | نقل الطاقة عالية الجهد |
4.5
نصائح للامتحان
- التيار نفسه في جميع أنحاء دائرة متسلسلة؛ في دائرة متوازية ينقسم بين الفروع. الجهد (p.d.) يُوزَّع بالتساوي في المتسلسلة، ولكنه نفسه عبر كل فرع متوازي.
- إضافة مقاومات في التسلسل تزيد المقاومة الكلية ($R_1 + R_2$)؛ إضافتها في التوازي تجعل الكلية أقل من أصغر مقاومة فردية.
- الأمبيرمتر يوضع في تسلسل ومقاومته منخفضة جداً؛ الفولتميتر يوضع في توازي عبر مكون ومقاومته عالية جداً.
- في المحول $\dfrac{V_p}{V_s} = \dfrac{N_p}{N_s}$: دورات أكثر في الثانوي ترفع الجهد أعلى، وأقل تخفضه أسفل. المحولات تعمل فقط على التيار المتردد.
- تُرسل الكهرباء عبر البلاد بجهد عالي بحيث يكون التيار — والحرارة المفقودة في الكابلات، $P = I^2R$ — صغيراً.
- قم بتوصيل المفتاح والصمام الأمان في السلك الحي، واختر تيار صمام أمان أعلى قليلاً من التيار التشغيلي العادي للجهاز.
دروس تفاعلية حول هذا الموضوع
ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.