☰ خطة العام · العلوم (بالعربية)

التيار الكهربي (١): الشحنة والتيار والجهد

الأسبوع 6 · الوحدة الثانية «الكهربية والمغناطيسية» (افتتاحية) والدرس الأول «التيار الكهربي» (١): الإلكترونات الحرة والتيار وشدة التيار وفرق الجهد والقوة الدافعة الكهربية · 3 دروس
3

فرق الجهد والفولتميتر والقوة الدافعة

Science Prep 3 Term 1, Unit 2: pp. 34–40
الهدفأعرّف فرق الجهد والقوة الدافعة الكهربية، وأحسب V = W/Q، وأقول كيف يُوصَّل الفولتميتر.
كلمات جديدة
فرق الجهد · الشغل المبذول لنقل كولوم واحد من الشحنة بين نقطتين، V = W/Qالفولت · وحدة فرق الجهد: جول واحد لكل كولوم، ١ V = ١ J/Cالقوة الدافعة الكهربية · الشغل الكلي الذي يبذله المصدر لنقل كولوم واحد حول الدائرة كلها، بالفولت
الشرح

تنتقل الشحنة من نقطة ذات جهد أعلى إلى نقطة ذات جهد أقل. تخيل وعاءين من الماء يصل بينهما أنبوب فيه صمام: يجري الماء حتى يتساوى المستويان ثم يتوقف. فرق الجهد بين نقطتين هو الشغل W اللازم لنقل كولوم واحد من الشحنة بينهما: V = W ÷ Q. ويُقاس W بالجول (J) و Q بالكولوم (C) و V بالفولت (V)، لذلك فإن ١ V = ١ J/C. ويقيس الفولتميتر فرق الجهد ويُوصَّل على التوازي بين النقطتين. والشغل الكلي الذي يبذله المصدر لنقل كولوم واحد حول الدائرة كلها هو قوته الدافعة الكهربية ε بالفولت. والمصدر يدفع التيار خلال نفسه أيضًا، لذلك يكون الجهد بين طرفيه أقل قليلًا من ε. وفي هذه الوحدة نهمل هذا الفقد ونعدّ V = ε. قل «فرق الجهد بين طرفي المصباح» ولا تقل أبدًا «الجهد يسري في المصباح»، ولا تخلط بين V (فرق بين نقطتين) و ε (خاصية للمصدر).

+−V
أمثلة محلولة
يبذل شغل ١٨ J لنقل شحنة ٣ C بين نقطتين. V = W ÷ Q = ١٨ J ÷ ٣ C = ٦ V.
يحرك مصدر ٩ V شحنة ٤ C حول دائرة. الشغل المبذول W = V × Q = ٩ V × ٤ C = ٣٦ J.
+−V
يُوصَّل الفولتميتر على طرفي المصباح، على التوازي، ليقرأ فرق جهد المصباح. ولا يُوضع في مسار التيار مثل الأميتر. في الصورة يتصل الفولتميتر V بطرفي المصباح.
نشاط الفصل

نموذج مستويات الماء، بمساعدة أحد الكبار. ضع كوبين نظيفين على ارتفاعين مختلفين ووصلهما بأنبوب نظيف يملؤه الكبير بالماء بالسحب؛ بلا كهرباء. صف كيف يتحرك الماء ومتى يتوقف. ثم فسّر: مستوى الماء = الجهد، وفرق الارتفاع = فرق الجهد، ويتوقف السريان عندما ينعدم الفرق. وقل ما الذي لا يبيّنه النموذج (الإلكترونات ليست ماءً).

تدرّب
1
عرّف الفولت بالجول والكولوم.
2
يُبذل ٣٠ J لنقل ٥ C. ما فرق الجهد؟
3
كيف يُوصَّل الفولتميتر؟
4
ما الفرق بين V و ε؟