أوراق عمل وحدة التيار الكهربائي والمقاومة فيزياء الصف 12 متقدم – نموذج 2

أوراق عمل وحدة التيار الكهربائي والمقاومة فيزياء الصف 12 متقدم – نموذج 2

التيار الكهربائي : 

أهمية الطاقة الكهربائية : 

علل : لا يستغنى عن الطاقة الكهربائية في حياتنا اليومية ؟

١ لسهولة نقلها إلى مسافات كبيرة دون ضياع كمية كبيرة من الطاقة . 

2 لسهولة تحويلها إلى أشكال الطاقة الأخرى مثل ( الطاقة الصوتية ، الضوئية ، الحرارية ، الحركية ، …………………………) 

و تعرفنا سابقا على مكونات الدائرة الكهربائية وأهم الرموز التخطيطية للدائرة الكهربائية وهي : 

دوائر كهربائية بسيطة : 

١ الشكل (a) يوضح دائرة كهربائية تتكون من بطارية ، مصباح ، مفتاح مفتوح . 

2 الشكل (b) يوضح دائرة كهربائية تتكون من بطارية ، مصباح ، مفتاح مغلق .

( سيضاء المصباح بسبب تدفق التيار عبر الدائرة المغلقة ، البطارية توفر فرق الجهد للدائرة )

3 الشكل (c) يكون اتجاه البطارية عكس اتجاهها في الشكل (b) ، ( يظل المصباح مضاء بالشكل نفسه على الرغم من انعکاس إشارة فرق الجهد )

4 الشكل (d) يوضح دائرة كهربائية تتكون من بطارية ، مصباحان ، مفتاح مغلق يقع أحد المصباحان خلف الأخر ( التوصيل على التوالي ) يضاء المصباحان بدرجة أقل. فسر

5 الشكل (e) يوضح دائرة كهربائية تتكون من بطارية ، مصباحان ، مفتاح مغلق لكن استخدمنا طريقة توصيل أخرى ( التوصيل على التوازي ) نلاحظ أن المصباحان يضاءان بدرجة أكبر ( أكثر سطوعا )

كثافة التيار 

كثافة التيار : هي مقدار التيار بالنسبة إلى مساحة مقطع الموصل . 

اتجاه هو اتجاه السرعة المتجهة للشحنات الموجبة أو في الاتجاه المضاد للشحنة السالبة المارة عبر المستوى 

التيار المتدفق عبر المستوى يساوي :

وبما أن التيار منتظم وعمودي على المستوى ، ويمكن التعبير عن كثافة التيار كما يلي :

في الموصل الذي لا يسري فيه تيار تتحرك إلكترونات التوصيل بشكل عشوائي ، حينما يتدفق التيار عبر الموصل تواصل الإلكترونات حركتها العشوائية ولكنها تتمتع بما يسمى (سرعة الانسياق )

هي متوسط سرعة حاملات الشحنة بتأثير المجال . 

1 سرعة الانسياق أقل بكثير من متوسط سرعة الحركة العشوائية في نقدر سرعة الانسياق بحوالي ( m/s *10) بينما متوسط الحركة العشوائية حوالي 

2 الإلكترونات لا تتحرك في مسارات مستقيمة داخل الموصل بسبب التصادمات . 

3 ترتبط كثافة التيار بسرعة السياق الإلكترونات المتحركة من خلال 

4 عند إغلاق قاطع دائرة ، يضيء المصباح الكهربائي مباشرة ما يجعل كثيرا من الناس يظنون أن الشحنات الكهربائية انتقلت في : السلك بسرعة كبيرة جدا فوصلت من المقيس إلى المصباح في فترة قصيرة جدا لكن ليست هذه الحقيقة فعند إغلاق قاطع الدائرة يتولد مجال كهربائي ينتقل في السلك بسرعة الضوء تقرييا فيؤثر على جميع الإلكترونات الحة في الدائرة ويحركها جميعا في اللحظة أنفسها فيضيء المصباح. !

5 متجه سرعة الانسياق موازي لمتجه كثافة التيار ومضاد له في الاتجاه كما في الشكل

علل ما يلي

1 سرعة الانسياق قليلة جدا ؟

2 عندما يوصل مصباح مع بطارية يضيء المصباح مباشرة مع أن كل إلكترون يتحرك ببطء ؟

3 تسخن أسلاك التوصيل عند مرور التيار فيها

القوة الدافعة الكهربائية وقانون أوم

هل يضئ، مصباح في دائرة كهربائية إذا نزعنا البطارية منها ؟ 

من دون فرق جهد لا تتحرك الشحنات ولا يسري تیار . فالبطارية عنصر ضروري لأنها مصدر لفرق الجهد والطاقة الكهربائية في الدائرة . وهذا يدل على أن أي جهاز يزيد من طاقة وضع الشحنات المارة في دائرة يعتبر مصدرا لقوة دافعة كهربائية emf 

القوة الدافعة الكهربائية

هي الطاقة التي يعطيها مصدر التيار لكل شحنة مقدارها واحد کولوم تمر خلاله .

وحدة القياس : الفولت (v)

الشكل المقابل عبارة عن دائرة بسيطة تحتوي على مصدر لقوة دافعة كهربائية ومقاوم 

يوفر جهاز القوة الدافعة فرق الجهد الذي يكون التيار المتدفق عبر المقاوم ولذلك يمكن كتابة قانون أوم Vemf=iR

مقاومة جسم الإنسان : يعتبر جسم الإنسان مقاومة متغيرة . فمقاومة الجلد الجاف تكون كبيرة جدا مقارنة بالجلد الرطب التي تكون مقاومته أقل وبالتالي : 

يرتفع التيار الناتج في حالة الجلد الرطب مما يشكل خطرا على الإنسان . 

تأثير التيارات العالية الشدة ( mA 100.0) على جسم الإنسان 

ا اضطراب في التنفس 

2 تعطل النشاط الكهربائي للقلب ( تسبب الوفاة ) 

القياس الأكثر ملائمة لمقاومة الجسم البشري في المقاومة على امتداد مسار يمتد من أطراف الأصابع لإحدى اليدين إلى أصابع اليد الأخرى 

تقع هذه المقاومة في مدى 

س15) تم استخدام فرق جهد (V 12.0 ) على سلك مساحة مقطعه العرض (mm 4.50) وطوله (km 1000) يبلغ التيار المتدفق : عبر السلك 

a) ما مقاومة السلك ؟ R =37500

b) ما نوع مادة السلك ؟

الثنائي أحادي الاتجاه في الدوائر الكهربائية :

تعرفنا سابقا على نوعين من المقاومات

1 مقاومة أومية ( ينطبق عليها قانون أوم )

2 مقاومة غير أومية (لا ينطبق عليها قانون أوم ) مثال ( الصمام الثنائي ) . 

الصمام الثنائي ( الثنائي أحادي الاتجاه ):

جهاز إلكتروني يسمح للتيار الكهربائي بالمرور بسهولة في اتجاه واحد فقط . ( يدل السهم على اتجاه التيار الذي يسمح بمروره الصمام الثنائي )

الدائرة الموضحة في الشكل (a) المصباح لا يزال مضاء بالشدة نفسها حتى بعد إضافة ( الصمام الثنائي ) لأن اتجاه التيار في نفس اتجاه الصمام . في الدائرة الموضحة في الشكل (6) تنعدم إضاءة المصباح بعد إضافة ( الصمام الثنائي ) لأن الثنائي يمنع تدفق التيار عند انعکاس فرق الجهد الذي توفره البطارية

العلاقة البيانية بين شدة التيار وفرق الجهد في الثنائي و الشكل المقابل يوضح العلاقة بين التيار والجهد لمقاوم أومي مقداره (3.00) وثنائي من السيليكون . 

لا ينطبق قانون أوم على الثنائي ؟ علل 

ج : لأن العلاقة بين الجهد والتيار غير خطية . 

الميل عند أي نقطة يمثل مقلوب المقاومة .

مقاومة الصمام الثنائي غير ثابتة . 

الوصلات الثنائية مفيدة في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.

الثنائي الباعث للضوء (LED) 

* أحد أهم أنواع الوصلات الثنائية المفيدة الذي لا يقتصر على تنظيم التيار في الدائرة الكهربائية فحسب بل يبعث الضوء بطول موجي واحد بطريقة محكمة للغاية

* تم تصنيع مصابيح الثنائية الباعثة للضوء (LED ) بأطوال موجية مختلفة . 

* تبعث تلك المصابيح الضوء بفاعلية أكثر من المصابيح التقليدية . 

* يتم قياس الضوء بوحدة اللومن

* مصابيح (LED) وصلت إلى قيم تتراوح بين (Im/w,170 Im/w 130) بينما المصابيح التقليدية تتراوح بين  

5) اعتاد أحمد أن يبقي جهاز تكييف الهواء في حجرته يعمل على مدار الساعة جميع أيام العام . إذا كان المكيف يستهلك طاقة : كهربائية بمعدل (kw 2.0 ) وكان ثمن كل ( KW, h 1 ) يساوي ( AED 0.20). أجب عما يلي : AED 3500 = التكلفة : 

1- احسب تكاليف تشغيل المكيف في حجرة أحمد خلال عام واحد ؟

2- بناء على تصالح معلم الفيزياء إذا أطفأ أحمد جهاز التكييف لمدة (h 10) يوميا فاحسب تكلفة تشغيل المكيف لمدة عام ؟ AED 2190 =التكلفة )

س57) يتم توليد الطاقة الكهربائية بواسطة المحطات الكهربائية ، وتنقل هذه الطاقة غالبا إلى مسافات كبيرة حتى تصل إلى المنازل. 

1- ناقش العبارة التالية مستعينا بالعلاقات الرياضية حيث يلزم : ( كفاءة نقل الطاقة لا تصل إلى %100 )

2 إذا استخدمت الطاقة الكهربائية الواصلة لأحد المنازل في تشغيل مكيف هواء قدرته (w 2500 ) لمدة (h 12). احسب تكلفة التشغيل علما بأن ثمن ( KW.h 1) يساوي (AED 0.21) AED 6.3 = التكلفة

س53) يحمل خط نقل الطاقة عبر التيار المستمر عالي الجهد قدرة كهربائية لمسافة (km 643.1) وينقل الخط (MW 7935) من القدرة وبفرق جهد ( MV 1.177) إذا كان خط النقل يتكون من سلك نحاسي قطره (cm
2.353). % 14.6 =)

ما الكسر الذي يعبر عن الطاقة المفقودة في النقل (6) ؟

س (54) يحمل خط نقل الطاقة عبر التيار المستمر عالي الجهد قدرة كهربائية قدرها (MW 5319) المسافة (km 411.7 ) ويتكون نقل الطاقة من سلك نحاسي قطره (cm 2.125) وكان الكسر الذي يعبر عن الطاقة المفقودة في النقل (10 7,538).  ما فرق الجهد في خط نقل الطاقة عالي الجهد؟