أوراق عمل ومراجعة وحدة الدوائر الكهربائية والقوانين فيزياء الصف الثاني عشر متقدم
التيار المستمر (DC) هو ذلك التيار الذي يبقى ثابت مع الزمن
كثافة التيار عند نقطة في موصل: هي نسبة التيار عند تلك النقطة في الموصل إلى مساحة المقطع العرضي للموصل عند تلك النقطة والمساحة تكون في اتجاه عمودي على اتجاه تدفق التيار .
لاحظ أن كثافة التيار کمية متجه
تدفق شحنة كهربائية عبر موصل فلزي :
من بين المواد الصلبة جميع الفلزات موصلات جيدة للكهرباء نتيجة لوجود إلكترونات حرة في الفلز .
في الموصلات السائلة مثل الإلكتروليتات فيوجد أيونات موجبة وسالبة الشحنة يمكنها التحرك على المجال الكهرباء
- سرعة الانسياق هي متوسط السرعة التحرك الإلكترونات نحو الطرف الموجب من موصل تحت تأثير مجال كهربائي خارجي حيث T = زمن الاسترخاء أو زمن التصادمات ,E = المجال الكهربائي ، m = الكتلة ، e = شحنة الإلكترون لاحظ سرعة انحراف الإلكترون تأخذ الرتبة
- التيار الكهربائي بدلالة سرعة الانسياق
حيث n= كثافة الإلكترونات الحرة e الشحنة الإلكترونية ، A = مساحة مقطع عرضي ،va = سرعة انسياق الإلكترون
كثافة التيار عند أي نقطة في موصل تعطى بالعلاقة الاشارة السالبة نتيجة لشحنة الإلكترون : n عدد الإلكترونات الموصلة - كثافة الإلكترونات
حركية أو انتقالية التيار : هي نسبة سرعة انسياق الإلكترونات إلى المجال الكهربائي المطبق ( اضافي )
تغير الجهد مع التيار المسحوب من بطارية يعطى بالشكل البياني V=E - Ir
میل المنحنى يعطى قيمة سالبة للتيار والجزء المحصور على المحور لا يعطي emf للبطارية
- مقياس الجهد : ( معلومات إضافية في هذا الموضوع)
• أداة لقياس فرق الجهد بدقة عالية
• يقارن بين القوة الدافعة الكهربائية لبطاريتين
• يقيس emf للبطارية
• اعتاد استخدامه لتقدير المقاومة الداخلية للبطاريات الأولية ( بطارية الكشاف)
• يعمل مقياس الجهد على مبدأ أن فرق الجهد عبر أي نقطتين لتيار منتظم والمحمول بموصل يتناسب طرديا مع الطول بين النقطتين أي val
• تدرج الجهد: هو هبوط الجهد لكل وحدة طول من سلك مقياس الجهد حيث (۷) فرق الجهد للبطارية و(l) طول سلك مقياس الجهد
- قياس فرق الجهد باستخدام مقياس الجهد
تشير حساسية مقياس الجهد إلى قدرته على قياس فرق الجهد الصغير جدا ويمكن زيادة تلك الحساسية بزيادة عدد أسلاك مقياس الجهد والتي تخفض قيمة تدرج الجهد .
قانوني کیرشوف :
أعطى كيرشوف قاعدتين تتأسس على بقاء الشحنة الكهربائية والطاقة فيما يعرف بقوانین کیرشوف
1. قانون کیرشوف الأول ( قاعدة الوصلة )
وينص على أن المجموع الجبري للتيارات الكهربائية عند أي وصلة لدائرة كهربائية يساوي صفر أي مجموع التيار الداخل للوصلة يساوي مجموع التيار الخارج من الوصلة
قانون الوصلة يدعم قانون بقاء الشحنة لأنها نقطة في دائرة حيث لا يمكن أن تعمل كمصدر أو مبدد للشحنة
2. قانون كيرشوف الثاني أو قاعدة حلقة القوة الدافعة الكهربائية
في أي شبكة مغلقة من دائرة كهربائية المجموع الجبري للقوة الدافعة الكهربائية للبطارية والتيار الناتج والمقاومة دائما يساوي صفر أي ( فرق الجهد حول دائرة حلقية مكتملة يجب أن يساوي صفر)
يدعم القانون الثاني لكيرشوف قانون بقاء الطاقة لأن الشحنة النهائية في طاقة الشحنة بعد اكتمال الشحنة في دائرة مغلقة يجب أن يساوي صفر
ملاحظات هامة على خواص المكثف :
1. عندما لا يتغير الجهد مع الزمن عبر المكثف ( جهد مستمر ) فإن التيار خلال المكثف يساوي صفر
2. الجهد على المكثف يجب أن يكون مستمر
3. المكثف المثالي لا يبدد طاقة . فهو يأخذ القدرة من الدائرة عندما يخزن طاقة في مجاله ويعيد الطاقة المخزنة عندما يسلم القدرة ( الطاقة ) إلى الدائرة
4 المكثف غير المثالي يحتوي على مقاومة تسرب والتي قد تصل إلى أعلى من MQ 100 ويمكن اهمالها في معظم التطبيقات ولذا نفترض أن المكثفات مثالية
في دائرة مكونة من مكثف ومقاومة RC العلاقة
هذه العلاقة توضح أن جهد الاستجابة في دائرة RC هو انحلال أسي للجهد الابتدائي ولما كانت الاستجابة نتيجة للطاقة الابتدائية المخزنة والخصائص الفيزيائية للدائرة وليست نتيجة لجهد خارجي أو مصدر تیار فإنها تسمى الاستجابة الطبيعية للدائرة أي أن الاستجابة الطبيعية تشير إلى سلوك التيارات والجهود للدائرة نفسها بدون إثارة من مصادر خارجية
الثابت الزمني : الدائرة هو الزمن اللازم للاستجابة لكي تتحل بمعامل e/1 أو % 36.8 من قيمته الابتدائية
هناك أشياء أخرى أرجو مراجعتها من الكتاب ومراجعة الأمثلة
اختار من متعدد
١: تعتمد المقاومة النوعية لسلك على
طول السلك مادة السلك مساحة مقطع السلك لا شيء مما سبق .
٢. عندما يوصل عدد n من المقاومات قيمة كل منها r على التوازي وقيمتها المكافئة ، فعند توصيلها على التوالي تكون قيمة المقاومة المكافئة هي
٣. سلك مقاومتهr0 تم شده لضعف طوله فتكون مقاومته بالأوم
٤. يعتمد قانون کیرشوف الثاني على قانون بقاء
الشحنة الزخم الطاقة الكتلة
53. درجة الحرارة المعتمدة على المقاومة النوعية (p) لأشباه الموصلات والعوازل والفلزات تعتمد على أي من العوامل التالية ( اختر خيارين)
عدد الشحنات المحمولة التي تتغير بتغير درجة الحرارة
الفترة الزمنية بين تصادمين ناجحين معتمدين على درجة الحرارة
طول المادة كدالة مع درجة الحرارة
كتلة المادة الحاملة للشحنات كدالة مع درجة الحرارة
54 في الشكل مقاومين ,R2, R١ متصلين بمصدر له نفس emf وليس له مقاومة داخلية . بمقارنة تبديد القدرة في الحالتين يكون
أكبر في حالة التوصيل على التوالي
يكون أكبر في حالة التوصيل على التوازي
مختلف في كل اتصال ولكن يجب معرفة قيم , R2, R١ لنقرر من أكبر
مختلف في كل اتصال ولكن يجب معرفة قيمة emf لنقرر من أكبر
عند سحب تيار أكثر من البطارية في التوصيل على التوازي تتبدد كمية أكبر من القدرة بينما المقاومات المتصلة على التوالي تتشارك الفولتية من البطارية بينما المقاومات في التوصيل على التوازي تمتلك فرق الجهد الكامل للبطارية عبرهما
55. في الشكل المقابل .
a. المقاومة المكافئة ستكون
مساوية للمقاومة
أكبر من مجموع المقاومتان
أقل من المقاومة
أكبر من المقاومة
b. عندما يمر تيار ثابت في الدائرة فإن كمية الشحنة المارة بنقطة لكل وحدة زمن تكون
نفسها في أي مكان في الدائرة أكبر في المقاوم عنها في المقاوم
أكبر عند النقطة X عنها عند النقطة Y أكبر في المقاوم 20 عنها في المقاوم
56.حلقتين دائريتين بأنصاف أقطار 2b , b مصنوعة من نفس نوع السلك تقع على مستوى الصفحة كما بالشكل . فإذا كانت المقاومة الكلية الحلقة (b) هو R فما هي مقاومة الحلقة (2b)؟
4/ R2 R -
R/21 4R
الحلقة الأكبر نصف قطرها ضعف الصغرى ومنها R = pl / A
عند معرفة قدرة البطارية على انتاج كهرباء تقاس بواسطة
أميتر مباشرة فولتميتر مع مقاومة خارجية
فولتميتر مباشرة يتم تذوق أحد أقطابها
91. في الدائرة الموضحة ، التيار المار خلال المقاوم فتكون القوة الدافعة للبطارية تقريبا
باستخدام النسب ، التيار في المقاوم 64 و المقاوم 30 هي IA و 2A . تمتلك ثلاث مرات و
3/2 مرات من تلك للمقاومة من التيار ، والتيار الكلي 6A يعطي فرق جهد 36V عبر المقاومة 60 في الفرع الرئيسي وجمع أي واحد من الفروع السفلية مع قاعدة الحلقة يعطي
36V +6V=42V للبطارية 92. أي من المخططات يستخدم تجريبيا لتحديد R باستخدام قانون أوم ؟ بفرض أن الأميتر والفولتميتر مثاليين
الفولتميتر يجب أن يوضع على التوازي والأميتر على التوالي