الأسبوع 1 · الوحدة الأولى «الكهربية التيارية والكهرومغناطيسية»، الفصل الأول «التيار الكهربي وقانون أوم» (١): مراجعة التيار وفرق الجهد والقوة الدافعة الكهربية والمقاومة والمقاومة النوعية والتوصيلية وقانون أوم واتجاه التيار الاصطلاحي، ثم توصيل المقاومات على التوالي وعلى التوازي والمقاومة المكافئة · 3 دروس
3
توصيل المقاومات على التوازي
Physics Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 8–12
الهدفأوجد المقاومة المكافئة لمقاومات على التوازي، والتيار في كل فرع والتيار الكلي.
كلمات جديدة
التوصيل على التوازي · مقاومات موصولة بين النقطتين نفسيهما، فتختار الشحنة بين عدة مساراتفرع · أحد المسارات المنفصلة في التوصيل على التوازيمقلوب العدد · واحد مقسومًا على العدد: مقلوب R هو 1 ÷ R
الشرح
في التوصيل على التوازي توصَّل كل مقاومة بين النقطتين نفسيهما، فيكون فرق الجهد نفسه على كل فرع. وتستطيع الشحنة أن تختار بين الفروع، فتتجمع تيارات الفروع لتكوّن التيار الكلي: I = I₁ + I₂ + I₃. وكل فرع يخضع لـ I = V ÷ R، ومن ذلك تأتي قاعدة المقاومة المكافئة: 1 ÷ R = 1 ÷ R₁ + 1 ÷ R₂ + 1 ÷ R₃. وفي حالة مقاومتين تُكتب R = R₁R₂ ÷ (R₁ + R₂)، وفي حالة N مقاومة متساوية قيمة كل منها r تكون R = r ÷ N. وكل فرع جديد يعطي الشحنة مسارًا إضافيًّا، فتكون المقاومة المكافئة أصغر من أصغر مقاومة، ويحمل الفرع ذو المقاومة الأصغر التيار الأكبر. نحل بهذا الترتيب: نوجد R، ثم التيار الكلي V ÷ R، ثم تيارات الفروع V ÷ R₁ وهكذا، ونتحقق من أن مجموعها يساوي التيار الكلي.
أمثلة محلولة
الفرع
R (Ω)
V (V)
I = V ÷ R (A)
R₁
12
12
1
R₂
6
12
2
الكل
4
12
3
مقاومتان 12 Ω و6 Ω على التوازي مع مصدر 12 V. R = (12 × 6) ÷ (12 + 6) = 72 ÷ 18 = 4 Ω. وتيارا الفرعين 12 ÷ 12 = 1 A و12 ÷ 6 = 2 A، ومجموعهما 3 A وهو يساوي 12 ÷ 4.
ثلاث مقاومات متساوية قيمة كل منها 30 Ω على التوازي. R = r ÷ N = 30 ÷ 3 = 10 Ω.
مقاومات 4 Ω و12 Ω و6 Ω على التوازي. 1 ÷ R = 1/4 + 1/12 + 1/6 = 3/12 + 1/12 + 2/12 = 6/12، فـ R = 2 Ω وهي أصغر من أصغر مقاومة (4 Ω).
نشاط الفصل
على الورق فقط ودون أسلاك. املأ جدولًا لمصدر 6 V مع 1 و2 و3 مصابيح متماثلة مقاومة كل منها 12 Ω على التوازي: المقاومة المكافئة والتيار الكلي في كل مرة. ماذا يحدث للتيار الكلي عند إضافة مصباح؟ ولماذا يجب أن يقدر المصدر على تقديمه؟ لا توصل سلكًا مباشرة بين قطبي خلية لتجربة فكرة، فقد يسخن.
تدرّب
1
أوجد المقاومة المكافئة لـ 30 Ω و20 Ω على التوازي.
R = (30 × 20) ÷ (30 + 20) = 600 ÷ 50 = 12 Ω.
2
أربع مقاومات متساوية قيمة كل منها 100 Ω على التوازي. أوجد المقاومة المكافئة.
R = r ÷ N = 100 ÷ 4 = 25 Ω.
3
مقاومتان 15 Ω و10 Ω على التوازي مع مصدر 30 V. أوجد تيار كل فرع والتيار الكلي.
R = (15 × 10) ÷ 25 = 6 Ω. الفرعان: 30 ÷ 15 = 2 A و30 ÷ 10 = 3 A. الكلي 5 A وهو يساوي 30 ÷ 6.
4
مقاومتان على التوازي مقاومتهما المكافئة 4 Ω، وإحداهما 12 Ω. أوجد الأخرى.