فصل الكهربية التيارية هو بوابة منهج الفيزياء في الصف الثالث الثانوي. الفصول التالية، مثل التأثير المغناطيسي والحث الكهرومغناطيسي، تعتمد على مفاهيمه، ولهذا فإن إتقانه مبكرًا يوفر عليك وقتًا كبيرًا لاحقًا.
الكميات الأساسية
قبل القوانين، تأكد أنك تعرف كل كمية ووحدتها ومعناها.
| الكمية | الرمز | الوحدة | المعنى |
|---|---|---|---|
| شدة التيار | I | أمبير | كمية الشحنة المارة في الثانية |
| فرق الجهد | V | فولت | الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنات |
| المقاومة | R | أوم | ممانعة الموصل لمرور التيار |
قانون أوم
ينص قانون أوم على أن شدة التيار المار في موصل تتناسب طرديًا مع فرق الجهد بين طرفيه عند ثبوت درجة الحرارة: V = I·R.
كيف تستخدمه
- إذا عرفت اثنتين من الكميات الثلاث، تستطيع حساب الثالثة.
- مثال: مقاومة 10 أوم يمر بها تيار 2 أمبير، فرق الجهد V = 2 × 10 = 20 فولت.
ارسم مثلث قانون أوم: V في الأعلى، وI وR في الأسفل. غطِّ الكمية المطلوبة بإصبعك، وما يبقى هو طريقة حسابها.
العوامل التي تتوقف عليها المقاومة
مقاومة الموصل تعتمد على طوله ومساحة مقطعه ونوع مادته ودرجة حرارته: R = ρ·L/A.
- تزيد المقاومة بزيادة الطول.
- تقل المقاومة بزيادة مساحة المقطع.
- تعتمد على المقاومة النوعية ρ للمادة.
سؤال يتكرر
سلك شُدّ حتى تضاعف طوله مع ثبات حجمه. ماذا يحدث لمقاومته؟ مضاعفة الطول مع ثبات الحجم تنصّف مساحة المقطع، فتتضاعف المقاومة مرتين بسبب الطول ومرتين بسبب المساحة، أي تصبح أربعة أضعاف.
توصيل المقاومات
على التوالي
- التيار واحد في كل المقاومات.
- الجهد الكلي يساوي مجموع الجهود.
- المقاومة المكافئة: R = R₁ + R₂ + R₃.
على التوازي
- الجهد واحد على كل المقاومات.
- التيار الكلي يساوي مجموع التيارات.
- مقلوب المقاومة المكافئة يساوي مجموع المقلوبات: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂.
- للمقاومات المتساوية: R = r/n.
المسائل المركّبة
أصعب ما في الفصل دوائر تجمع التوالي والتوازي معًا. اتبع هذه الخطوات:
- أعد رسم الدائرة على ورقتك بوضوح.
- ابحث عن مجموعة مقاومات على التوازي، وبسّطها إلى مقاومة واحدة.
- اجمع ما أصبح على التوالي.
- كرر حتى تصل إلى مقاومة مكافئة واحدة.
- احسب التيار الكلي من قانون أوم، ثم ارجع خطوة خطوة لتجد المطلوب.
أخطاء شائعة
- جمع مقاومات التوازي جمعًا مباشرًا.
- نسيان قلب الناتج بعد جمع المقلوبات.
- استخدام التيار الكلي لمقاومة في فرع من التوازي.
- الخلط بين القوة الدافعة الكهربية وفرق الجهد بين قطبي البطارية عند وجود مقاومة داخلية.
مثال محلول: دائرة مركّبة
ثلاث مقاومات: R₁ = 4 أوم على التوالي مع مجموعة توازي من مقاومتين متساويتين قيمة كل منهما 6 أوم. وُصلت الدائرة ببطارية فرق جهدها 21 فولت. ما شدة التيار الكلي؟
- بسّط التوازي: مقاومتان متساويتان 6 أوم على التوازي تساويان 6 ÷ 2 = 3 أوم.
- اجمع التوالي: المقاومة المكافئة 4 + 3 = 7 أوم.
- قانون أوم: التيار الكلي I = V ÷ R = 21 ÷ 7 = 3 أمبير.
ما التيار في كل فرع من التوازي؟
- فرق الجهد على مجموعة التوازي: V = I × R = 3 × 3 = 9 فولت.
- التيار في كل مقاومة 6 أوم: 9 ÷ 6 = 1.5 أمبير.
- للتحقق: 1.5 + 1.5 = 3 أمبير، وهو التيار الكلي. الحساب صحيح.
القدرة الكهربية
يرتبط بهذا الفصل حساب القدرة المستهلكة في المقاومة: P = V × I، أو P = I² × R، أو P = V² ÷ R. اختر الصيغة التي تحتوي الكميتين المعلومتين. في المثال السابق، القدرة الكلية 21 × 3 = 63 واط.
تذكّر أن الطاقة المستهلكة تساوي القدرة مضروبة في الزمن، وأن وحدتها الجول، أو الكيلوواط ساعة في فواتير الكهرباء.
خلاصة
ابدأ بقانون أوم حتى تتقنه، ثم التوالي والتوازي، ثم المسائل المركبة. حل خمس مسائل من كل نوع قبل أن تنتقل إلى التالي، وستجد أن الفصل أبسط مما يبدو.
