الكهرباء والمغناطيسية
الكهرباء شحنة متحركة، تُوجه بفارق الجهد، ومقاومة كل مكون — وكل تيار يولد مجالاً مغناطيسياً. أكبر موضوع في OxfordAQA يبني أدوات الدوائر الكهربائية، وسلوك المكونات، والمغناطيسات الكهربية التي تليها.
فيزياء أوكسفورد-أكسا الدولية GCSE 9203، موضوع 3.5 (الإصدار 5.1). العبارات المحددة بـ (P) خاصة بورقة 2 فقط.
الدوائر الكهربائية
تتميز المعادن بالتوصيل لأنها تحتوي على إلكترونات حرة؛ (P) عدم التوازن الكهربائي المعزول هو كهرباء ساكنة، يتفريغ عند ظهور مسار موصل (البرق). التيار هو معدل تدفق الشحنة:
الجهد الكهربائي يدفع الشحنة حول الدائرة؛ فرق الجهد عبر المكون يقيس الطاقة المنقولة لكل وحدة شحنة (الفولت = جول لكل كولوم). احفظ الرموز القياسية — مفتاح، مصباح، صمام أمان، خلية، بطارية، ثنائي القطية، مقاومة، مقاومة متغيرة، مقياس حراري ضوئي، LED، أميتر وفولتميتر.
عند درجة حرارة ثابتة، يكون منحنى V–I للمقاومة خطاً مستقيماً (أومي)؛ ينحني منحنى المصباح المتوهج لأن أيوناته تهتز أكثر مع ارتفاع الحرارة؛ ثنائي القطية يوصل في اتجاه واحد فقط؛ (P) تنخفض مقاومة المقياس الحراري الضوئي مع ارتفاع درجة الحرارة (في الثيرموستات)؛ تنخفض مقاومة MDR مع زيادة الضوء (في الإضاءة التلقائية)؛ LED يُصدر ضوءاً للأمام ويوفر طاقة مقارنة بالمصابيح المتوهجة والمصباح فلورسنت مضغوط.
توالي: نفس التيار، تُقسم فروق الجهد، تُجمع المقاومات. توازي: نفس فرق الجهد، تتجزأ التيارات، المقاومة المكافئة أقل من كل فرد منها. تصادم الشحنات مع الشبكة البلورية يُسخّن كل مقاومة.
تحقق محلول. مصباح 230 V يسحب 0.25 A: $R = 230/0.25 = 920\ \Omega$. مقاومتان 4 Ω متصلتان على التوالي عبر 12 V تحملان $I = 12/8 = 1.5$ A؛ على التوازي، $R = 2\ \Omega$ والمصدر يعطي $I = 12/2 = 6$ A.*
المغناطيسية والكهرومغناطيسية
الأقطاب: مثلية تتنافر، مخالفة تتجاذب — قوى غير تلامسية. خطوط المجال تمتد من N إلى S خارج المغناطيس؛ الأقطاب المخالفة المواجهة تعطي مجالاً منتظماً بينهما. المغناطيس المستحث يتجاذب أثناء وجوده في المجال ويفقد مغنطيسيته عند إزالته؛ يسمح مجال الأرض بإبرة البوصلة بالتنقل.
السلك الحامل للتيار له خطوط مجال دائرية حوله (تيار أقوى → مجال أقوى؛ عكس التيار → عكس الاتجاه). الملف الحلزوني يركز المجال؛ مع نواة حديدية ناعمة يصبح مغناطيساً كهربائياً — قابل للتشغيل والإيقاف، قابل للتعديل، يُستخدم في رافعات المحاجر، المرحلات وأقفال الأبواب. عملي مطلوب: العوامل التي تحدد قوة المغناطيس الكهربائي.
تحقق من نفسك
- لماذا توصل المعادن؟
- اذكر العلاقة بين التيار والشحنة والزمن مع الوحدات.
- احسب الشحنة المارة عندما يمر تيار 2 A لمدة 30 s.
- اذكر شكل منحنى V-I للمقاومة عند درجة حرارة ثابتة وللمصباح المتوهج.
- (P) ماذا يحدث لمقاومة المقياس الحراري الضوئي مع ارتفاع درجة الحرارة؟
- اذكر قواعد التيار وفرق الجهد للتوصيلات على التوالي وعلى التوازي.
- احسب R لمصدر 12 V يدفع تيار 0.5 A.
- اذكر قاعدة الأقطاب واتجاه خطوط المجال خارج المغناطيس.
- ما هو المغناطيس المستحث؟
- سمّ طريقتين لتقوية المغانط الكهربائي.
الإجابات: 1 تحتوي على إلكترونات حرة تنجرف عند تطبيق فرق جهد؛ 2 Q = It، الشحنة بالكولوم = التيار بالأمبير × الزمن بالثانية؛ 3 Q = 2 × 30 = 60 C؛ 4 خط مستقيم يمر بنقطة الأصل؛ منحنى S يستوي كلما زاد التيار (وبالتالي درجة الحرارة)؛ 5 (P) ينخفض — يُستخدم في الترموستات؛ 6 توالي — نفس التيار في كل مكان، فروق الجهد تُجمَع؛ توازي — نفس فرق الجهد عبر الفروع، التيارات تُجمَع؛ 7 R = 12/0.5 = 24 Ω؛ 8 الأقطاب المتماثلة تتنافر، المختلفة تتجاذب؛ من N إلى S خارج المغناطيس؛ 9 مادة مغناطيسية تصبح مغناطيساً فقط أثناء وجودها في مجال — تجاذب فقط، تفقد معظم مغناطيسيتها عند الإزالة؛ 10 عدد لفات أكبر على الملف؛ تيار أكبر (أيضاً نواة من الحديد الناعم).