☰ خطة العام · الفيزياء (بالعربية)

القوة الدافعة والمقاومة الداخلية والدائرة المغلقة

الأسبوع 2 · الفصل الأول (٢): القوة الدافعة الكهربية والمقاومة الداخلية وقانون أوم للدائرة المغلقة وفرق الجهد بين قطبي المصدر، وأمثلة محلولة على التوالي والتوازي ومقاومة المصدر الداخلية · 3 دروس
1

القوة الدافعة الكهربية للمصدر ومقاومته الداخلية

Physics Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 13–17
الهدفأقول ما القوة الدافعة الكهربية، وأقسمها إلى الجزء المستعمل خارج الخلية والجزء المفقود داخلها.
كلمات جديدة
القوة الدافعة الكهربية (VB) · الشغل الذي يبذله المصدر على كل كولوم أثناء دورانه في الدائرة كلها، داخل المصدر وخارجهالمقاومة الداخلية (r) · مقاومة المصدر نفسه، ويجب أن يمر بها التيار أيضًاالجهد المفقود · الجزء من القوة الدافعة الذي يُستهلك داخل المصدر ويساوي Ir
الشرح

القوة الدافعة الكهربية للمصدر هي الشغل الذي يبذله على كل كولوم أثناء مرور الشحنة دورة كاملة في الدائرة كلها، داخل المصدر وخارجه. نرمز لها بـ VB وتقاس بالفولت. والشحنة لا تعبر المقاومة الخارجية R وحدها، بل تمر أيضًا في مادة الخلية نفسها التي لها مقاومة صغيرة هي المقاومة الداخلية r. فتنقسم القوة الدافعة بين جزأين: الجزء IR المستعمل في الدائرة الخارجية والجزء Ir الذي يُستهلك داخل الخلية، أي أن VB = IR + Ir. ويسمى الجزء Ir الجهد المفقود لأنه لا يمكن الاستفادة منه خارج الخلية. وللخلية الجديدة r صغيرة، أما الخلية القديمة شبه الفارغة فلها r كبيرة، وهذا هو السبب الحقيقي في أنها لا تضيء مصباحًا مع أن قوتها الدافعة قد تقارب 1.5 V.

جزء الدائرةفرق الجهدماذا يحدث
خارج الخليةIRيدفع التيار في المقاومة الخارجية
داخل الخليةIrيضيع حرارة في الخلية نفسها
الدائرة كلهاVBالقوة الدافعة، وتساوي IR + Ir
أمثلة محلولة
تبذل خلية شغلًا مقداره 54 J على 36 C تدور في الدائرة كلها. VB = W ÷ Q = 54 ÷ 36 = 1.5 V.
خلية مقاومتها الداخلية r = 1 Ω تمرر 2 A في مقاومة خارجية 4 Ω. في الخارج: IR = 2 × 4 = 8 V. وفي الداخل: Ir = 2 × 1 = 2 V. فـ VB = 8 + 2 = 10 V.
الجزءالمقاومة (Ω)التيار (A)فرق الجهد (V)
الخارج818
الداخل111
الدائرة كلها919
خلية 9 V ومقاومتها الداخلية r = 1 Ω موصولة بمقاومة R = 8 Ω. المقاومة الكلية 8 + 1 = 9 Ω، فـ I = 9 ÷ 9 = 1 A. تستهلك الدائرة الخارجية 1 × 8 = 8 V، ويضيع داخل الخلية 1 × 1 = 1 V: أي 8 + 1 = 9 V.
نشاط الفصل

بحضور شخص بالغ، إن كانت عندك خلية جديدة وخلية قديمة 1.5 V ومصباح صغير لمصباح يدوي، فصل المصباح بخلية واحدة في كل مرة. قبل أن تنظر توقّع أيهما تعطي ضوءًا أخف وعلّل (يُتوقع أن تكون مقاومة القديمة الداخلية أكبر، فيضيع جزء أكبر من قوتها الدافعة داخلها)، ثم انظر ماذا يحدث. توقف إذا شعرت بأن شيئًا يسخن، ولا تصل سلكًا مباشرة بين قطبي خلية أبدًا. وبدون خلايا، اصنع جدولًا لـ IR وIr وVB لخلية r = 0.5 Ω وتيارين 1 A و2 A في مقاومة 3 Ω.

تدرّب
1
تبذل خلية شغلًا مقداره 180 J على 60 C تدور في الدائرة كلها. أوجد قوتها الدافعة.
2
يمر تيار 0.5 A في مقاومة خارجية 11 Ω من خلية مقاومتها الداخلية r = 1 Ω. أوجد القوة الدافعة.
3
خلية 1.5 V تمرر 0.3 A في مقاومة خارجية 4.5 Ω. أوجد المقاومة الداخلية.
4
خلية 4.5 V ومقاومتها الداخلية r = 0.5 Ω تعطي تيارًا 1.5 A. كم فولتًا يضيع داخلها وكم يُستعمل في الخارج؟