Week 6 · Unit 2 Electricity and Magnetism, opener; Lesson 1 Electric Current (A): free electrons and current, current intensity (I = Q/t), potential difference, electromotive force · 3 lessons
1
ما الذي يسري في السلك: الإلكترونات الحرة والتيار
Science Prep 3 Term 1, Unit 2: pp. 34–40
الهدفأشرح التيار الكهربي على أنه سريان الإلكترونات الحرة في دائرة مغلقة وأفرّق بين التيار الاصطلاحي واتجاه سريان الإلكترونات.
كلمات جديدة
الإلكترونات الحرة · إلكترونات في الفلز غير مرتبطة بذرة واحدة وتستطيع التحرك خلال الفلزالتيار الكهربي · سريان الشحنة الكهربية في دائرة مغلقةالتيار الاصطلاحي · الاتجاه المتفق عليه للتيار: من القطب الموجب إلى القطب السالب للمصدر
الشرح
يحتوي السلك الفلزي على إلكترونات حرة كثيرة تتحرك عشوائيًا. ويحتاج التيار إلى شيئين: مصدر ومسار مغلق. فعندما تكون الدائرة مغلقة يدفع المصدر جميع الإلكترونات الحرة في الاتجاه نفسه على امتداد الموصل، وهذا السريان للشحنة هو التيار الكهربي. والعمود لا يصنع الإلكترونات: فالسلك يحتويها من قبل. تنساب الإلكترونات ببطء، لكن الدفع ينتقل عبر السلك تقريبًا في لحظته، مثل الماء الموجود في أنبوب فيبدأ يجري بمجرد فتح الصنبور عند الطرف الآخر. وبالاتفاق يتجه التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب خارج المصدر، بينما الإلكترونات، وهي سالبة، تتحرك فعلًا من القطب السالب إلى الموجب. والمصدر ذو الجهد المستمر، كالعمود أو البطارية (مجموعة أعمدة)، يعطي تيارًا في اتجاه واحد. أما المصدر المتردد كالمولد فيعطي تيارًا يتغير اتجاهه مع الزمن. انتبه: التيار لا يُستهلك في المصباح. فالتيار نفسه الذي يدخل المصباح يخرج منه؛ وما يستقبله المصباح هو الطاقة.
أمثلة محلولة
نموذج الخرز. اغزل ٢٠ خرزة على حلقة من خيط وضعها داخل حلقة من أنبوب بلاستيكي. عندما تدفع جزءًا من الحلقة بيدك تتحرك كل الخرزات معًا في لحظة واحدة حتى البعيدة منها. الخرزات هي الإلكترونات الحرة، واليد هي العمود، والأنبوب المغلق هو الدائرة المغلقة.
ارسم الأسهم لعمود ومفتاح ومصباح. يغادر التيار الاصطلاحي القطب الموجب ويدور إلى القطب السالب. وتتحرك الإلكترونات في الاتجاه المعاكس. دائرة واحدة وسهمان متعاكسان، وكل منهما صحيح لغرضه.
لماذا يضيء المصباح تقريبًا فور إغلاق المفتاح مع أن كل إلكترون يتحرك ببطء؟ لأن الإلكترونات الحرة موجودة أصلًا على طول السلك، ويُنقل الدفع من إلكترون إلى التالي، مثل سيارات في طابور مزدحم تبدأ كلها السير معًا.
نشاط الفصل
الدائرة البشرية، بمساعدة أحد الكبار. يقف عشرة أطفال في حلقة ويمررون كرة من يد إلى يد في اتجاه واحد: الكرات شحنات والدفع هو المصدر. ثم يتوقف طفل عن التمرير فيتوقف كل شيء: الدائرة مفتوحة. ثم كوّنوا حلقة ثانية تمرر في الاتجاه المعاكس وقولوا أيهما التيار الاصطلاحي وأيهما سريان الإلكترونات. ويمكن اختياريًا أن يوصل أحد الكبار مصباح كشاف في حامله بعمود واحد ١٫٥ فولت لبضع ثوان فقط.
تدرّب
1
أي الجسيمات تتحرك في سلك فلزي عندما يمر تيار؟
الإلكترونات الحرة.
2
ما الشيئان اللذان يحتاجهما التيار؟
مصدر ومسار مغلق (دائرة مغلقة).
3
في أي اتجاه يسير التيار الاصطلاحي خارج العمود وفي أي اتجاه تسير الإلكترونات؟
التيار الاصطلاحي: من الموجب إلى السالب. الإلكترونات: من السالب إلى الموجب.
4
يقول تلميذ: «المصباح يستهلك التيار». ما الخطأ؟
يخرج من المصباح التيار نفسه الذي دخله؛ والمصباح يستقبل الطاقة.
