☰ 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
2

قانون أوم للدائرة المغلقة وفرق الجهد بين قطبي المصدر

Physics Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 13–17
الهدفأستعمل I = VB ÷ (R + r) وV = VB − Ir، وأقول لماذا تساوي القوة الدافعة فرق جهد الخلية في الدائرة المفتوحة.
كلمات جديدة
الدائرة المغلقة · دائرة كاملة يمر فيها تيارفرق الجهد بين قطبي المصدر (V) · فرق الجهد بين قطبي المصدر وهو يغذي تيارًا: V = VB − Irالدائرة المفتوحة · دائرة فيها انقطاع أو مفتاح مفتوح فلا يمر تيار
الشرح

بجمع الجزأين نجد VB = IR + Ir = I(R + r)، فيكون التيار في الدائرة المغلقة I = VB ÷ (R + r): القوة الدافعة مقسومة على المقاومة الكلية، خارج المصدر وداخله. وفرق الجهد بين قطبي المصدر وهو يغذي التيار هو V. وهو فرق الجهد على المقاومة الخارجية V = IR، وهو أيضًا V = VB − Ir أي القوة الدافعة ناقص الجهد المفقود. وعندما يزداد التيار يزداد Ir ويقل فرق الجهد بين القطبين. وفي الدائرة المفتوحة I = 0 فلا يضيع شيء وV = VB: ولهذا فالقوة الدافعة هي فرق جهد الخلية وليس معها شيء موصول، ويقرؤها فولتميتر مقاومته كبيرة جدًّا. والمنحنى البياني بين V وI خط مستقيم يبدأ من VB عند I = 0 وينخفض r فولت لكل أمبير، فميله يساوي −r. وتكفي قراءتان لإيجاد العددين: نوجد r أولًا من النقص في الجهد مقسومًا على الزيادة في التيار، ثم نوجد VB.

I (A)V (V)12345624681012140V = 12 − 0.5I(1, 11.5)(3, 10.5)
أمثلة محلولة
VB = 12 V وr = 0.5 Ω وR = 5.5 Ω. I = 12 ÷ (5.5 + 0.5) = 2 A. فرق الجهد بين القطبين V = VB − Ir = 12 − 2 × 0.5 = 11 V، والتحقق IR = 2 × 5.5 = 11 V يتفق معه.
VB = 9 V وr = 1.5 Ω وR = 4.5 Ω. I = 9 ÷ (4.5 + 1.5) = 1.5 A. V = 9 − 1.5 × 1.5 = 6.75 V، وIR = 1.5 × 4.5 = 6.75 V.
القراءةI (A)V (V)
الأولى111.5
الثانية310.5
التغير+2−1.0
قراءتان مفترضتان لخلية: V = 11.5 V عند I = 1 A وV = 10.5 V عند I = 3 A. ينقص الجهد 1.0 V بينما يزداد التيار 2 A، فـ r = 1.0 ÷ 2 = 0.5 Ω. ثم VB = V + Ir = 11.5 + 1 × 0.5 = 12 V.
نشاط الفصل

على ورق رسم بياني، عيّن القراءتين المفترضتين في المثال الثالث (التيار على المحور الأفقي والجهد على الرأسي)، وارسم الخط المستقيم المار بهما وأطِله إلى I = 0. اقرأ VB حيث يقطع الخط محور الجهد، وتأكد أن النقص في الفولت لكل أمبير يساوي r. لا حاجة إلى بطاريات.

تدرّب
1
VB = 24 V وr = 2 Ω وR = 10 Ω. أوجد التيار وفرق الجهد بين القطبين.
2
خلية VB = 3 V وr = 0.6 Ω تعطي 2 A. أوجد فرق الجهد بين قطبيها.
3
خلية تقرأ 6.0 V في الدائرة المفتوحة و5.1 V وهي تعطي 1.5 A. أوجد مقاومتها الداخلية.
4
اشرح لماذا يخفّ ضوء مصباح يدوي كلما قدمت خلاياه.