الأحد، 26 أكتوبر، 2008

التيار الكهربائي

س1 : أذكر أنواع المواد من حيث قابليتها للسماح للشحنات الكهربائية بالانتقال خلالها؟
تقسم المواد من حيث قابليتها للسماح للشحنات الكهربائية بالانتقال خلالها إلى ثلاثة أنواع هي :
1- المواد الموصلة 2- المواد العازلة 3- المواد شبه الموصلة
س2 :المواد الموصلة تحتوي على عدد كبير من الشحنات الكهربائية حُرّة الحركة. وهذه الشحنات تتحرك في الموصل عشوائياً ، وفي جميع الاتجاهات . لماذا ؟
بسبب تأثر هذه الشحنات بقوة كهربائية ناشئة عن مجال كهربائي .
س3 : الشحنات الحُرّة نوعان اذكرهما :
أ‌- الإلكترونات السالبة : توجد في الموصلات الفلزية
ب‌- الأيونات السالبة والموجبة : توجد في المحاليل الكهرلية
س4 :كيف ينشأ التيار الكهربائي في الموصل ( السلك ) ؟

1- توفر مصدر قدرة كهربائية ، ليتم وصل طرفي الموصل الفلزي بالمصدر ( قطبي بطارية مثلاً )
2- ينشأ بين طرفي الموصل فرق في الجهد الكهربائي
3- يتولد مجال كهربائي داخل الموصل
4- القوة الكهربائية تعمل على تحريك الإلكترونات السالبة ( الشحنات الحُرّة ) باتجاه يعاكس اتجاه المجال الكهربائي وبالتالي يتولد التيار الكهربائي في الموصل ( السلك ) .
س5 : وضح المقصود بالتيار الكهربائي ؟
التيار الكهربائي: معدل عبور الشحنات الكهربائية لمقطع ما في الموصل بالنسبة للزمن ؛
ويعبر عنه رياضياً بالمعادلة الآتية
ت = ∆ شـ حيث ت : التيار الكهربائي ويقاس بوحدة كولوم / ث وتعرف هذه الوحدة باسم أمبير
∆ ز ∆ شـ : كمية الشحنة الكهربائية التي تعبر مقطع الموصل وتقاس بوحدة كولوم
∆ ز : الفترة الزمنية المستغرقة لعبور الشحنات مقطع الموصل وتقاس بوحدة الثانية
س6 : وضح المقصود بالتيار الكهربائي اللحظي ؟

ويعرّف التيار الكهربائي اللحظي ، بأنه المشتقة الأولى للشحنة بالنسبة للزمن ؛
وفي هذه الحالة إذا كان معدل انسياب الشحنات الكهربائية متغيراً بالنسبة للزمن ، فإن التيار الكهربائي يتغير أيضاً بالنسبة للزمن .
أي أن :
ت = د ش/ ز

إن عملية قسمة الشحنة على الزمن هي أساس تعريف التيار الكهربائي في الفيزياء . نعني بهذا أنه يمكننا أن نعمّم ملية القسمة السابقة لتعريف التيار الكهربائي . أي أنّ :

التيار الكهربائي (ت) = الشحنة(ش)/ الزمن(ز)

 
     

التيار الكهربائي = 
حيث :
ش : الشحنة المارة في مقطع السلك وتُقاس بوحدة كولوم .
ز : زمن مرور الشحنة في المقطع ويقاس بوحدة ثانية .
ت : شدة ( مقدار ) التيار وتُقاس بوحدة " أمبير " .
أي أن التيار الكهربائب هو معدل مرور الشحنة الكهربائية في مقطع السلك خلال وحدة الزمن .
س6 : ما نوعا التيار الكهربائي ؟
1- التيار المستمر: التيار الكهربائي الذي لا يغير مقداره واتجاهه مع الزمن .
2- التيار المتناوب: التيار الكهربائي الذي يغير مقداره واتجاهه دورياّ مع الزمن .




س7 : وضح كيف يتم تحديد اتجاه التيار الكهربائي في دارة كهربائية ؟
قد اصطلح على أن يكون اتجاه حركة الشحنات الكهربائية الموجبة في
الدارات الكهربائية ، هو اتجاه التيار الكهربائي ( التيار الاصطلاحي ) .
لأن الشحنات الكهربائية الموجبة تتحرك باتجاه المجال الكهربائي ؛
في حين تتحرك الشحنات السالبة باتجاه معاكس لاتجاه المجال الكهربائي .





س8 : أذكرطرق توليد التيار الكهربائي؟
1- حركة الشحنات الكهربائية السالبة في موصل باتجاه معاكس لاتجاه المجال الكهربائي ( التيار الإلكتروني )
2- حركة الشحنات الكهربائية الموجبة في موصل باتجاه المجال الكهربائي ( التيار الكهربائي أو الاصطلاحي)
3- حركة الأيونات السالبة والموجبة في المحاليل الكهرلية ( التيارالكهرلي )
4- حركة الإلكترونات الحُرّة في مجال مغناطيسي لموصل ( التيار الحثي ) . سيتم الحديث عنه فيما بعد .


س9 : ما الأجهزة التي تقيس التيار الكهربائي ؟
1- الأميتر ( مقياس التيار ) : جهاز يستخدم لقياس التيار الكهربائي ، ويرمز له بالرمزⒶ ،
ويوصل في الداراة الكهربائية على التوالي .

2- الغلفانوميتر : جهاز يرمز له بالرمزⒼ وظيفته :
- الكشف عن التيارات الكهربائية
- قياس التيارات الكهربائية الضعيفة

س10 : كيف يمكننا التعبير عن التيار الكهربائي في موصل بدلالة سرعة الشحنات المتحركة فيه ؟
لبيان ذلك تصور موصلاً فلزياً منتظم المقطع ، مساحة مقطعه ( أ ) ، وعدد الشحنات الكهربائية الحرة في وحدة الحجم منه يساوي ( ن ) . إنََّ حجم جزء من الموصل طوله ( ∆ ل ) يساوي ( أ ✕ ∆ ل ) ، وعدد الشحنات الكهربائية الحرة في هذا الحجم يساوي ( ن ✕ أ∆ ل) .
إذاً ، مقدار الشحنة الموجودة في هذا الحجم يساوي :
∆ شـ = عدد الشحنات ✕ مقدار شحنة كل منها
= ( ن ✕ أ∆ ✕ ل) شَ حيث شَـ : مقدار الشحنة الحرة .
وإذا كانت سرعة هذه الشحنات عبر الموصل تساوي ( ع ) ، وقطعت مسافة( ∆ ل ) في فترة زمنية ( ∆ ز) ، فإن :
∆ ل = ع ∆ ز
∆ ش = ن ✕ أ ✕ع✕ ∆ ز✕ شَ
وبما أن : ت = ∆ شـ ،
∆ ز
فإن : ت = ن أ ع شَـ
س11 : ما المقصود بالسرعة الانسياقية ؟
إن السرعة ( ع ) هي متوسط سرعة الشحنات حرة الحركة ، ويطلق عليها السرعة الانسياقية .
س12 : ماالعوامل التي يعتمد عليها التيار الكهربائي المار في موصل فلزي منتظم المقطع ؟
1- عدد الشحنات الكهربائية الحرة في وحدة الحجوم ( ن )
2- مساحة مقطع الموصل ( أ )
3- السرعة الانسياقية ( ع )
4- مقدار الشحنة الحرة ( شَ )
س13 :علل :
1- قيمة السرعة الانسياقية ( ع ) تكون صغيرة ولا تتعدى أجزاء المليمتر في الثانية
2 - نظراً للحركة العشوائية للإلكترونات الحُرّة ، لا ينشأ تيار كهربائي في الموصل في هذه الحالة
3- لا تتحرك الإلكترونات في خطوط مستقيمة عبر الموصل ، بل تتحرك حركة متعرجة
4- عند وصل طرفي موصل بمصدر يعطي فرقاً في الجهد ، يمر تيار كهربائي في الموصل؛
يسبب في ارتفاع درجة حرارة الموصل

الجواب :
1- بسبب كبر مقدار( ن ) في المواد الموصلة
2- لأن الشحنة الكلية التي تعبر المقطع في فترة زمنية تساوي صفراً
3- نتيجة للتصادمات المتتالية بذرات الموصل، فإن الإلكترونات تتحرك ببطء باتجاه معاكس للمجال وبسرعات مختلفة
4- لأنه يتكون مجالاً كهربائيا في الموصل ، فتتحرك الإلكترونات باتجاه معاكس للمجال؛ مما يؤدي إلى تصادمها بذرات الموصل وتولد طاقة حرارية تعمل على ارتفاع درجة حرارة الموصل .


س14 : إذا كان التيار الكهربائي المتولد عند ضغطك على أحد مفاتيح الة حاسبة لمدة 10 ملي ثانية ،
يساوي 320 ميكرو أمبير ، فاحسب :
أ‌- مقدار الشحنة الكهربائية التي أنتجت هذا التيار؛
ب‌- عدد الإلكترونات المتحركة نتيجة لذلك . ( عُدَّ شحنة الإلكترون = 1.6✕10- 19 كولوم )
الحل :
أ- ت = ∆ شـ ⇦ ∆ شـ = ت ∆ ز
∆ ز
∆ شـ = 320 ✕10- 6 ✕ 10✕10- 3 = 3.2✕10- 6 كولوم
ب- باستخدام مبدأ تكميم الشحنة ، نطبق العلاقة :
شحنة الجسم = عدد الإلكتروناتr شحنة الإلكترون
Δ شـ = ن  شـ e

أ- ✕ 1310 e

المقاومة الكهربائية
س1: عرف المقاومة الكهربائية؟
المقاومة الكهربائية : الممانعة لحركة الشحنات الكهربائية في الموصل ، وتنتج من تصادم الشحنات بعضها ببعض أو بينها وبين ذرات الموصل ، وكلما زاد عدد التصادمات زادت المقاومة .
س2 : اذكر نص قانون أوم بالكلمات والرموز؟
ينص قانون أوم على أن :
» التيار الكهربائي المار في موصل يتناسب طردياً مع فرق الجهد بين طرفي الموصل عند ثبوت درجة الحرارة «
يمكن التعبير عن قانون أوم رياضياً كما يلي :


ويعبر عنه رياضياً بالعلاقة :
ﺠ α ت ؛ أي أن : ﺠ = م × ت

فإذا غيرنا فرق الجهد بين طرفي السلك الموصل فإننا نلاحظ تغير شدة التيار المار فيه لكن النسبة (ﺠ / ت ) تبقى ثابتة للسلك المعدني.
فإذا ثبتنا قيمة فرق الجهد وغيرنا السلك الذي يسري فيه التيار فإن قيمة التيار ستتغير من سلك إلى آخر ،إن قيمة الثابت إذن تتعلق بالسلك وتقيس مقاومته لمرور التيار فيه ، فإذا كانت المقاومة كبيرة كان التيار صغيراً والعكس بالعكس .
إذن يمكن أن نكتب العلاقة السابقة كما يلي :
فرق الجهد = التيار الكهربائي × المقاومة



والثابت يختلف باختلاف مادة الموصل ، أي أنه مقياس لممانعة الموصل لمرور التيار الكهربائي خلاله .
ويطلق على هذا الثابت اسم المقاومة الكهربائية لمادة الموصل ( م ) ، ويقدر بحاصل قسمة فرق الجهد على شدة التيار الكهربائي .

أي أن : المقاومة الكهربائية = فرق الجهد / شدة التيار الكهربائي


س3 : ما وحدة قياس المقاومة الكهربائية ؟
تقاس المقاومة الكهربائية بوحدة فولت / أمبير ؛ وتسمى أوم ، ويرمز لها بالرمز( Ω ) .
 
تمرين :
 في إحدى تجارب أوم كان فرق الجهد بين طرفي السلك 20 فولت وكانت شدة التيار الذي يسري فيه = 2 أمبير، ما هي مقاومة السلك ؟

س4 : ما المقصود بالأوم :
الأوم : مقاومة موصل فرق الجهد بين طرفيه واحد فولت عند مرور تيار شدته واحد أمبير.
س5 : أ- ما المقصود بالمقاومة النوعية:
هي مقاومة موصل منتظم المقطع طوله وحدة الأطوال ومساحة مقطعه وحدة المساحات

ب - ما العوامل التي تعتمد عليها مقاومة موصل فلزي(المقاومة النوعية ) ؟
1- نوع مادة الموصل ( المُقاوميّة ) ويرمز إليها بالرمز (ρ ) . طردياً
2- طول الموصل ( ل ) طردياً
3- مساحة مقطع الموصل ( أ ) عكسياً
4- درجة الحرارة طردياً

س6 : عرف المُقاوميّة؟
المُقاوميّة : مقاومة موصل فلزي منتظم طوله 1م و مساحة مقطعه 1م2 .
ويعطى بالعلاقة التالية :
س7 : ما وحدة قياس المُقاوميّة (ρ ) ؟
وحدة المُقاوميّة (ρ ) هي Ω . م .



س8 : عرف الموُصليّة ( σ ) ؟
يرتبط بمُقاوميّة الموصل مصطلح الموُصليّة ( σ ) ، التي تساوي مقلوب المُقاوميّة ؛ أي أن :
σ = 1
ρ
س7 : ما وحدة قياس الموُصليّة ( σ ) ؟
وحدة الموُصليّة ( σ ) هي : ( / Ω . م ) ، أو ( Ω . م )-1 .
س8 : ما الفرق بين الموصلات الخطية و الموصلات اللاخطية ؟
الموصلات الخطية ( مقاومات أومية ) :هي المواد التي ينطبق عليها قانون أوم، وتكون العلاقة البيانية بين التيار ( ت ) و فرق الجهد ( ﺠ ) لهذه الموصلات خطية ،
مثل : الفلزات
الموصلات اللاخطية ( مقاومات لا أومية ) :
هي المواد التي لا ينطبق عليها قانون أوم، وتكون العلاقة البيانية بين التيار ( ت ) و فرق الجهد ( ﺠ ) لهذه الموصلات
لا خطية ، مثل : المحاليل الكهرلية وأشباه الفلزات .
سؤال : أرسم العلاقة بين ( ﺠ ، ت ) لمقاومة خطية وأخرى لا خطية ؟
س9 : ما وظائف المقاومات الكهربائية:
1- حماية الدوائر الكهربائية- مثل فيوز المكيف
2- التحكم في شدة التيار المار في الدائرة - مثل مفتاح الصوت في الراديو

س10 : أ) ما نوعا المقاومات الكهربائية من حيث المقدار ؟
1- ثابت المقدار ، ويرمز له في الدارات الكهربائية بخط متعرج

2- متغير المقدار ، ويرمز له في الدارات الكهربائية بخط متعرج يقطعه سهم


ب) ما نوعا المقاومات الكهربائية حسب مادة صنعها :
1- المقاومات السلكية
2- المقاومات الكربونية









 
التقويم :
 
1. أكمل الفراغات في العبارات التالية بوضع كلمة واحدة في الفراغ الواحد :
أ. تتناسب شدة التيار مع فرق الجهد تناسباً ------ عند ثبات درجة الحرارة .
ب. تنتقل الكهرباء من منقطة إلى أخرى بواسطة أسلاك توصيل إذا وجد بين النقطتين فرق في--- الكهربائي .
ج.وحدة قياس المقاومة أسماها العلماء ----- وهي تقيس مقاومة موصل فرق الجهد بين طرفيه فولت واحد ويسري فيه تيار شدته أمبير واحد .
 د. إذا ارتفعت درجة حرارة أسلاك التوصيل فإن ----- للكهرباء تزداد .
2. بطارية قوتها الدافعة الكهربائية 20 فولت ومقاومتها الداخلية 2 أوم ، وصلت بمقاومة مقدارها 8 أوم . احسب :
أ. شدة التيار المار في المقاومة .
ب. فرق الجهد بين طرفي المقاومة .
 
3. في الشكل المجاور أوجد قراءة الأميتر إذا كان المفتاح:
أ. مفتوحاً .                 ب. مغلقاً .
افترض أن مقاومة البطارية مهملة ولا قيمة لها .
4. في الشكل التالي البطارية تزود المقاومتين بالتيار ، إذا كان التيار في المقاومة " هـ " = 4 أمبير ، أوجد:




أ. التيار في المقاومة (و) .                    ب. التيار عند النقطة (س) .

مع تحيات : الاستاذ مصطفى دعمس
للمزيد
ملتقى المصطفى التربوي
http://mustafa.jordanforum.net/montada-f15/ 


‏ليست هناك تعليقات: