كتاب الطالب فيزياء الصف الثاني عشر الفصل الثاني
الدوائر الكهربائية البسيطة
الدائرة الكهربائية هي حلقة أو مسار مغلق يسمح للشحنة الكهربائية بالتدفق من خلاله بعض الدوائر الكهربائية معقدة للغاية، مثل الدوائر الموجودة أجهزة الحاسب الآلي ، بينما تكون بعص الدوائر الأخرى في تركيبها. كدائرة المصباح اليدوي الذي نستخدمه عند انقطاع التيار الكهربائي.
نموذج النهر
يمكنك استخدام الأنهار الجبلية كنموذج لشرح الدوائر الكهربائية. على الرغم من أن العلاقة بينهما قد لا تتضح للطلاب على الفور تتدفق الأنهار الجبلية من منابعها في أعالي الجبال منحدرة إلى الهول في الأسفل أيا كان المسار الذي سيسلكه النهر الجبلي. يكون تغير ارئفاعه من قمة الجبل إلى سهله في اتجاه واحدا تتدفق بعض الأنهار إلى الأسفل في مجرى واحد وقد تقسم مياه أنهار أخرى إلى مجربين أو أكثر أثناء تدفقها عبر شلال أو من خلال سلسلة من الجداول. في هذه الحالة يسلك جزء من النهر مسارا واحجا. بينما تسلك أجزاء النهر الأخرى مسارات مختلفة وبالرغم من ذلك. فأيا كان عدد المسارات التي يسلكها النهر. لا تتغير كمية المياه المتدفقة إلى أسفل الجبل. وعبارة أخرى. فإن عدد المسارات التي تتدفق فيها المياه لا بؤثر على إجمالي كمية المياه المتدفقة إلى أسفل الجبل.
كيف يمثل النهر الموضح في الشكل I نموذجا للدائرة الكهربائية ؟ المسافة التي ينحدرها النهر تشبه فرق الجهد في الدائرة الكهربائية معدل تدفق مياه النهر يشبه التيار الكهربائي في الدارة وولد الصخور الضحمة والحواجر الأخرى مقاومة تعوق تدفق الماء.
وهي تشبه المقاومات في الدائرة الكهربائية أي جزء من أجراء دورة مياه النهر يشبه البطارية أو المولد في الدائرة الكهربائية ؟ الشمس هي مصدر الطاقة المطلوب لرفع الماء إلى قمة الجبل. تبخر الطاقة الشمسية المياه من البحيرات والبحار. مما يؤدي إلى تكوين السحب التي تتبع مياه الأمطار أو الثلوج التي تسقط بدورها على قمم الجبال واصل التفكير في نموذج النهر الجبلي أثناء مواصلتك القراءة عن الدوائر الكهربائية.
الشكل 1 يشبه تدفق مجرى النهر الجبلي التيار الكهربائي: لأن كمية الماء وكمية الشحنات الكهربائية تظل كما هي، بصرف النظر عن المسار الذي تسلكه كل منهما.
تطبيقات الدوائر الكهربائية
ربما تكون لديك في المنزل قواطع للدوائر الكهربائية. ومنصهرات، وقواطع للتيار بسبب الأعطال الأرضية. تضاف كل هذه الأجهزة إلى الدوائر الكهربائية لمنع تلفها. تتطلب أنظمة الكهرباء في المباني عاده أن تكون مخارج التغذية في المراحيض السكنية مزودة بقواطع للتيار عند حدوث الأعطال الأرضية تكون موصلة بزر إعادة ضبط.
أجهزة الأمان
تعمل المصهرات وقواطع الدوائر الكهربائية كأدوات حماية وسلامة للدوائر الكهربائية. حيث تمنع حدوث حمل زائد في دائرة قد ينتج عن تشغيل عده أجهرة كهربائية في الوقت نفسه أو عند حدوث دائرة قصر في أحد الأجهرة الكهربائية تحدث دائرة حينها تتكون دائرة بمقاومة منخفضة للغاية عندما تكون الأجهرة الكهربائية المنزلية موصلة على التوازي. فكل جهاز إضافي مشغل يخفض المقاومة الكافة في الدائرة الكهربائية. ويزيد التيار المار عبر الأسلاك. قد يؤدي هذا التيار الزائد إلى توليد طاقة حرارية كافية لصهر المادة العازلة للأسلاك الكهربائية. متسببا في حدوث دائرة قصر أو حتى إشعال حريق.
أما المنصهر فهو قطعة فلزية قصيرة الطول تعمل كجهاز أمان: وذلك بأن تنصهر وتمنع مرور التيار حينما يمر تيار كهربائي كبير للغاية من خلالها يصمم المهندسون المنصهرات تصميما يجعلها تنصهر فل أن يتل أي عتصر أخر من عناصر الدائرة. قاطع الدائرة، الموضح في الشكل 11، فهو مفتاح ألي يعمل على فتح الدائرة الكهربائية عندما يتجاوز مقدار التيار المار فيها القيمة المسموح بها. و بالتالي يحمي الدائرة من الحمل الزائد
عادة ما يسلك التيار مسارا واحدا من مصدر الطاقة مرورا بالجهاز الكهربائي. ثم من الجهاز إلى المصدر مرة أخرى قد يؤدي حدوث عطل في الجهاز الكهربائي أو سقوطه عرضا في المياه إلى إنشاء مسارات إضافية للتيار جيار قاطع التيار بسبب الأعطال الأرضية (GF١) هو جهاز يحتوي على الدائرة إلكترونية نستشعر وجود فروق صغيرة في التيار ما بين السلكين الموجودين في الكبيل المتصل بالجهاز الكهربائي يمكن أن يؤدي إنشاء مسار جديد للتيار. كمسار التيار من خلال المياه. إلى إحداث هذا الفرق. تعمل قواطع التيار بسبب الأعطال الأرضية على إيقاف التيار بعد أن تستشعر هذه الفروق غالبا ما يجعل ذلك الشخص من أن يلقى حتفه بسبب الصعق الكهربائي.
القطبان المتعاكسان ما الذي يوجد داخل المغناطيس ويجعله قطبيا ؟ تعرف ذلك عندما تجلب قضيبا معدنيا بالقرب من شحنة كهربائية يصبح أحد طرفي القضيب مشحونا شحنة سالبة ويصبح الطرف الأخر مشحونا شحنة موجبة مما يجعل القضيب قطبيا قد تعتقد أن المغناطيس مشابه لذلك. حيث نصف المغناطيس موجبا والنصف الأخر سالبا. لكن الأمر ليس كذلك. مهما قسمت المغناطيس أو كسرته فله قطبان دائما لقد جربت الكثير من عمليات البحث عن أشياء، تسمى بأحاديات الأقطاب ولها قطب شمال فقط أو قطب جنوب ففط. لكن لم يتم العثور على شيء أحادي الشقب أبدا.
الأقطاب تتجاذب أو تتنافر من المحتمل أنتك لاحظت أن القوى بين المغناطيسين تختلف على حسب طريقة توجيهك للمغانط عندما تضع قطب الشمال لأحد المغانط بجوار قطب الشمال لمغناطيس أخر كما يظهر أعلى الشكل 2. عندما تجذب قطبي جنوب معا إلا أنك إذا جلبت قطب الشمال لأحد المغانط بجوار قطب الجنوب لمغناطيس أخر. فسيجذب القطبان بعضهما كما يظهر أسفل الشكل 2.
يتنافر القطبان المتشابهان؛ وينجدب القطبان المختلفان.
المغانط المؤقتة تجذب المغانط أيضا المسامير ومشابك الورق والدبابيس والأشياء الفلزية الأخرى. ليس لهذه الأشياء أقطاب ويجذبها كلا قطبي الشمال والجنوب في المغناطيس عندما يلمس المغناطيس أحد هذه الأشياء. مثل المسمار في الشكل 3. فإن المغناطيس يجعل الشئ، قطبيا يجعله مغناطيسا مؤقتا تسمى هذه العملية المغنطة بالحث
المغانط لا تجذب إلا بعض المعادن فقط. التصدير والنحاس والألمونيوم من المعادن الشائعة التي لا تجذبها الغائط. الحديد والنيكل والكوبالت تنجذب بقوة. تسمى المواد المحتوية على هذه العناصر مواد عالية النفاذية المغناطيسية ويمكن أن تصبح مغانط مؤقتة. يمكن أن يصبح المسار الصلب مغناطيسا مؤقتا، لأنه مصنوع من الحديد مع كميات ضئيلة من الكربون ومواد أخرى. عندما تبعد مسمارا عن المغناطيس. يفقد المسمار معظم مغنطته
فهم المغناطيسية
هل لعبت من قبل بلعبة ترسم فيها الصور عن طريق تحريك برادة الحديد الصغيرة حول مغناطيس ؟
المغناطيس الذي تستخدمه مغناطيس دائم لكن بعض المغانط، مثل المغانط في ساحات بيع الخردة.
تخضع للتحكم بمفاتيح كيف يمكن تشغيل مغناطيس وإيقاف تشغيله
خواص المفناطيس
تم اكتشاف المغانط واستخدامنا منذ أكثر من 2000 عام. استخدم البحاره قديما صخور المغناطيس الطببعية المسماة حجر المغناطيس كبوصلات. واتخذ الأطباء قديما أن حجر المغناطيس يمكن أن يشفي الأمراض. أما اليوم فتعتمد أشياء كثيره نستخدمها كل يوم على مغانط للعمل. المحركات الكيمائية وسماعات الرأس ومكبرات الصوت ومحركات الأفراص الصلبة في الكمبيوتر تعتمد جميعها على التفاعل بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية.
أقطاب المغانط من المرجح أنك في طفولنك أجرت تجاربا باستحدام مغانط بسيطة كتلك التي تظهر في الشكل 1. ربما تكون قد لاحظت أن طرفي المغناطيس يتصرفان بطرق مختلفة هذا لأن المغانط لها طرفان متعاكسان يسميان بالقطبين