الفيزياء

‫جمهورية العراق‬ ‫وزارة التربية‬ ‫المديرية العامة للمناهج‬ ‫الفﻴﺰﻳاء‬ ‫للصف الثالث المتوسط‬ ‫تاأليف‬ ‫�أ‪.‬د‪ .‬قا�ص‪‬م عزي‪‬ز ‪‬م‪‬د‬ ‫�أ‪� .‬صياء عبد علي تويج‬ ‫�أ‪.‬د‪ .‬م‪‬د �صال‪‬ح مهدي‬ ‫د‪� .‬صف‪‬اء ‪‬يد جا�ص‪‬م‬ ‫‪‬م‪‬د حم‪‬د �لعجيل‪‬ي‬ ‫�صعيد ‪‬ي‪‬د �لعبي‪‬دي‬ ‫عبا�س ناجي �لبغد�دي‬ ‫‪‬‬ ‫المشرف العلمي علﻰ الطبﻊ‬ ‫خالدة كاطﻊ حسن‬ ‫المشرف الفني علﻰ الطبﻊ‬ ‫ياسر منﺬر محمد سعيد حبه‬ ‫تصميم‬ ‫ظافر عبيد رومي‬ ‫استنادًا للقانوﻥ يوﺯﻉ مجان ًا ويمنﻊ بيعه وتداوله في االسواق‬ ‫مﻘﺪمة‬  $#" !                                     ‫ﻭاﷲ ﻭلي الﺘﻮﻓﻴﻖ‬  ‫الﻤﺆلﻔﻮﻥ‬ 3 ‫مراجعة في الرياضيات‪ :‬األسـس‬ ‫‪10 0 = 1‬‬ ‫‪10 1 = 10‬‬ ‫‪10 2 = 100‬‬ ‫‪10 3 = 1000‬‬ ‫‪10 4 = 10000‬‬ ‫عند التعامل مع الأرقام الكبيرة جد ًا �أو ال�صغيرة جد ًا في الريا�ضيات‬ ‫ف�أننا نجد �صعوبة في �إجراء بع�ض العمليات الح�سابية لذا ن�ستخدم طريقة‬ ‫تعتمد على قوى الرقم (‪� )10‬أو (الأ�س�س) كما في االمثلة‪.‬‬ ‫وان (‪ ،)101‬يعني ان (‪� )1‬أ�س و (‪� )10‬أ�سا�س والذي يحدد عدد اال�صفار فمثال تكتب �سرعة ال�ضوء التي تبلغ‬ ‫‪ 300000000 m/s‬على �شكل ‪3 # 10 m/s :‬‬ ‫‪250000 = 2.5 # 10‬‬ ‫و�أن ‪ 250000‬تكتب على �شكل‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫�إما �إذا كان الأ�س �سالب ف�أن‬ ‫‪= 0.1‬‬ ‫= ‪10‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪10 -2 = 10 # 10 = 0.01‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪10 -3 = 10 # 10 # 10 = 0.001‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪10 -4 = 10 # 10 # 10 # 10 = 0.0001‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2 # 10 -2 = 10 # 10 = 0.02‬‬ ‫وعليه يكون‪:‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪5 # 10 -5 = 10 # 10 # 10 # 10 # 10 = 0.00005‬‬ ‫فمث ًال نكتب‪ 0.0054 :‬على ال�شكل ‪5.4 × 10-3‬‬ ‫وعند ال�ضرب‪:‬‬ ‫فمث ًال‪:‬‬ ‫‪10 2 # 10 3 = 10 2 + 3 = 10 5‬‬ ‫‪4 # 10 5 # 0.5 # 10 3 = 4 # 0.5 # 10 5 + 3 = 2 # 10 8‬‬ ‫‪10 4 # 10 -3 = 10 4 + (-3) = 10 +1‬‬ ‫‪10 9 # 10 -18 = 10 9 + (-18) = 10 -9‬‬ ‫‪10 3‬‬ ‫‪= 10 3 # 10 -2 = 10 3 + (-2) = 10 1‬‬ ‫‪10 2‬‬ ‫�أما في حالة �إيجاد الجذر �ألتربيعي ‪ ،‬فمث ًال‪:‬‬ ‫‪4=2‬‬ ‫‪9=3‬‬ ‫‪4 # 10 +6 = 2 # 2 # 10 3 # 10 3 = 2 # 10 3‬‬ ‫‪16 # 10 -8 = 4 # 4 # 10 -4 # 10 -4 = 4 # 10 -4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫الفصل‬ ‫األول‬ ‫‪1‬‬ ‫الكهربائية الساكنة‬ ‫‪Electrostatic‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-1‬الكهربائية ال�ضاكنة‪.‬‬ ‫‪ 2-1‬ال�ضحنة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪� 3-1‬ضحن المادة بالكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 4-1‬الك�ضاف الكهربائي‪.‬‬ ‫‪� 5-1‬ضحن الك�ضاف الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 6-1‬بع�ض التطبيقات العملية عن الكهربائية ال�ضاكنة‪.‬‬ ‫‪ 7-1‬اختالف المواد من حيث التو�ضيل الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 8-1‬قانون كولوم‪.‬‬ ‫‪ 9-1‬المجال الكهربائي‪.‬‬ ‫‪5‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫ ُي ّعرف الكهربائية ال�ساكنة‪.‬‬ ‫ يميز بين ال�شحنه الكهربائية ال�سالبة والموجبة‪.‬‬ ‫ يو�ضح طرائق �شحن االج�سام بالكهربائية ال�ساكنة‪.‬‬ ‫ يعدد اجزاء الك�شاف الكهربائي‪.‬‬ ‫ يبين بتجارب �شحن الك�شاف الكهربائي‪.‬‬ ‫ يذكر تطبيقات الكهربائية ال�ساكنة‪.‬‬ ‫ يقارن بين المواد على وفق تو�صيلها للكهربائية‪.‬‬ ‫ ي�ستخدم قانون كولوم في حل الم�سائل الفيزيائية‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪6‬‬ ‫الكهربائية ال�ساكنة‬ ‫‪Electrostatics‬‬ ‫الك�شاف الكهربائي‬ ‫‪Electroscope‬‬ ‫المو�صل‬ ‫‪Conductor‬‬ ‫العازل‬ ‫‪Insulator‬‬ ‫ال�شحنة الكهربائية‬ ‫‪Electric Charge‬‬ ‫قانون كولوم‬ ‫‪Coulomb,s Law‬‬ ‫المجال الكهربائي‬ ‫‪Electric Field‬‬ ‫ال�شحن بالحث‬ ‫‪Charging by Induction‬‬ ‫قوة تجاذب‬ ‫‪Attraction Force‬‬ ‫قوة تنافر‬ ‫‪Repulsion Force‬‬ ‫مقدمة ‪Introduction‬‬ ‫لقد وجد الحكيم االغريقي �أر�سطو طالي�س (عام ‪ 600‬ق‪.‬م) ان مادة‬ ‫الكهرب عند دلكها بقطعة من ال�صوف ت�صير لها القابلية على جذب‬ ‫االج�سام الخفيفة (مثل ق�صا�صات الورق ‪ ،‬قطع من الق�ش)‪ ،‬وبعده‬ ‫وجد العالم االنكليزي وليم كلبرت (عام ‪1600‬م) ان كثيرا من المواد‬ ‫ت�شارك الكهرب في هذه الخا�صية‪ ،‬لذا اطلق عليها ا�سم «الكهربائية»‬ ‫وهي عند الإغريق م�شتقة من كلمة ‪ Electron‬التي اطلق عليها‬ ‫«الكهرمان ‪»Amber‬‬ ‫‪1-1‬‬ ‫الكهربائية الساكنة ‪Electrostatic‬‬ ‫من المالحظات المعروفة‪:‬‬ ‫•�إنجذاب ق�صا�صات الورق ال�صغيرة �إذا قربت منها مادة َل ِدنَة‬ ‫(بال�ستيكية) كالم�شط بعد دلكه بال�شعر‪ ،‬الن الم�شط المدلوك ي�صير‬ ‫م�شحونا بال�شحنات الكهربائية ال�ساكنة (عندما يكون ال�شعر جافا‬ ‫وبدون زيت) �شكل (‪.)1‬‬ ‫ال�شكل (‪)1‬‬ ‫•�أو �إنجذاب هذه الق�صا�صات من بالون (نفاخة مملوءة بالهواء)‬ ‫بعد دلك البالون بقطعة من ال�صوف (�سين�شحن البالون بال�شحنات‬ ‫الكهربائية ال�ساكنة) ال�شكل (‪.)2‬‬ ‫ال�شكل (‪)2‬‬ ‫‪7‬‬ ‫•كذلك الحال عندما تدلك بالون ًا بقطعة من ال�صوف وتقربه‬ ‫من ر�أ�سك تجد ان البالون يجذب �شعر ر�أ�سك (�إذا كان‬ ‫�شعرك جافا ومن غير زيت) ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫•و�إذا دفعت البالون الم�شحون نحو جدار تجد �أنه يلت�صق‬ ‫بالجدار ويبقى ملت�صق ًا به لعدة �ساعات �إذا كان الجو‬ ‫جاف ًا‪( .‬لأن الهواء الرطب ي�ساعد على تفريغ ال�شحنات‬ ‫الكهربائية ب�سرعة) الحظ ال�شكل (‪.)4‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫•وعندما ت�سير على �سجادة من ال�صوف فان قدميك‬ ‫�سيحتكان بال�سجادة ويكت�سبان �شحنات كهربائية‬ ‫�ساكنة‪ ،‬وال�شحنات الكهربائية المتولدة على ج�سمك‬ ‫يمكن �أن ت�شعر بها ب�شكل �صعقة طفيفة‪ ،‬عندما تتفرغ‬ ‫هذه ال�شحنات لحظة مالم�سة يدك للمقب�ض المعدني‬ ‫لباب الغرفة الحظ ال�شكل (‪.)5‬‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫‪8‬‬ ‫•ويح�صل ال�شيء نف�سه عند نزولك من ال�سيارة بعد‬ ‫توقفها عن الحركة ومالم�سة يدك فور ًا �أي جزء معدني‬ ‫من ال�سيارة‪� ،‬ست�شعر ب�صعقة كهربائية طفيفة‪� ،‬أو �إذا‬ ‫م�سكت الجزء المعدني من المفتاح بيدك وقربته من‬ ‫الجزء المعدني لل�سيارة‪� ،‬ستحدث �شرارة كهربائية‬ ‫�صغيرة بين طرف المفتاح وال�سطح المعدني لل�سيارة‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫دلكت م�شط ًا من البال�ستك ب�شعرك (�أو دلكت هذا‬ ‫•و�إذا َ‬ ‫الم�شط بقطعة من ال�صوف) ثم قربته من ماء ين�ساب‬ ‫رفيع ًا من حنفية‪ ،‬تجد �أن ماء الحنفية ينجذب نحو‬ ‫الم�شط‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)7‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫•وفي بع�ض المتنزهات العامة توجد �أجهزة م�سلية‬ ‫للأطفال‪ ،‬منها لعبة التزحلق البال�ستيكية‪ ،‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪ .)8‬ففي �أثناء �إنزالق الطفل تحتك مالب�سه‬ ‫مع �أر�ضية اللعبة البال�ستيكية‪ ،‬و�سيكت�سب ج�سمه‬ ‫�شحنات كهربائية �ساكنة‪ .‬وعند مالم�سة الطفل فور ًا‬ ‫لأي عمود معدني قريب منه ف�إن الطفل �سي�شعر‬ ‫ب�صعقة كهربائية طفيفة نتيجة لتفريغ ال�شحنات التي‬ ‫�إكت�سبها ج�سمه باالحتكاك‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪9‬‬ ‫الشحنة الكهربائية ‪Electric charge‬‬ ‫‪2-1‬‬ ‫من المعروف اأن المادة تتاألف من ج�ضيمات �ضغيرة جد ًا تدعى‬ ‫بالذرات‪.‬‬ ‫ب�ضرع عالية‬ ‫تحتوي الذرة الكترونات �ضالبة ال�ضحنة (‪ )e-‬تدور‬ ‫ٍ‬ ‫جد ًا حول النواة التي تحوي على بروتونات موجبة ال�ضحنة (‪)p+‬‬ ‫ونيوترونات (‪ )n‬متعادلة ال�ضحنة‪ .‬ال�ضكل (‪.)11‬‬ ‫وترتبط اللكترونات بنواة الذرة بقوى مقاديرها متفاوتة ح�ضب‬ ‫بعدها عن النواة‪.‬‬ ‫واإن معظم ذرات المواد تكون متعادلة كهربائي ًا (عدد الكتروناتها‬ ‫ي�ضاوي عدد بروتوناتها) لحظ ال�ضكل (‪.)12-a‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫قد تكون الكهربائية ال�ضاكنة ذات‬ ‫ال�ضدة العالية جد ًا كالبرق مث ًال ال�ضكل‬ ‫(‪ ،)9‬خطرة ومميتة اإذا �ضعقت �ضخ�ض ًا‪.‬‬ ‫تت�ضبب ال�ضاعقة في حدوث حرائق‬ ‫كبيرة في الغابات عندما تفرغ �ضحنتها في‬ ‫اإحدى اأ�ضجارها‪ .‬ال�ضكل (‪.)10‬‬ ‫‪e‬‬‫‪p+‬‬ ‫ﺷﻛﻝ )‪(9‬‬ ‫‪n‬‬ ‫ال�ضكل (‪)11‬‬ ‫نوعا �ل�صحنة �لكهربائية‬ ‫هناك ذرات في مواد تفقد بع�ض ًا من الكتروناتها الخارجية بوجود‬ ‫موؤثر خارجي ي�ضاعدها على ذلك‪ ،‬فاإذا ح�ضل نق�ض في عدد الكترونات‬ ‫ﺷﻛﻝ )‪(10‬‬ ‫الذرة ب�ضبب هروب بع�ض منها اإلى خارج الج�ضم‪ ،‬ت�ضير الذرة اأيون ًا موجب ًا‬ ‫ويكون الج�ضم م�ضحون ًا بال�ضحنة الموجبة (‪ )+q‬ال�ضكل (‪.)12-b‬‬ ‫اما الج�ضم الذي تكت�ضب ذراته بع�ض ًا من الكترونات ذرات اج�ضام اأخرى ت�ضير الذرة ايون ًا �ضالب ًا ويكون الج�ضم‬ ‫م�ضحون ًا بال�ضحنة ال�ضالبة (‪ .)-q‬لحظ ال�ضكل (‪.)12-c‬‬ ‫ال�ضكل (‪)12‬‬ ‫‪10‬‬ ‫من �لمهم �أن تعرف �لمعلومات �لتالية‪:‬‬ ‫•البروتون داخل نواة الذرة و�ضحنته موجبة ومقدارها ي�ضاوي مقدار �ضحنة اللكترون‪.‬‬ ‫•ان �ضحنة الإلكترون اأو البروتون تعد اأ�ضغر وحدة قيا�ض لل�ضحنات‪.‬‬ ‫•اأن �ضحنة اأي ج�ضم م�ضحـ ــون ت�ضـ ــاوي م�ضاعفــات �ضحيحــة لمقدار �ضحن ــة اللكتــرون‬ ‫(‬ ‫ﻋدﺩ االلكترونات =‬ ‫ﺷحنة الجسﻢ‬ ‫ﺷحنة االلكترون‬ ‫)‪.‬‬ ‫•لقد اأو�ضحت التجارب ان مقدار �ضحنة اللكترون ي�ضاوي (‪.)1.6 × 10-19 Coulomb‬‬ ‫•واأن الكولوم هي وحدة قيا�ض ال�ضحنات الكهربائية‪.‬‬ ‫•الكولوم الواحد (‪ )1 Coulomb‬يعادل �ضحنة كمية من اإللكترونات عددها ‪6.25 ×1018‬‬ ‫الكترون (‪.)electron‬‬ ‫•والكولوم وحدة كبيرة واجزائها ال�ضائعة ال�ضتعمال هي‪:‬‬ ‫المايكرو كولوم (‪ )1 μC = 10-6C‬والنانو كولوم (‪)1 nC =10-9C‬‬ ‫قوﻯ التجاﺫﺏ والتنافر بين الشحنات الكهربائية‬ ‫‪‬‬ ‫�ل�صحنات �لمت�صابهة تتنافر مع بع�صها و�ل�صحنات �لمختلفة تتجاذب مع بع�صها‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪� :‬ضاقان متماثالن من المطاط ال�ضلب ‪� ،‬ضاقان متماثالن من الزجاج ‪ ،‬قطعتان اأحداهما من (ال�ضوف‬ ‫اأو الفرو) واخرى من الحرير ‪ ،‬خيوط من القطن اأو الحرير ‪ ،‬حامالن‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫�أو ًال‪:‬‬ ‫ نعلق �ضاقي المطاط بو�ضع اأفقي بخيطين بو�ضاطة حامالن‬‫ونجعلهما متقاربتين من بع�ضهما‪.‬‬ ‫ ندلك كل منهما وعلى اإنفراد بو�ضاطة قطعة ال�ضوف‪.‬‬‫(�ضتن�ضحن كل منهما بال�ضحنة ال�ضالبة)‬ ‫ نترك ال�ضاقين معلقتين بحرية‪ ،‬نالحظ تنافرهما مع بع�ضهما‬‫ال�ضكل (‪.)13-a‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط الأول‪ :‬اأن ال�ضحنات المت�ضابهة تتنافر مع بع�ضها‬ ‫ال�ضكل (‪)13- a‬‬ ‫‪11‬‬ ‫ثانياً‪:‬‬ ‫ نعلق �ضاقي الزجاج بو�ضع افقي بخيطين بو�ضاطة حامالن ونجعلهما‬‫متقاربتين من بع�ضهما‪.‬‬ ‫ ندلك كل منهما وعلى انفراد بو�ضاطة قطعة الحرير‪.‬‬‫(�ضتن�ضحن كل منهما بال�ضحنة الموجبة)‬ ‫ نترك ال�ضاقين معلقتين بحرية‪ ،‬نالحظ تنافرهما لحظ ال�ضكل‬‫(‪.)13-b‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط الثاني‪ :‬اأن ال�ضحنات المت�ضابهة تتنافر مع بع�ضها‬ ‫ال�ضكل (‪)13- b‬‬ ‫ثالثاً‪:‬‬ ‫ نعلق �ضاق من الزجاج و�ضاق اأخرى من المطاط بو�ضع اأفقي بخيطين‬‫بو�ضاطة حامالن ونجعلهما متقاربتين من بع�ضهما‪.‬‬ ‫ ندلك �ضاق الزجاج بقطعة الحرير (�ضتن�ضحن ال�ضاق بال�ضحنة‬‫الموجبة) وندلك �ضاق المطاط بقطعة ال�ضوف �ضتن�ضحن ال�ضاق‬ ‫بال�ضحنة ال�ضالبة)‪.‬‬ ‫ نترك ال�ضاقين معلقتين بحرية‪ ،‬نالحظ تجاذبهما ال�ضكل (‪.)13-c‬‬‫ن�ضتنتج من الن�ضاط الثالث‪ :‬اأن ال�ضحنات المختلفة تتجاذب مع بع�ضها‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫•ال�ضحنات الكهربائية المختلفة تتجاذب مع بع�ضها‪.‬‬ ‫•ال�ضحنات الكهربائية المت�ضابهة تتنافر مع بع�ضها‪.‬‬ ‫‪12‬‬ ‫ال�ضكل (‪)13- c‬‬ ‫‪3-1‬‬ ‫شحن المادة بالكهربائية‬ ‫توجد ثالث طرائق ل�شحن الأج�سام بالكهربائية ال�ساكنة هي‪:‬‬ ‫‪ - a‬ال�شحن بطريقة الدلك‪:‬‬ ‫�إذا دلكت بالون ًا بقطعة من ال�صوف �ستظهر �شحنة موجبة على قطعة ال�صوف (نتيجة لفقدها بع�ض ًا من الكتروناتها)‪،‬‬ ‫بينما تظهر �شحنة �سالبة على البالون (نتيجة لإكت�سابه تلك الإلكترونات)‪ .‬و�إذا علقت البالون الم�شحون بال�شحنة‬ ‫ال�سالبة بخيط من مادة عازلة وقربت منه قطعة ال�صوف الم�شحونة بال�شحنة الموجبة‪ ،‬تجد ان قطعة ال�صوف هذه‬ ‫تجذب اليها البالون‪ ،‬ال�شكل (‪.)14‬‬ ‫ال�شكل (‪)14‬‬ ‫‪ - b‬ال�شحن بطريقة التما�س‪:‬‬ ‫علق كرتين من نخاع البيل�سان بو�ساطة خيطين من مادة عازلة ومن نقطة واحدة‪.‬‬ ‫ا�شحن احدى الكرتين بمالم�ستها ل�ساق من الزجاج مدلوكة بالحرير ثم اتركها لتالم�س الكرة االخرى غير الم�شحونة‬ ‫كما في ال�شكل (‪ ،)15-a‬تالحظ بعد ذلك �إبتعاد الكرتين عن بع�ضهما وهذا يدل على ان الكرة الثانية غير الم�شحونة‬ ‫قد اكت�سبت ق�سم ًا من �شحنة الكرة االولى بالتما�س مما ادى �إلى تنافر الكرتين �شكل (‪.)15-b‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ان الج�سم الم�شحون المعزول يفقد‬ ‫�شحنته الكهربائية عند تركه في الهواء‪،‬‬ ‫و�إن �سرعة تفريغ �شحنته الكهربائية‬ ‫تزداد بزيادة رطوبة الجو‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)15‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪ -c‬ال�شحن بطريقة الحث‪:‬‬ ‫ال�شكل (‪)16‬‬ ‫•عند تقريب �ساق من المطاط ال�صلب م�شحونة ب�شحنة �سالبة (ت�صير �شحنتها �سالبة بعد دلكها بال�صوف) من �سطح‬ ‫كرة معدنية متعادلة كهربائي ًا ومعزولة‪ ،‬فان �شحنة ال�ساق ال�سالبة (الإلكترونات) �سوف تنافر بع�ضا من الكترونات‬ ‫�سطح الكرة وتدفعها �إلى الجهة البعيدة عن ال�ساق (تدعى هذه االلكترونات بال�شحنات الطليقة)‪ ،‬ونتيجة للنق�ص‬ ‫الحا�صل في عدد الكترونات الجهة القريبة من ال�ساق‪ ،‬تظهر فيها �شحنة موجبة (تدعى هذه ال�شحنات بال�شحنات‬ ‫المقيدة)‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)16-b‬‬ ‫•نو�صل الكرة المعدنية بالأر�ض بربط �سطحها ب�سلك مو�صول بالأر�ض (�أو بمالم�سة �سطحها با�صبع اليد) مع بقاء‬ ‫ال�ساق الم�شحونة قريبة من الكرة‪ ،‬نجد ان ال�شحنات الطليقة قد ت�سربت �إلى الأر�ض الحظ ال�شكل (‪.)19-c‬‬ ‫•نقطع �إت�صال الكرة مع الأر�ض (نرفع اال�صبع عن الكرة) مع بقاء ال�ساق قريبة من الكرة نجد بقاء ال�شحنة‬ ‫المقيدة في مو�ضعها‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)16-d‬‬ ‫•نبعد ال�ساق عن الكرة‪ ،‬نجد �أن ال�شحنات المقيدة (وهي ال�شحنات الموجبة المخالفة ل�شحنة ال�ساق) تتوزع بانتظام‬ ‫على ال�سطح الخارجي للكرة‪ .‬الحظ ال�شكل (‪ .)16-e‬وان اال�ستدالل عن وجود ال�شحنة من عدمها على ج�سم ما‬ ‫يتم با�ستعمال جهاز الك�شاف الكهربائي‪.‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪4-1‬‬ ‫الكشاف الكهربائي ‪Electroscope‬‬ ‫جهاز ي�ستعمل في تجارب الكهربائية ال�ساكنة الغرا�ض منها‪:‬‬ ‫‪ -1‬الك�شف عن وجود �شحنة كهربائية على ج�سم ما‪.‬‬ ‫‪ - 2‬لمعرفة نوع ال�شحنة الكهربائية على الج�سم الم�شحون‪.‬‬ ‫ت�صنع الك�شافات الكهربائية با�شكال مختلفة‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪.)17‬‬ ‫يت�ألف الك�شاف الكهربائي من‪:‬‬ ‫•�ساق م�صنوعة من المعدن‪.‬‬ ‫•قر�ص معدني (�أو كرة معدنية) يت�صل بالطرف العلوي لل�ساق‪.‬‬ ‫•ورقتين رقيقتين (�أو �شريطين) من الذهب �أو االلمنيوم تت�صالن بالطرف ال�سفلي لل�ساق (او ورقة رقيقة واحدة‬ ‫من الذهب او االلمنيوم تت�صل بالطرف ال�سفلي لل�ساق) �أو (تعلق من منت�صفها على محور في نهاية ال�ساق لتكون‬ ‫طليقة الحركة)‪.‬‬ ‫•�صندوق من الزجاج �أو المعدن �أو الخ�شب ذو نافذة زجاجية ‪.‬‬ ‫•�سداد من الفلين �أو المطاط في الجزء العلوي من ال�صندوق لعزل ال�ساق والورقتين عن ال�صندوق‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )17‬ا�شكال مختلفة من الك�شافات الكهربائية‪.‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪5-1‬‬ ‫‪a‬‬ ‫شحن الكشاف الكهربائي‬ ‫�صحن �لك�صاف �لكهربائي بطريقة �لتما�س (�لتو�صيل)‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬ك�ضاف كهربائي ‪ ،‬م�ضط من البال�ضتك‪.‬‬ ‫خطو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫•ندلك الم�ضط بال�ضعر (ب�ضرط اأن يكون ال�ضعر جاف ًا‬ ‫وبدون زيت)‪.‬‬ ‫•نجعل الم�ضط يالم�ض قر�ض الك�ضاف المتعادل كهربائي ًا‪.‬‬ ‫نالحظ اإبتعاد ورقتي الك�ضاف لحظ ال�ضكل (‪.)18‬‬ ‫تف�صير �لن�صاط‪:‬‬ ‫عند ح�ضول التما�ض بين الم�ضط الم�ضحون وقر�ض‬ ‫الك�ضاف المتعادل كهربائي ًا‪ ،‬تبتعد ورقتا الك�ضاف الكهربائي‪،‬‬ ‫ب�ضبب ظهور قوة تنافر بينهما‪ ،‬لكت�ضاب الورقتين النوع‬ ‫نف�ضه من ال�ضحنات (مماثلة ل�ضحنة الج�ضم المالم�ض)‪.‬‬ ‫‪b‬‬ ‫ال�ضكل (‪)18‬‬ ‫�صحن �لك�صاف �لكهربائي بطريقة �لحث‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪ :‬ك�ضاف كهربائي ‪� ،‬ضاق من الزجاج ‪،‬‬ ‫قطعة من الحرير‪.‬‬ ‫خطو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫•ندلك �ضاق الزجاج بقطعة الحرير‬ ‫(تظهر على ال�ضاق �ضحنة موجبة) ال�ضكل (‪.)19-a‬‬ ‫•نقرب �ضاق الزجاج الم�ضحونة من قر�ض ك�ضاف متعادل‬ ‫كهربائي ًا‪.‬‬ ‫‪16‬‬ ‫ال�ضكل (‪)19-a‬‬ ‫تالحظ تنافر ورقة اللمنيوم مع ال�ضاق المعدنية للك�ضاف‬ ‫ال�ضكل (‪ .)19-b‬وهذا دليل على اأن الك�ضاف �ضار م�ضحون ًا‪،‬‬ ‫(ين�ضحن قر�ض الك�ضاف بال�ضحنة ال�ضالبة وهي ال�ضحنة‬ ‫المقيدة وتن�ضحن ورقة اللمنيوم بال�ضحنة الموجبة وهي‬ ‫ال�ضحنة الطليقة)‪ .‬اأي دائم ًا ين�ضحن القر�ض بال�ضحنة المخالفة‬ ‫لتجاذب �ضحناته مع �ضحنات الموؤثر والورقة وال�ضاق بال�ضحنة‬ ‫الم�ضابهة لتنافر �ضحنتهما مع �ضحنة الموؤثر‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)19- b‬‬ ‫•ن�ضل قر�ض الك�ضاف بالأر�ض (بو�ضع اإ�ضبع اليد على‬ ‫قر�ض الك�ضاف) مع بقاء �ضاق الزجاج الم�ضحونة بالقرب‬ ‫من قر�ض الك�ضاف نالحظ اإنطباق الورقة على �ضاق الك�ضاف‬ ‫ال�ضكـل (‪()19-c‬ب�ضبب اكت�ضاب الك�ضاف اللكترونات من‬ ‫الأر�ض)‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)19- c‬‬ ‫•نقطع اإت�ضال قر�ض الك�ضاف بالأر�ض (نرفع ال�ضبع عن‬ ‫قر�ضه) مع بقاء �ضاق الزجاج الم�ضحونة بالقرب من قر�ض‬ ‫الك�ضاف‪ .‬نجد بقاء الورقة منطبقة على �ضاق الك�ضاف‪.‬‬ ‫اأخير ًا نبعد �ضاق الزجاج عن الك�ضاف‪ ،‬نالحظ تنافر ورقة‬ ‫اللمنيوم مع �ض ــاق الك�ضاف‪ ،‬ال�ضكـ ــل (‪.)19-d‬‬ ‫وهذا يدل على توزع ال�ضحنات الباقية (ال�ضحنات التي كانت‬ ‫مقيدة) على قر�ض الك�ضاف وال�ضاق والورقة‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)19- d‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫عند اي�ض ـ ــال مو�ض ـ ــل ما م�ضحون‬ ‫بالر�ض ب�ضلك معدني يقال له بانه موؤر�ض‬ ‫‪ ،grounded‬فتتعادل �ضحنته باعتبار‬ ‫الر�ض م�ضتودع كبير لت�ضريف ال�ضحنات‬ ‫الكهربائية التي تنتقل منها واإليها ب�ضهولة‪.‬‬ ‫‪17‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫ الك�ضاف الكهربائي الم�ضحون بطريقة التما�ض تنفرج ورقتاه‬‫لكت�ضابهما �ضحنة مماثلة ل�ضحنة الج�ضم المالم�ض‪.‬‬ ‫ الك�ضاف الكهربائي الم�ضحون بالحث تنفرج ورقتاه لكت�ضابهما‬‫�ضحنة مخالفة ل�ضحنة الج�ضم المقرب من قر�ض الك�ضاف‪.‬‬ ‫‪6-1‬‬ ‫بعﺾ التطبيقات العملية عن الكهربائية الساكنة‬ ‫ت�ضتثمر الكهربائية ال�ضاكنة في عمل الجهزة التالية‪:‬‬ ‫�لمرذ�ذ‪:‬‬ ‫من اأمثلته جهاز �ضبغ ال�ضيارات (اأو �ضبغ اي ج�ضم‬ ‫اخر مو�ضل مثل الكر�ضي) لحظ ال�ضكل (‪ ،)20‬اذ تو�ضل‬ ‫فوهة المرذاذ بالقطب الموجب للم�ضدر الكهربائي‪،‬‬ ‫وهذا يجعل جميع قطيرات ال�ضبغة (الطالء) الخارجة‬ ‫من فوهته م�ضحونة ب�ضحنة موجبة‪ ،‬فتتباعد بع�ضها عن‬ ‫بع�ض ب�ضبب قوى التنافر بينها‪.‬‬ ‫‪18‬‬ ‫ال�ضكل (‪)20‬‬ ‫اما الج�سم المو�صل المراد �صبغه مثل ال�سيارة �أو الكر�سي فيو�صل مع القطب ال�سالب للم�صدر �أو يو�صل باالر�ض‬ ‫وهذا ي�ساعد على �إنجذاب قطيرات ال�صبغ �إلى �سطح ذلك الج�سم مما يجعل عملية ال�صبغ هذه متجان�سة وجيدة‪.‬‬ ‫وت�ستثمر الكهربائية ال�ساكنة اي�ضا في تطبيقات اخرى مثل �أجهزة اال�ستن�ساخ وفي �أجهزة التر�سيب التي ت�ستعمل‬ ‫في معامل �صناعة الأ�سمنت للتقليل من التلوث البيئي وكذلك في تثبيت مواد التجميل والعد�سات الال�صقة‪.‬‬ ‫‪7-1‬‬ ‫إختالف المواد من حيث التوصيل الكهربائي‬ ‫تق�سم المواد من حيث قابليتها على التو�صيل الكهربائي �إلى‪:‬‬ ‫‪ -1‬المو�صالت (‪:)Conductors‬‬ ‫هي مواد تحتوي وفرة من ال�شحنات الكهربائية ال�سالبة‬ ‫ال�شحنة (االلكترونات �ضعيفة االرتباط بالنواة) من �أمثلتها‬ ‫النحا�س والف�ضة والألمنيوم وغيرها وتتحرك االلكترونات خالل‬ ‫هذه المواد ب�سهولة‪ ،‬فهي مو�صالت جيدة‪ ،‬ال�شكل (‪.)21‬‬ ‫ال�شكل (‪ )21‬مادة مو�صلة‬ ‫‪ -2‬العوازل (‪:)Insulators‬‬ ‫هي مواد ال تتحرك فيها ال�شحنات الكهربائية بحرية‪ ،‬مثل‬ ‫الزجاج وال�صوف والمطاط وغيرها ال�شكل (‪.)22‬‬ ‫من الم�شاهدات التي تحتاج �إلى تف�سير ‪:‬‬ ‫•�إذا م�سكت بيدك �ساق من النحا�س من �أحد طرفيها ودلكتها‬ ‫بقطعة من ال�صوف �أو الفرو وقربتها من ق�صا�صات �صغيرة‬ ‫من الورق تالحظ عدم �إنجذاب تلك الق�صا�صات اليها‪ ،‬وقد‬ ‫تعتقد ان �ساق النحا�س لم تن�شحن‪ .‬ولكن حقيقة ذلك هو‪:‬‬ ‫ان ال�شحنات الكهربائية المتولدة على �ساق النحا�س بالدلك‬ ‫والمم�سوكة باليد قد ت�سربت مبا�شرة �إلى االر�ض عن طريق‬ ‫ج�سمك‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )22‬مادة عازلة‬ ‫هل تعلم‬ ‫توجد مواد ت�سمى ا�شباه المو�صالت‬ ‫(مثل ال�سيلكون والجرمانيوم) تمتلك‬ ‫قابلية تو�صيل كهربائي في ظروف‬ ‫معينة وت�سلك �سلوك العازل في ظروف‬ ‫�أخرى‪.‬‬ ‫‪19‬‬ ‫•لو م�ضكت �ضاق من النحا�ض نف�ضها من اأحد طرفيها‬ ‫بمقب�ض من مادة عازلة (اأو لب�ضت كفا من المطاط)‪،‬‬ ‫�ضكل (‪ )23‬ودلكت ال�ضاق بقطعة من ال�ضوف‬ ‫اأو الفرو ثم قربتها من تلك الق�ضا�ضات الورقية‪،‬‬ ‫تجد اأنها تنجذب نحو ال�ضاق‪ ،‬فن�ضتنتج من ذلك اأن‬ ‫�ضاق النحا�ض يمكن �ضحنها بالكهربائية ال�ضاكنة‬ ‫واحتفاظها بال�ضحنات لفترة ق�ضيرة اإذا كانت معزولة‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)23‬‬ ‫‪8-1‬‬ ‫قانوﻥ كولوم ‪Coulomb's law‬‬ ‫لقد عرفنا اأن ال�ضحنات الكهربائية المت�ضابهة تتنافر‬ ‫مع بع�ضها وال�ضحنات الكهربائية المختلفة تتجاذب مع‬ ‫بع�ضها‪ ،‬وهذا يعني وجود قوى كهربائية متبادلـة بين‬ ‫ال�ضحنات توؤدي اإلى تنافرها اأو تجاذبها‪ .‬ال�ضكل (‪.)24‬‬ ‫لقد وجد العالم كولوم اإن القوة الكهربائية المتبادلة‬ ‫بين �ضحنتين كهربائيتين نقطيتين �ضاكنتين تتنا�ضب‬ ‫تنا�ضب ًا طردي ًا مع حا�ضل �ضرب مقداريهما وعك�ضي ًا مع‬ ‫مربع البعد بينهما‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)24‬‬ ‫وال�ضيغة الريا�ضية لقانون كولوم هي‪:‬‬ ‫القوة الكهربائية = ثابت ×‬ ‫‪20‬‬ ‫مقدار ال�ضحنة الولى × مقدار ال�ضحنة الثانية‬ ‫مربع البعد بين ال�ضحنتين‬ ‫حيث (‪ :)F‬القوة الكهربائية مقا�ضة بوحدة النيوتن (‪.)N‬‬ ‫(‪ )q2 ، q1‬مقداركل من ال�ضحنتين النقطيتين مقا�ضة بوحدة الكولوم (‪.)C‬‬ ‫(‪ )r‬البعد بين مركزي ال�ضحنتين مقا�ض ًا بوحدة المتر (‪.)m‬‬ ‫(‪ )k‬ثابت التنا�ضب يعتمد على نوع مادة الو�ضط بين ال�ضحنتين ومقداره في الفراغ ي�ضاوي‪:‬‬ ‫‪N.m2‬‬ ‫‪C2‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪k = 9×10‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫و�ضعت �ضحنة كهربائية نقطية موجبة مقدارها (‪ )+4×10-6C‬على بعد (‪ )0.06m‬من �ضحنة كهربائية‬ ‫نقطية اخرى موجبة اي�ضا مقدارها (‪ .)+9×10-6C‬اإح�ضب مقدار ‪:‬‬ ‫‪ -1‬القوة التي توؤثر بها ال�ضحنة الأولى على ال�ضحنة الثانية‪ .‬وما نوعها ؟‬ ‫‪ -2‬القوة التي توؤثر بها ال�ضحنة الثانية على ال�ضحنة الأولى‪ .‬وما نوعها ؟‬ ‫‪q2=+ 9 × 10-6 C‬‬ ‫‪q1=+ 4 × 10-6 C‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫نطبق قانون كولوم‪:‬‬ ‫‪ -1‬لتكن (‪ )F12‬القوة التي توؤثر فيها ال�ضحنة الأولى على ال�ضحنة الثانية‪:‬‬ ‫‪9×4×9×10+9-6-6‬‬ ‫‪36×10-4‬‬ ‫(‪)+4× 10-6C(×)+9×10-6C‬‬ ‫=‬ ‫‪)0.06m(2‬‬ ‫× ‪F12=9×109‬‬ ‫‪F12=90N‬‬ ‫بما ان القوة الكهربائية موجبة فهي قوة تنافر‬ ‫‪21‬‬ ‫‪ -2‬لتكن (‪ )F21‬القوة التي توؤثر بها ال�ضحنة الثانية على ال�ضحنة الأولى‪:‬‬ ‫‪9×9×4×10+9-6-6‬‬ ‫‪36×10 -4‬‬ ‫(‪)+9× 10-6C(×)+4×10-6C‬‬ ‫=‬ ‫‪)0.06m(2‬‬ ‫‪9‬‬ ‫× ‪F21=9×10‬‬ ‫والقوة هي قوة تنافر‬ ‫بما ان القوى متبادلة بين ال�ضحنات الكهربائية‪ ،‬فانها تخ�ضع للقانون الثالث لنيوتن اأي ان‪:‬‬ ‫‪F21 = - F12‬‬ ‫‪F21=90N‬‬ ‫وهذا يعني ان القوة الكهربائية التي توؤثر فيها ال�ضحنة الأولى على ال�ضحنة الثانية ت�ضاوي القوة التي توؤثر‬ ‫بها ال�ضحنة الثانية على ال�ضحنة الأولى بالمقدار وتعاك�ضها بالتجاه‪.‬‬ ‫‪ 91‬المجال الكهربائي ‪The electric field‬‬ ‫ماهو المجال الكهربائي ؟ وكيف ن�ضتدل على وجوده ؟‬ ‫نفر�ض ان لدينا �ضحنة نقطية موجبة (‪ )q‬في نقطة معينة‪.‬‬ ‫ان هذه ال�ضحنة تحدث في الحيز المحيط بها تاأثير ًا يعرف‬ ‫بالمجال الكهربائي‪ ،‬ويختبر المجال الكهربائي عند اأي نقطة‬ ‫بو�ضاطة �ضحنة �ضغيرة موجبة ت�ضمى �ضحنة الختبار (‪Test‬‬ ‫‪ )charge‬تو�ضع في تلك النقطة وتقا�ض القوة الموؤثرة فيها‬ ‫لمعرفة مقدار المجال الكهربائي‪.‬‬ ‫يبين ال�ضكل (‪� )25-a‬ضحنة نقطية موجبة (‪ )+q‬تُولد مجا ًل‬ ‫كهربائي ًا‪ ،‬و�ضحنة ( َ‪ ) q‬هي �ضحنة الختبار‪.‬‬ ‫ﺷﺣﻧﺔ ﺍﻻﺧﺗﺑﺎﺭ‬ ‫َ‪q‬‬ ‫ال�ضكل (‪)25-a‬‬ ‫ﺷﺣﻧﺔ ﺍﻻﺧﺗﺑﺎﺭ‬ ‫َ‪q‬‬ ‫وال�ضكل (‪ )25-b‬يمثل مجا ًل كهربائي ًا ل�ضحنة كهربائية‬ ‫�ضالبة (‪ .)-q‬وهذا يعني ان المجال الكهربائي عند نقطة ما‪،‬‬ ‫يعرف بدللة القوة الكهربائية الموؤثرة في �ضحنة الختبار‬ ‫المو�ضوعة في تلك النقطة ‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)25-b‬‬ ‫‪22‬‬ ‫لذلك فان مقدار المجال الكهربائي في اية نقطة في الف�ضاء يعرف بانه القوة الكهربائية لوحدة ال�شحنة الم�ؤثرة‬ ‫في �شحنة اختبارية �صغيرة موجبة ( َ‪ ) q‬مو�ضوعة في تلك النقطة‪.‬‬ ‫ويمكن ايجاد مقدار المجال الكهربائي من العالقة االتية‪:‬‬ ‫مقدار المجال الكهربائي‬ ‫القوة الكهربائية‬ ‫مقدار ال�شحنة االختبارية‬ ‫=‬ ‫‪F‬‬ ‫َ‪q‬‬ ‫=‪E‬‬ ‫حيث ان‪:‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪.‬‬ ‫(‪ )E‬تمثل مقدار المجال الكهربائي مقا�س ًا بوحدات‬ ‫‪C‬‬ ‫(‪ )F‬مقدار القوة الكهربائية مقا�سة بوحدات (‪.)N‬‬ ‫( َ ‪ )q‬ال�شحنة االختبارية الموجبة مقا�سة بوحدات الكولوم (‪.)C‬‬ ‫ومن الجدير بالذكر �أن المجال الكهربائي يمثل بالر�سم بخطوط قوى (غير مرئية) تبد�أ من ال�شحنة الموجبة‬ ‫وتنتهي بال�شحنة ال�سالبة‪.‬‬ ‫وال�شكل (‪ )26-a‬يو�ضح المجال الكهربائي بين �شحنتين نقطيتين مت�شابهتين وال�شكل (‪ )26-b‬يو�ضح المجال‬ ‫الكهربائي بين �شحنتين نقطيتين مختلفتين‪.‬‬ ‫(‪ )a‬المجال الكهربائي بين �شحنتين نقطيتين‬ ‫مت�شابهتين ‪.‬‬ ‫(‪ )b‬المجال الكهربائي بين �شحنتين نقطيتين مختلفتين‬ ‫ال�شكل (‪)26‬‬ ‫‪23‬‬ ‫�لمجال �لكهربائي �لمنتظم‪:‬‬ ‫المجال الكهربائي المنتظم المتولد بين لوحين معدنيين م�ضتويين متوازيين م�ضحونين ب�ضحنتين مت�ضاويتين‬ ‫مقدار ًا ومختلفتين في النوع فتكون خطوط هذا المجال متوازية مع بع�ضها وتبعد عن بع�ضها بابعاد مت�ضاوية وتكون‬ ‫عمودية على اللوحين‪( ،‬اأي هو المجال الثابت المقدار والتجاه بجميع نقاطه)‪ ،‬لحظ ال�ضكل (‪.)27‬‬ ‫لوﺡ موجب الشحنة‬ ‫لوﺡ سالب الشحنة‬ ‫ال�ضكل (‪)27‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫�ضحنة كهربائية نقطية موجبة مقدارها (‪ ،)+2×10-9 C‬و�ضعت عند نقطة في مجال كهربائي فتاأثرت بقوة‬ ‫مقدارها (‪ .)4 × 10-6 N‬ما مقدار المجال الكهربائي في تلك النقطة ؟‬ ‫الحل‪ :‬لدينا من معطيات ال�ضوؤال‪:‬‬ ‫‪F = 4 × 10-6 N‬‬ ‫‪q = + 2 × 10-9 C‬‬ ‫‪F‬‬ ‫َ‪q‬‬ ‫‪F = qَ E‬‬ ‫‪4×10 -6 N‬‬ ‫مقدار المجال الكهربائي‬ ‫‪24‬‬ ‫‪2×10 -9 C‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪C‬‬ ‫=‪E‬‬ ‫=‪E‬‬ ‫‪E = 2×103‬‬ ‫أسئلة الفصل األول‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الذرة المتعادلة هي ذرة‪:‬‬ ‫‪ -a‬ال تحمل مكوناتها �أية �شحنة‪.‬‬ ‫‪ -b‬عدد �إلكتروناتها ي�ساوي عدد بروتوناتها‪.‬‬ ‫‪ -c‬عدد �إلكتروناتها �أكبر من عدد بروتوناتها‪.‬‬ ‫‪ -d‬عدد �إلكتروناتها ي�ساوي عدد نيوتروناتها‪.‬‬ ‫‪ -2‬ي�صير الج�سم م�شحون ًا ب�شحنة موجبة �إذا كانت بع�ض ذراته تمتلك‪:‬‬ ‫‪ -a‬عدد من الإلكترونات �أكبر من عدد البروتونات‪.‬‬ ‫‪ -b‬عدد من الإلكترونات �أقل من عدد البروتونات‪.‬‬ ‫‪ -c‬عدد من النيوترونات في النواة �أكبر من عدد الإلكترونات‪.‬‬ ‫‪ -d‬عدد من البروتونات في النواة �أكبر من عدد النيوترونات‪.‬‬ ‫‪ -3‬عند فقدان �شحنة مقدارها (‪ (1.6×10-9C‬من ج�سم مو�صل معزول متعادل ال�شحنة ف�إن عدد‬ ‫الإلكترونات التي فقدت من هذا الج�سم ي�ساوي‪:‬‬ ‫‪ 108 -a‬الكترون ًا‬ ‫‪ 1010 -b‬الكترون ًا‬ ‫‪ 109 -c‬الكترون ًا‬ ‫‪ 1012 -d‬الكترون ًا‬ ‫‪25‬‬ ‫‪� -4‬شحنتان نقطيتان موجبتان البعد بينهما (‪ )10cm‬ف�إذا �أ�ستبدلت �أحدى ال�شحنتين ب�أخرى �سالبة‬ ‫وبالمقدار نف�سه ف�أن مقدارالقوة بينهما‪:‬‬ ‫‪� -a‬صفر ًا‪.‬‬ ‫‪� -b‬أقل مما كان عليه‪.‬‬ ‫‪� -c‬أكبر مما كان عليه‪.‬‬ ‫‪ -d‬اليتغير‪.‬‬ ‫‪� -5‬شحنتان نقطيتان (‪� )q2 , q1‬إحداهما موجبة والأخرى �سالبة وعندما كان البعد بينهما (‪ )3cm‬كانت‬ ‫قوة التجاذب بينهما (‪ .)F1‬ف�إذا �أبعدت ال�شحنتين عن بع�ضهما حتى �صار البعد بينهما (‪ )6cm‬عندها القوة‬ ‫بينهما (‪ .)F2‬ت�ساوي‪:‬‬ ‫‪F1 -a‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫=‪F2‬‬ ‫‪F2 = 2 F1 -b‬‬ ‫‪F2 = 4 F1 -c‬‬ ‫‪F1 -d‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪4‬‬ ‫=‪F2‬‬ ‫‪ -6‬بعد �سيرك على �سجادة من ال�صوف والم�ست ج�سم ًا معدني ًا (مثل مقب�ض الباب)‪ ،‬فانك غالب ًا ما ت�صاب‬ ‫ب�صعقة كهربائية خفيفة‪ ،‬نتيجة للتفريغ الكهربائي بين �إ�صبع يدك والج�سم المعدني و�سبب ذلك �إن‬ ‫ال�شحنات الكهربائيه قد‪:‬‬ ‫‪a-a‬ولدها ج�سمك‪.‬‬ ‫‪b-b‬ولدتها ال�سجادة‪.‬‬ ‫‪c-c‬ولدها الج�سم المعدني‪.‬‬ ‫‪d-d‬تولدت نتيجة االحتكاك بين ج�سمك وال�سجادة‪.‬‬ ‫‪26‬‬ ‫‪ -7‬الج�سم (‪ )A‬م�شحون ب�شحنة(‪ )+2µC‬والج�سم (‪� )B‬شحنته (‪ )+6µC‬ف�أن القوة الكهربائية المتبادلة‬ ‫بين الج�سمين (‪ A‬و ‪ )B‬هي‪:‬‬ ‫‪3FAB = - FBAa-a‬‬ ‫‪FAB = + FBAb-b‬‬ ‫‪FAB = - FBAc-c‬‬ ‫‪FAB = - 3FBAd-d‬‬ ‫‪ -8‬عند تقريب ج�سم م�شحون ب�شحنة موجبة من قر�ص ك�شاف كهربائي ذي الورقتين م�شحون ب�شحنة‬ ‫موجبة �أي�ض ًا فان ذلك ي�ؤدي الى‪:‬‬ ‫‪ -a‬ازدياد مقدار انفراج ورقتي الك�شاف‪.‬‬ ‫‪ -b‬نق�صان مقدار انفراج ورقتي الك�شاف‪.‬‬ ‫‪� -c‬إنطباق ورقتي الك�شاف‪.‬‬ ‫‪ -d‬اليتاثر مقدار �إنفراج ورقتي الك�شاف‪.‬‬ ‫‪ -9‬عند تقريب ج�سم م�شحون ب�شحنة �سالبة من قر�ص ك�شاف كهربائي مت�صل بالأر�ض‪:‬‬ ‫‪a .a‬تنفرج ورقتا الك�شاف نتيجة ظهور �شحنة �سالبة عليهما‪.‬‬ ‫‪b .b‬تنفرج ورقتا الك�شاف نتيجة ظهور �شحنة موجبة عليهما‪.‬‬ ‫‪c .c‬تبقى ورقتا الك�شاف على انطباقهما على الرغم من ظهور �شحنة موجبة على قر�صه‪.‬‬ ‫‪d.d‬تبقى ورقتا الك�شاف على انطباقهما على الرغم من ظهور �شحنة �سالبة على قر�صه‪.‬‬ ‫‪27‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫علل ما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ 1-1‬تجهز �سيارات نقل الوقود ب�سال�سل معدنية في م�ؤخرتها تالم�س االر�ض‪.‬‬ ‫‪2-2‬تتعادل �شحنة الج�سم الم�شحون بال�شحنة الموجبة �أو ال�سالبة عند �إي�صاله باالر�ض‪.‬‬ ‫‪3-3‬يزداد انفراج ورقتي الك�شاف الكهربائي الم�شحون بال�شحنة ال�سالبة عند تقريب ج�سم م�شحون ب�شحنة‬ ‫�سالبة من قر�صه‪.‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫و�ضح كيفية �شحن ك�شاف كهربائي ب�شحنة موجبة ب�إ�ستعمال‪:‬‬ ‫‪� -a‬ساق من الزجاج م�شحونة ب�شحنة موجبة‪.‬‬ ‫‪� -b‬ساق من المطاط م�شحونة ب�شحنة �سالبة‪.‬‬ ‫�س‪4‬‬ ‫�س‪5‬‬ ‫عدد طرائق �شحن الأج�سام بالكهربائية ال�ساكنة‬ ‫�أ�ستعملت �ساق من الزجاج مدلوكة بالحرير (�شحنتها موجبة) وكرة معدنية معزولة‬ ‫متعادلة‪ .‬الحظ الإ�شكال الثالثة التالية (‪:)a –b-c‬‬ ‫‪ -1‬هل تنتقل �شحنات كهربائية في الحاالت الثالث (‪ )a-b-c‬؟ و�ضح طريقة �إنتقال ال�شحنات �إن‬ ‫ح�صلت‪.‬‬ ‫‪ -2‬حدد نوع ال�شحنات الكهربائية التي �ستظهر على الكرة المعدنية في كل حالة‪.‬‬ ‫‪ -3‬ماذا يح�صل لمقدار ال�شحنة الموجبة على �ساق الزجاج في كل من الحاالت الثالث؟‬ ‫‪28‬‬ ‫�أراد �أحد الطلبة �أن ي�شحن ك�شاف ًا كهربائي ًا متعاد ًال بطريقة الحث فقرب من قر�صه �ساق من‬ ‫الزجاج م�شحونة ب�شحنة موجبة ولم�س قر�ص الك�شاف ب�أ�صبع يده مع وجود ال�ساق قريبة‬ ‫�س‪6‬‬ ‫من قر�صه‪ .‬ثم �أبعد ال�ساق عن قر�ص الك�شاف و�أخير ًا رفع �إ�صبع يده عن قر�ص الك�شاف‪.‬‬ ‫بعد كل هذه الخطوات وجد الطالب انطباق ورقتي الك�شاف(�أي ح�صل على ك�شاف غير‬ ‫م�شحون)‪ .‬ما تف�سير ذلك؟‬ ‫�س‪7‬‬ ‫اكتب نوع ال�شحنة في اال�شكال التالية‪:‬‬ ‫‪29‬‬ ‫المسائل‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�شحنتان كهربائيتان نقطيتان متماثلتان قوة التنافر بينهما ت�ساوي )‪ (9×10-7N‬عندما‬ ‫كان البعد بينهما )‪� .(10cm‬إح�سب مقدار �شحنة كل منهما ؟‬ ‫ج‪1 × 10-9C :‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫�شحنتان كهربائيتان نقطيتان موجبتان متماثلتان مقدار كل منهما (‪ )3×10-9C‬والبعد‬ ‫بينهما (‪�.)5cm‬أح�سب مقدار قوة التنافر بينهما‪.‬‬ ‫ج‪3.24 × 10-5N :‬‬ ‫مقدار قوة التنافر بين ال�شحنتين‬ ‫�س‪3‬‬ ‫�شحنة كهربائية مقدارها ‪ +3µ C‬و�ضعت عند نقطة ‪ P‬في مجال كهربائي وكان مقدار‬ ‫المجال الكهربائي‬ ‫‪N‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪ ، 4 × 10‬اح�سب مقدار القوة الكهربائية الم�ؤثرة فيها‪.‬‬ ‫‪6‬‬ ‫ج‪12N :‬‬ ‫مقدار القوة الكهربائية‬ ‫* يرجى من المدر�س تو�ضيح طريقة �ضرب وق�سمة اال�س�س للطلبة قبل حل م�سائل الف�صل‪،‬‬ ‫�أنظر �صفحة ( ‪.)4‬‬ ‫‪30‬‬ ‫الفصل‬ ‫الثاني‬ ‫‪2‬‬ ‫المغناطيسية‬ ‫‪Magnetism‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-2‬مفهوم المغناطي�ضية‪.‬‬ ‫‪ 2-2‬المواد المغناطي�ضية‪.‬‬ ‫‪ 3-2‬المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫‪ 4-2‬تمغنط المواد‪.‬‬ ‫‪ a - 4-2‬طريقة التمغنط بالدلك‪.‬‬ ‫‪ b - 4-2‬طريقة التمغنط بالحث‪.‬‬ ‫‪31‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي ان يكون الطالب قادر ًا على �أن ‪:‬‬ ‫ يو�ضح الفرق بين الخوا�ص المغناطي�سية للمواد (الدايا المغناطي�سية ‪ ،‬البارامغناطي�سية ‪،‬‬ ‫الفيرومغناطي�سية)‪.‬‬ ‫ ي�صف �شكل خطوط المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫ ي�ستنتج �أن المجال المغناطي�سي يمكنه النفاذ خالل مواد مختلفة‪.‬‬ ‫ يقارن بين المغناطي�س المتولد من طريقة التمغنط بالدلك وطريقة التمغنط بالحث (الت�أثير)‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪32‬‬ ‫المغناطي�س‬ ‫‪Magnet‬‬ ‫المجال المغناطي�سي‬ ‫‪Magnetic field‬‬ ‫المواد المغناطي�سية‬ ‫‪Magnetic materials‬‬ ‫الحث المغناطي�سي‬ ‫‪Magnetic induction‬‬ ‫�ساق مغناطي�سية‬ ‫‪Magnetic bar‬‬ ‫الحجر المغناطي�سي‬ ‫‪Lode stone‬‬ ‫البو�صلة المغناطي�سية‬ ‫‪Magnetic Compass‬‬ ‫�إبرة البو�صلة‬ ‫‪Compass Needle‬‬ ‫‪1-2‬‬ ‫مفهوم المغناطيسية‬ ‫منذ ‪ 25‬قرن ًا اكت�شف اليونانيون معدنا يجذب اليه‬ ‫قطع الحديد اطلقوا عليه ا�سم المغنيت الذي يتركب من‬ ‫�أوك�سيد الحديد الأ�سود (‪ )Fe3O4‬و�أ�صبح معروف ًا بالحجر‬ ‫المغناطي�سي (‪ )Lode stone‬الحظ ال�شكل (‪.)1‬‬ ‫ال�شكل (‪ )1‬الحجر المغناطي�سي‬ ‫توجد انواع مختلفة من المغانط ال�صناعية منها ب�شكل‬ ‫�ساق مغناطي�سية ومنها مغناطي�س ب�شكل حرف ‪ .U‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)2‬‬ ‫ال�شكل (‪ )2‬المغانط ال�صناعية‬ ‫تلعب المغناطي�سية دور ًا مهم ًا في حياتنا اليومية‪ ،‬وفي‬ ‫ال�صناعة‪ ،‬والمغانط الكهربائية ال�ضخمة ت�ستعمل لرفع قطع‬ ‫الفوالذ �أو حديد الخردة (ال�سكراب) الحظ ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫كما ي�ستعمل في مولدات ال�صوت (ال�سماعة) ال�شكل‬ ‫(‪ .)4‬والمولدات والمحركات الكهربائية والتلفاز و�أجهزة‬ ‫الت�سجيل ال�صوتية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫‪33‬‬ ‫وي�ستعمل �أي�ض ًا في الحروف المطبعية للآلة‬ ‫الكاتبة ال�شكل (‪.)5‬‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫كذلك ي�ستعمل المغناطي�س في بو�صالت المالحة‬ ‫ال�شكل (‪� .)6‬إبرة البو�صلة هي مغناطي�س دائمي‬ ‫�صغير يمكنه الدوران بحرية في م�ستوى افقي حول‬ ‫محور �شاقولي مدبب‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫‪2-2‬‬ ‫المواد المغناطيسية‬ ‫ت�صنف المواد المختلفة وفق ًا لخوا�صها‬ ‫المغناطي�سية �إلى ثالثة انواع‪:‬‬ ‫خطوط المجال المغناطي�سي‬ ‫‪ -1‬الدايا مغناطي�سية‪:‬‬ ‫هي المواد التي تتنافر مع المغناطي�س القوي‬ ‫تنافر َا �ضعيف ًا (مثل البزموث ‪ ،‬الإنتيمون‪ ،‬النحا�س‪،‬‬ ‫ال�سيليكون ‪ ،‬الف�ضة ‪ ...‬وغيرها) ال�شكل (‪.)7-a‬‬ ‫ال�شكل (‪ )7-a‬مواد دايامغناطي�سية‬ ‫‪34‬‬ ‫خطوط المجال المغناطي�سي‬ ‫‪ -2‬البارا مغناطي�سية‪:‬‬ ‫هي المواد التي تنجذب بالمغناطي�س القوي تجاذب ًا‬ ‫�ضعيف ًا (مثل المنيوم ‪ ،‬كال�سيوم ‪� ،‬صوديوم ‪ ،‬تيتانيوم‪...‬‬ ‫وغيرها) ال�شكل (‪.)7-b‬‬ ‫ال�شكل (‪ )7-b‬مواد بارامغناطي�سية‬ ‫‪ -3‬الفيرومغناطي�سية‪:‬‬ ‫هي المواد التي تنجذب بالمغناطي�س الإعتيادي‪،‬‬ ‫فهي تمتلك قابلية تمغنط عالية‪( .‬مثل الحديد ‪ ،‬الفوالذ‪،‬‬ ‫النيكل ‪ ،‬الكوبلت‪ ...‬وغيرها) ال�شكل (‪.)7-c‬‬ ‫ال�شكل (‪ )7-c‬مواد فيرومغناطي�سية‬ ‫من ال�شكل (‪ )8‬نالحظ بع�ض ًا من المواد الم�صنوعة‬ ‫من الفيرومغناطي�سية تنجذب بقوة نحو المغناطي�س‬ ‫(مثل ما�سكات الأوراق والدبابي�س والإبر‪ ...‬وغيرها)‪.‬‬ ‫بينما قلم الر�صا�ص وقطع الطبا�شير والممحاة ال تت�أثر‬ ‫بالمغناطي�س‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪35‬‬ ‫الأقطاب المغناطي�سية‪:‬‬ ‫المغناطي�س يحتوي قطبين مغناطي�سيين‪� ،‬أحدهما‬ ‫ي�سمى بالقطب المغناطي�سي ال�شمالي (�أو القطب الباحث‬ ‫عن ال�شمال) والآخر ي�سمى بالقطب المغناطي�سي‬ ‫الجنوبي (القطب الباحث عن الجنوب)‪.‬‬ ‫وتعرف الأقطاب المغناطي�سية‪ :‬بانها مناطق في‬ ‫المغناطي�س يكون عندها مقدار القوة المغناطي�سية ب�أعظم‬ ‫مايمكن الحظ ال�شكل (‪.)9-a ، b ، c‬‬ ‫ال�شكل (‪ )9-c‬تجمع برادة الحديد بتركيز عالي عند القطبين‬ ‫المغناطي�سيين لمغناطي�س ب�شكل حرف ‪.U‬‬ ‫ال�شكل (‪ )9-a‬يو�ضح تجمع برادة الحديد بتركيز عالي عند‬ ‫القطبين المغناطي�سيين ل�ساق مغناطي�سية م�ستقيمة‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )9-b‬مغناطي�س ب�شكل �ساق م�ستقيمة‪.‬‬ ‫الأقطاب المغناطي�سية‪ ،‬التوجد ب�شكل منفرد‪ ،‬بل‬ ‫توجد ب�شكل �أزواج مت�ساوية بالمقدار ومختلفة في النوع‬ ‫(�أحدهما قطب �شمالي والآخر قطب جنوبي)‪.‬‬ ‫فاذا ق ُّطع المغناطي�س �إلى عدة قطع كبيرة �أو �صغيرة‬ ‫ومهما كان عددها‪ ،‬نجد �أن كل قطعة تمتلك قطبين‬ ‫مغناطي�سيين هما (قطب �شمالي وقطب جنوبي) ال�شكل‬ ‫(‪.)10‬‬ ‫ال�شكل (‪ )10‬على الرغم من تقطيع المغناطي�س �إلى عدة قطع‬ ‫فان كل قطعة هي مغناطي�س‪ ،‬تمتلك قطبين �أحدهما �شمالي‬ ‫والآخر جنوبي‪.‬‬ ‫‪36‬‬ ‫�لقو‪ ‬بين �الأقطاب �لمغناطي�صية‪:‬‬ ‫المغانط توؤثر في بع�ضها البع�ض بقوة ت�ضبه تلك القوى الموؤثرة بين ال�ضحنات الكهربائية‪ .‬فكما عرفت (من‬ ‫درا�ضتك للف�ضل الول)‪ ،‬اأَن ال�ضحنات الكهربائية المت�ضابهة تتنافر مع بع�ضها وال�ضحنات المختلفة تتجاذب مع‬ ‫بع�ضها‪ ،‬وكذلك فاإن القطاب المغناطي�ضية المت�ضابهة تتنافر مع بع�ضها وال قطاب المغناطي�ضية المختلفة تتجاذب مع‬ ‫بع�ضها‪ .‬ال�ضكل (‪ )11-a‬و (‪.)11-b‬‬ ‫(‪ )11-b‬ال قطاب المغناطي�ضية المختلفة تتجاذب مع بع�ضها‪.‬‬ ‫‪1‬‬ ‫(‪ )11-a‬القطاب المغناطي�ضية المت�ضابهة تتنافر عن بع�ضها‪.‬‬ ‫قو‪� ‬لتجاذب و�لتنافر بين �الأقطاب �لمغناطي�صية‬ ‫اأدو�ت �لن�صاط‪� :‬ضاقان مغناطي�ضيان ‪ ،‬خيط ‪ ،‬كالب ‪ ،‬حامل (من‬ ‫مادة لتتاأثر بالمغناطي�ض)‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ نعلق ال�ضاق المغناطي�ضية من مركز ثقلها (من منت�ضفها)‬‫بو�ضاطة الخيط والكالب والحامل ونتركها حرة في و�ضع‬ ‫اأفقي‪ .‬نالحظ اأن ال�ضاق المغناطي�ضية تتخذ و�ضع ًا اأفقي ًا بموازاة‬ ‫خط (ال�ضمال – الجنوب) الجغرافي تقريب ًا‪ .‬ال�ضكل (‪.)12‬‬ ‫ نم�ضك بيدنا �ضاق ًا مغناطي�ضية اأخرى ونجعل قطبها ال�ضمالي‬‫(‪ )N‬بارزا من اليد‪.‬‬ ‫ نقرب القطب ال�ضمالي لل�ضاق المغناطي�ضية المم�ضوكة باليد من‬‫القطب ال�ضمالي لل�ضاق المغناطي�ضية المعلقة ال�ضكل (‪.)13-a‬‬ ‫ماذا نالحظ ؟‬ ‫ال�ضكل (‪)12‬‬ ‫‪37‬‬ ‫•نجد �أن القطب ال�شمالي للمغناطي�س الطليق يبتعد عن القطب ال�شمالي للمغناطي�س المم�سوك باليد وهذا ناتج عن‬ ‫تنافرهما‪.‬‬ ‫ نعك�س قطبية ال�ساق المم�سوكة باليد (نجعل قطبها الجنوبي (‪ )S‬هو القطب البارز من اليد في هذه المرة) ثم‬ ‫نقربه من القطب الجنوبي لل�ساق المغناطي�سية المعلقة ال�شكل (‪ .)13-b‬ماذا نالحظ؟‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫•نجد �أن القطب الجنوبي للمغناطي�س الطليق يبتعد عن القطب الجنوبي للمغناطي�س المم�سوك باليد‪ ،‬وهذا ناتج‬ ‫كذلك عن قوة التنافر بينهما‪.‬‬ ‫‪-‬نكرر العملية ال�سابقة ونقرب القطب ال�شمالي لل�ساق المغناطي�سية المم�سوكة باليد من القطب الجنوبي لل�ساق‬ ‫المعلقة ال�شكل (‪ .)13-c‬ماذا نالحظ؟‬ ‫•نجد �أن القطبين ينجذبان من بع�ضهما في هذه الحالة ‪ ،‬وهذا ناتج عن تاثرهما بقوة تجاذب‪.‬‬ ‫ن�ستنتج من الن�شاط‪:‬‬ ‫االقطاب المغناطي�سية المت�شابهة تتنافر مع بع�ضها‪ ،‬بينما اال قطاب المغناطي�سية المختلفة تتجاذب مع بع�ضها‪.‬‬ ‫‪38‬‬ ‫‪3-2‬‬ ‫المجال المغناطيسي‬ ‫المجال المغناطي�سي في منطقة ما‪ ،‬هو الحيز‬ ‫الذي يحيط بالمغناطي�س والذي يظهر فيه ت�أثير‬ ‫القوى المغناطي�سية‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)14‬‬ ‫ال�شكل (‪)14‬‬ ‫تمثيل المجال المغناطي�سي‪:‬‬ ‫يمثل المجال المغناطي�سي بالر�سم بخطوط‬ ‫تمتاز بكونها‪:‬‬ ‫خطوط مقفلة غير مرئية تتجه من القطب‬ ‫ال�شمالي نحو القطب الجنوبي خارج المغناطي�س‬ ‫ومكملة دورتها داخله‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)15‬‬ ‫ال�شكل (‪)15‬‬ ‫تر�سم خطوط المجال المغناطي�سي حول‬ ‫مغناطي�س با�ستعمال البو�صلة المغناطي�سية �أو‬ ‫مجموعة بو�صالت مغناطي�سية �صغيرة وكذلك‬ ‫يمكن الك�شف عنها با�ستعمال برادة الحديد‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)16‬‬ ‫ال�شكل (‪ )16‬ر�سم خطوط المجال المغناطي�سي‬ ‫‪39‬‬ ‫‪‬‬ ‫�لك�صف عن خطوط �لمجال �لمغناطي�صي با�صتعمال بر�دة �لحديد‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫�ضاق مغناطي�ضية ‪ ،‬لوح من الزجاج ‪ ،‬برادة الحديد‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ ن�ضع لوح الزجاج على ال�ضاق المغناطي�ضية وبم�ضتوي افقي‪.‬‬‫ ننثر برادة الحديد على لوح الزجاج وننقر اللوح بلطف‪ .‬ماذا‬‫نالحظ ؟‬ ‫نالحظ اأن برادة الحديد قد ترتبت ب�ضكل خطوط وهذه الخطوط‬ ‫تمثل خطوط المجال المغناطي�ضي حول ال�ضاق المغناطي�ضية ال�ضكل‬ ‫(‪.)17‬‬ ‫ال�ضكل (‪ )17‬خطوط المجال المغناطي�ضي كما‬ ‫تبينه برادة الحديد حول �ضاق مغناطي�ضية‪.‬‬ ‫�صوؤ�ل‬ ‫هل المجال المغناطي�ضي يمكنه النفاذ خالل ج�ضم الإن�ضان اأو خالل بع�ض المواد الخرى ؟ الإجابة عن‬ ‫هذا ال�ضوؤال تتو�ضح في اإجراء الن�ضاطين الأتيين‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫�لمجال �لمغناطي�صي يمكنه �لنفاذ خالل ج�صم �الإن�صان‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪ :‬مجموعة من مثبتات الورق م�ضنوعة من‬ ‫الفولذ (مواد فيرومغناطي�ضية)‪ ،‬مغناطي�ض قوي‪.‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫ ن�ضع ال�ضاق المغناطي�ضية على كف يدنا‪.‬‬‫ ن�ضع راحة يدنا على مجموعة من مثبتات الورق‪.‬‬‫ نرفع كف يدنا اإلى الأعلى‪ .‬ماذا نالحظ ؟‬‫نجد اأن مجموعة كبيرة منها قد انجذبت اإلى راحة كف يدنا‬ ‫ال�ضكل (‪ .)18‬ما تف�ضير ذلك ؟‬ ‫الجواب هو‪ :‬اأن المجال المغناطي�ضي يمكنه النفاذ خالل ج�ضم‬ ‫الإن�ضان‪.‬‬ ‫‪40‬‬ ‫ال�ضكل (‪ )18‬المجال المغناطي�ضي يمكنه النفاذ من خالل‬ ‫ج�ضم الإن�ضان‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫�لمجال �لمغناطي�صي يمكنه �لنفاذ من خالل مو�د مختلفة‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫�ضاق مغناطي�ضية ‪ ،‬قطعة من ورق المقوى الكارتون‬ ‫اأو قطعة من الخ�ضب اأو الزجاج‪ ،‬مجموعة من م�ضامير‬ ‫الحديد ‪ ،‬ا�ضطوانة من الزجاج ‪ ،‬ماء‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪� ‬لجزء (‪:)a‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫نم�ضك ال�ضاق المغناطي�ضية بو�ضع �ضاقولي باليد‪،‬‬ ‫ن�ضع بع�ض م�ضامير الحديد بلطف على قطعة ورق‬ ‫المقوى‪.‬‬ ‫نم�ضك قطعة ورقة المقوى باليد الخرى ون�ضعها‬ ‫فوق القطب العلوي للمغناطي�ض‪.‬‬ ‫نحرك ال�ضاق المغناطي�ضية تحت الورقة بم�ضار‬ ‫دائري اأو بخط م�ضتقيم‪ .‬ماذا نالحظ ؟‬ ‫تجد اأن مجموعة الم�ضامير تنجذب نحو القطب‬ ‫المغناطي�ضي لل�ضاق وتتحرك متبعة الم�ضار نف�ضه‬ ‫لحركة القطب المغناطي�ضي‪ ،‬لحظ ال�ضكل (‪.)19-a‬‬ ‫ال�ضكل (‪)19-a‬‬ ‫�لجزء (‪: )b‬‬ ‫ ن�ضع مجموعة م�ضامير الحديد داخل الإ�ضطوانة‬‫الزجاجية‪ ،‬ثم ن�ضب كمية منا�ضبة من الماء في‬ ‫الإ�ضطوانة‪ .‬ال�ضكل (‪)19-b‬‬ ‫ نقرب اأحد قطبي ال�ضاق المغناطي�ضية من جدار‬‫الإ�ضطوانة‪ .‬ماذا نالحظ ؟ تجد ان الم�ضامير تنجذب‬ ‫نحو قطب المغناطي�ض القريب منها‪.‬‬ ‫ نحرك القطب المغناطي�ضي لل�ضاق حول الإ�ضطوانة‪.‬‬‫تجد اأن الم�ضامير تتحرك متبعة الم�ضار نف�ضه لحركة‬ ‫القطب المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)19-b‬‬ ‫ن�ضتنتج من هذا الن�ضاط ان المجال المغناطي�ضي يمكنه النفاذ خالل مواد مختلفة (مثل ورق المقوى ال�ضميك‬ ‫والزجاج والماء)‪.‬‬ ‫‪41‬‬ ‫‪4-2‬‬ ‫تمغنط المواد‬ ‫يمكن �أن نح�صل على المغانط الدائمية والمغانط الم�ؤقتة بطريقتين‪:‬‬ ‫‪ -a‬طريقة التمغنط بالدلك‪:‬‬ ‫يتم مغنطة قطعة فوالذ (مث ًال ابرة الخياطة) وذلك بدلكها‬ ‫ب�أحد قطبي مغناطي�س‪ ،‬ويجب تحريك القطب المغناطي�سي لل�ساق‬ ‫المغناطي�سية فوق �إبرة الفوالذ باتجاه واحد فقط وبحركة بطيئة‬ ‫وتكرر بمرات عدة‪.‬‬ ‫بعد الإنتهاء من العملية ت�صير �إبرة الفوالذ مغناطي�س ًا‪ ،‬و�أن‬ ‫القطب المغناطي�سي المتولد في نهاية جهة الدلك لإبرة الفوالذ يكون‬ ‫دائما بنوعية مخالفة للقطب المغناطي�سي الدالك ال�شكل (‪.)20‬‬ ‫ال�شكل (‪ )20‬التمغنط بالدلك‬ ‫‪ - b‬طريقة التمغنط بالحث‪:‬‬ ‫�أو ًال‪ :‬التمغنط بالتقريب‪:‬‬ ‫عند و�ضع مادة فيرومغناطي�سية غير ممغنطة (مثل م�سمار من‬ ‫الحديد) داخل مجال مغناطي�سي قوي (�أو بالقرب من مغناطي�س‬ ‫قوي من غير حدوث تما�س بين م�سمار الحديد والمغناطي�س) ال�شكل‬ ‫(‪.)21‬‬ ‫فان م�سمار الحديد غير الممغنط �سيكت�سب المغناطي�سية بالحث‬ ‫(�أي بالت�أثير) ويتولد على طرفي م�سمار الحديد قطبان مغناطي�سيان‬ ‫�أحدهما قطب �شمالي والآخر قطب جنوبي‪ ،‬علما بان طرف م�سمار‬ ‫الحديد القريب من المغناطي�س الم�ؤثر يكون قطب ًا مخالف ًا في النوع‬ ‫للقطب المغناطي�سي الم�ؤثر ‪ .‬وفي الطرف البعيد للم�سمار يتولد‬ ‫قطب ًا مغناطي�سي ًا م�شابه ًا له‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )21‬الحث المغناطي�سي‬ ‫ثانياً‪ :‬التمغنط بالتيار الكهربائي الم�ستمر‪:‬‬ ‫الطريقة المف�ضلة لمغنطة قطعة من مواد فيرومغناطي�سية مثل‬ ‫(الفوالذ) يتم ذلك بو�ضعها داخل ملف مجوف (الملف عبارة عن‬ ‫�سلك مو�صل معزول ملفوف ب�شكل لولبي) �أو لف ال�سلك المو�صل‬ ‫المعزول مبا�شرة حول م�سمار �أو برغي من الفوالذ ال�شكل (‪)22‬‬ ‫‪42‬‬ ‫ال�شكل (‪)22‬‬ ‫ويو�صل طرفا ال�سلك بقطبي بطارية (تكون فولطيتها منا�سبة)‪ .‬نح�صل على مغناطي�س ي�سمى بالمغناطي�س‬ ‫الكهربائي‪.‬‬ ‫ومقدار قوة المغناطي�س الكهربائي يعتمد على‪:‬‬ ‫‪ 1-1‬مقدار التيار الم�ستمر المن�ساب في الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 2-2‬عدد لفات ال�سلك حول قطعة الفوالذ (عدد لفات الملف)‪.‬‬ ‫‪ 3-3‬نوع المادة المراد مغنطتها‪.‬‬ ‫يفقد المغناطي�س مغناطي�سيته بطرائق عدة منها الحظ ال�شكل (‪:)23‬‬ ‫‪ a-a‬الطرق القوي‪.‬‬ ‫‪ b-b‬الت�سخين ال�شديد‪.‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫الحافظــة المغناطي�سيـة هـي مادة‬ ‫فيرومغناطي�سية ت�ستعمــل لحمايـة االجهـزة‬ ‫من الت�أثيرات المغناطي�سيـة الخارجيـة‬ ‫(كال�ساعـات) ولحفظ المغانـط الدائمـة مـن‬ ‫زوال مغناطي�سيتها بمرور الوقت‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)23‬‬ ‫‪43‬‬ ‫أسئلة الفصل الثاني‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬ت�ستعمل البو�صلة المغناطي�سية لر�سم خطوط المجال المغناطي�سي حول مغناطي�س معين‪ ،‬وذلك لأن‬ ‫�إبرة البو�صلة هي‪:‬‬ ‫‪ -a‬مغناطي�س دائمي �صغير يمكنه الدوران بحرية في م�ستوى �أفقي حول محور �شاقولي مدبب‪.‬‬ ‫‪ -b‬مغناطي�س كهربائي يفقد مغناطي�سيته بعد فترة زمنية من �أنقطاع التيار الكهربائي عنه‪.‬‬ ‫‪ -c‬م�صنوعة من النحا�س‪.‬‬ ‫‪ -d‬مغناطي�س دائمي �صغير وب�شكل حرف ‪.U‬‬ ‫‪ -2‬المغانط الدائمية ت�صنع من مادة‪:‬‬ ‫‪ a .a‬النحا�س‪.‬‬ ‫‪ b .b‬الألمنيوم‪.‬‬ ‫‪c .c‬الحديد المطاوع‪.‬‬ ‫‪d.d‬الفوالذ‪.‬‬ ‫‪ -3‬و�ضعت بو�صلة مغناطي�سية �صغيرة بين قطبي مغناطي�س دائمي ب�شكل حرف ‪ U‬كما في‬ ‫ال�شكل ادناه اي من االتجاهات التالية هو‪ :‬االتجاه ال�صحيح الذي ت�صطف به �إبرة البو�صلة داخل المجال‬ ‫المغناطي�سي‪.‬‬ ‫‪44‬‬ ‫‪ -4‬ت�صنف المواد المختلفة وفق ًا لخوا�صها المغناطي�سية الى‪:‬‬ ‫‪ -a‬الدايا مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪ -b‬البارا مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪ -c‬الفيرو مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪ -d‬الدايا مغناطي�سية والبارا مغناطي�سية والفيرو مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪ -5‬يمثل المجال المغناطي�سي بالر�سم بخطوط تمتاز بانها‪:‬‬ ‫‪ -a‬غير مقفلة‪.‬‬ ‫‪ -b‬تتجه من القطب ال�شمالي نحو القطب الجنوبي خارج المغناطي�س‪.‬‬ ‫‪ -c‬تتقاطع فيما بينها‪.‬‬ ‫‪ -d‬مرئية‪.‬‬ ‫‪ - 6‬عند تقطيع �ساق مغناطي�سية �إلى قطع �صغيرة‪.‬‬ ‫‪ -a‬نح�صل على قطع �صغيرة غير ممغنطة‪.‬‬ ‫‪ -b‬تمتلك كل قطعة منها قطب مغناطي�سي واحد �أما قطب �شمالي �أو قطب جنوبي‪.‬‬ ‫‪ -c‬تمتلك كل قطعة منها �أربعة �أقطاب مغناطي�سية قطبان �شماليان وقطبان جنوبيان‪.‬‬ ‫‪ -d‬تمتلك كل قطعة منها قطبين مغناطي�سيين �أحدهما �شمالي والآخر جنوبي‪.‬‬ ‫‪45‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫�س‪4‬‬ ‫�س‪5‬‬ ‫‪46‬‬ ‫علل‪/‬في كثير من الأحيان تكون المغانط مالئمة لال�ستعمال في �أبواب خزانات المالب�س‬ ‫والثالجة الكهربائية؟‬ ‫لو �أعطي لك ثالث �سيقان معدنية مت�شابهة تمام ًا �أحداهما �ألمنيوم والآخرى حديد والثالثة‬ ‫مغناطي�س دائمي‪ ،‬و�ضح كيف يمكنك �أن تميز الواحدة منها عن الآخريات‪.‬‬ ‫�أر�سم مخطط ًا يو�ضح �شكل خطوط المجال المغناطي�سي للحاالت الآتية‪:‬‬ ‫�أ�شرح ن�شاط ًا يمكنك فيه م�شاهدة خطوط المجال المغناطي�سي ب�إ�ستعمال برادة الحديد‬ ‫ل�ساق مغناطي�سية م�ستقيمة‪.‬‬ ‫الفصل‬ ‫الثالث‬ ‫‪3‬‬ ‫التيار الكهربائي‬ ‫‪Electric current‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-3‬حركة ال�ضحنات الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 2-3‬التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 3-3‬الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 4-3‬قيا�ض التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 5-3‬فرق الجهد الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 6-3‬قيا�ض فرق الجهد الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 7-3‬المقاومة الكهربائية ووحدة قيا�ضها‪.‬‬ ‫‪ 8-3‬قانون اأوم‪.‬‬ ‫‪ 9-3‬طرائق ربط المقاومات الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 10-3‬الدائرة الق�ضيرة‪.‬‬ ‫‪ 11-3‬ربط الخاليا الكهربائية‪.‬‬ ‫‪47‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على ان ‪:‬‬ ‫ يميز بين التيار االلكتروني والتيار اال�صطالحي‪.‬‬ ‫ يو�ضح الفرق بني طريقة ربط االميرت والفولطميرت يف دائرة كهربائية فيها حمل‪.‬‬ ‫ ي�رشح ما املق�صود باملقاومة الكهربائية‪.‬‬ ‫ يعرب عن قانون �أوم ب�صيغة رمزية ريا�ضية‪.‬‬ ‫ يعدد العوامل التي تتوقف عليها مقدار مقاومة مو�صل‪.‬‬ ‫ ي�ستنتج الطريقة المف�ضلة لربط االجهزة الكهربائية في المنزل‪.‬‬ ‫ ي�صمم دائرة كهربائية فيها �أكرث من خلية كهربائية مربوطة بحيث جتهز الدائرة بتيار اكرب‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫�شحنة كهربائية‬ ‫‪48‬‬ ‫‪Electric charge‬‬ ‫التيار الكهربائي‬ ‫‪Electric current‬‬ ‫التيار اال�صطالحي‬ ‫‪Conventional current‬‬ ‫�أمبري‬ ‫‪Ampere‬‬ ‫التيار االلكرتوين‬ ‫‪Electronic current‬‬ ‫فرق اجلهد‬ ‫‪Potential difference‬‬ ‫مقاومة‬ ‫‪Resistance‬‬ ‫المقاومات على التوازي‬ ‫‪Resistances in parallel‬‬ ‫المقاومات على التوالي‬ ‫‪Resistances in series‬‬ ‫قانون اوم‬ ‫الطاقة الكهربائية‬ ‫‪Ohm,s law‬‬ ‫‪Electric energy‬‬ ‫الدوائر الكهربائية‬ ‫‪Electric circuits‬‬ ‫م�صباح كهربائي‬ ‫‪Electric lamp‬‬ ‫فولط‬ ‫‪Volt‬‬ ‫المو�صالت‬ ‫‪Conductors‬‬ ‫العوازل‬ ‫‪Insulators‬‬ ‫‪1-3‬‬ ‫حركة الشحنات الكهربائية‬ ‫�إقت�صرت درا�ستنا للظواهر الكهربائية في الف�صل االول من‬ ‫هذا الكتاب على مفهوم ال�شحنات الكهربائية ال�ساكنة‪ .‬و�سنتطرق‬ ‫في هذا الف�صل لمفهوم ال�شحنات الكهربائية المتحركة خالل‬ ‫المو�صالت لدرا�سة التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫فال�شحنات الكهربائية ال�ساكنة التنجز �شغ ًال‪ ،‬ولكنها تنجز‬ ‫�شغال اذا تحركت خالل �أ�سالك التو�صيل التي تربط �أي جهاز‬ ‫كهربائي بم�صدر للطاقة الكهربائية المنا�سبة له‪ ،‬فتعمل على‬ ‫ت�شغيل ذلك الجهاز‪ ،‬فالتيار الكهربائي يعبر عنه كو�سيلة لنقل‬ ‫الطاقة الكهربائية من م�صادر توليدها (المولدات الكهربائية‪،‬‬ ‫البطاريات ‪ ،‬الخاليا ال�شم�سية) �إلى الأجهزة الكهربائية التي‬ ‫ت�ستثمر هذه الطاقة‪� ،‬إذ يتوهج الم�صباح الكهربائي عند �إن�سياب‬ ‫التيار الكهربائي فيه‪ .‬وي�شتغل جهاز الغ�سالة الكهربائية والفرن‬ ‫الكهربائي ومحم�صة ال�صمون والغالية وغيرها من االجهزة‬ ‫الكهربائية عندما ين�ساب فيها التيار الكهربائي المنا�سب لها‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)1‬‬ ‫‪2-3‬‬ ‫ال�شكل (‪� )1‬أجهزة كهربائية‬ ‫التيار الكهربائي‬ ‫من المعروف ان الكترونات المدارات الخارجيــة (الكترونات‬ ‫التكاف�ؤ) في المواد المو�صلة (‪ )conductors‬تكون �ضعيفة‬ ‫االرتباط بنواتها‪ ،‬ف�إذا تعر�ضت هذه االلكترونات الى مجال‬ ‫كهربائي خارجي ف�أنها �ستتحرك بين ذرات المو�صل ب�إتجاه‬ ‫معاك�س لإتجاه المجال الكهربائي الم�ؤثر (‪ )E‬الن االلكترونات‬ ‫�سالبة ال�شحنة‪.‬‬ ‫اما العوازل (‪ )Insulators‬فتكون قوى ارتباط الكتروناتها‬ ‫بنوى ذراتها كبيرة جد ًا فال تتحرك الكتروناتها بت�أثير مجال‬ ‫كهربائي خارجي‪ .‬لذا ف�إن المادة العازلة ال ت�سمح ب�إن�سياب‬ ‫التيار الكهربائي خاللها (كالخ�شب الجاف ‪ ،‬البال�ستيك‪ ،‬الزجاج‬ ‫‪ ،‬المطاط‪ ...‬وغيرها)‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)2‬‬ ‫ال�شكل (‪)2‬‬ ‫قطعة من اخلشب التسمح بانسياب التيار‬ ‫‪49‬‬ ‫وعند ربط طرفي الحمل (مثل م�صباح كهربائي) بو�ساطة‬ ‫�أ�سالك تو�صيل بين قطبي بطارية كهربائية ف�إن �إتجاه حركة‬ ‫االلكترونات يكون من القطب ال�سالب للبطارية الى القطب‬ ‫الموجب (خالل ا�سالك التو�صيل) وي�سمى هذا التيار بالتيار‬ ‫االلكتروني‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫لذا ف�إن �إتجاه التيار االلكتروني يكون معاك�سا لإتجاه‬ ‫المجال الكهربائي الم�ؤثر‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪.)4‬‬ ‫لقد �أطلق على التيار الكهربائي عبارة التيار الأ�صطالحي‪،‬‬ ‫الذي يكون اتجاهه مع اتجاه المجال الكهربائي الم�ؤثر (اي‬ ‫يكون اتجاهه من القطب الموجب للبطارية الى قطبها ال�سالب‬ ‫خالل �أ�سالك التو�صيل)‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫إتجاه التيار الكهربائي االصطالحي‬ ‫ومن الجدير بالذكر ان التيار اال�صطالحي يعتمد في جميع‬ ‫الدوائر الكهربائية في درا�ستنا لتحديد اتجاه التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)5‬‬ ‫القطب الموجب‬ ‫القطب السالب‬ ‫البطارية‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫وقد يكون التيار الكهربائي ناتج ًا عن حركة الأيونات‬ ‫الموجبة والأيونات ال�سالبة داخل المحاليل االلكتروليتية‪.‬‬ ‫اال �أن التيار الكهربائي خالل �أ�سالك التو�صيل ناتج عن‬ ‫حركة الألكترونات فقط‪ .‬الحظ �شكل (‪.)6‬‬ ‫‪50‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫وكذلك في عملية ت�أين الغازات (مثل ت�أين غاز النيون داخل‬ ‫م�صباح الفلور�سنت وتحت ال�ضغط الواطئ) ين�ساب التيار‬ ‫الكهربائي بو�ساطة حركة االيونات الموجبة وااللكترونات في غاز‬ ‫النيون المت�أين الموجود داخل هذه الأنابيب‪ ،‬الحظ �شكل (‪.)7‬‬ ‫لو ت�صورنا مقطع ًا عر�ضي ًا لمو�صل م�ساحته (‪ )A‬تعبر منه‬ ‫ال�شحنات الكهربائية فان‪:‬‬ ‫مقدار ال�شحنات الكهربائية الكلية التي تعبر هذا المقطع في‬ ‫وحدة الزمن هي مقدار التيار الكهربائي‪.‬الحظ ال�شكل (‪.)8‬‬ ‫التيار الكهربائي‬ ‫=‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫‪A‬‬ ‫كمية ال�شحنة‬ ‫الزمن‬ ‫‪A‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪ ) coulomb‬ويرمز له ـ ــا (‬ ‫ويقا�س التيار الكهربائي بوح ــدات (‬ ‫‪second‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪s‬‬ ‫) ويطلق عليها �أمبير (‪.Ampere)A‬‬ ‫االمبير الواحد‬ ‫يمثل تدفق كولوم واحد من ال�شحنات الكهربائية في مقطع مو�صل خالل ثانية واحدة‪.‬‬ ‫فعندما يقال ان تيار كهربائي مقداره (‪ )2A‬ين�ساب في �سلك مو�صل‪ ،‬فهذا يعني �أن �شحنة كهربائية مقدارها‬ ‫(‪ )2C‬تعبر مقطع ًا من هذا ال�سلك في الثانية الواحدة (‪.)s‬‬ ‫التيار (باالمبير) =‬ ‫)‪Charge (C‬‬ ‫)‪Time (s‬‬ ‫ال�شحنة (بالكولوم)‬ ‫الزمن (بالثانية)‬ ‫= )‪Current (A‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪t‬‬ ‫التيارات �صغيرة المقدار تقا�س ب�أجزاء الأمبير ‪:‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪ 1 mA = 10 -3 A‬ملي �أمبير‬ ‫‪ 1μA = 10-6 A‬مايكرو �أمبير‬ ‫‪51‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫)‪(1‬‬ ‫يمر خالل مقطع ًا عر�ضي ًا من مو�ضل �ضحنات كهربائية مقدارها (‪ )1.2C‬في كل دقيقة‪ ،‬اإح�ضب‬ ‫مقدار التيار المن�ضاب خالل هذا المو�ضل‪.‬‬ ‫الشحنة‬ ‫الزمن‬ ‫التيار =‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪q‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪t‬‬ ‫‪I.2 C‬‬ ‫‪60 s‬‬ ‫التيار المن�ضاب خالل المو�ضل‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫)‪(2‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪I = 0.02 A‬‬ ‫اإذا كان مقدار التيار المن�ضاب في مو�ضل ي�ضاوي (‪ )0.4A‬اإح�ضب كمية ال�ضحنة‬ ‫التي تعبر مقطع ًا من المو�ضل خالل ‪:‬‬ ‫‪2s - a‬‬ ‫‪.4 minutes - b‬‬ ‫الحل ‪:‬‬ ‫التيار =‬ ‫الشحنة‬ ‫الزمن‬ ‫‪q‬‬ ‫‪t‬‬ ‫= ‪I‬‬ ‫‪a( q = I × t‬‬ ‫كمية ال�ضحنة‬ ‫‪q = 0.4 A× 2 s = 0.8 C‬‬ ‫‪b( q = I × t‬‬ ‫‪q = 0.4 A × )4 × 60( s‬‬ ‫كمية ال�ضحنة‬ ‫‪52‬‬ ‫‪q = 96 C‬‬ ‫اإذا كان التيار الكهربائي المن�ضاب خالل مو�ضل ما ثابت ًا في اإلتجاه مع مرور الزمن ي�ضمى بالتيار الم�ضتمر‬ ‫(‪ )Direct current‬ويرمز له (‪.)DC‬‬ ‫وم�ضادر التيار الم�ضتمر هي مولدات التيار الم�ضتمر والأعمدة الكيميائية (البطاريات)‪.‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫التيار‬ ‫•ان التيار الخارج من البطارية الكهربائية هو‬ ‫تيار م�ضتمر وهو ثابت المقدار والتجاه (يعد‬ ‫مثالي ًا)‪.‬‬ ‫مقدار التيار‬ ‫الزمن‬ ‫التيار المستمر الخارج من بطارية‬ ‫التيار‬ ‫•ان التيار الخارج من المولد الكهربائي الب�ضيط‬ ‫هو تيار م�ضتمر وهو ثابت التجاه ومتغير المقدار‬ ‫(يعد غير مثالي ًا)‪.‬‬ ‫الزمن‬ ‫التيار‬ ‫•اإذا كان التيار متغير المقدار والتجاه مع مرور‬ ‫الزمن يدعى بالتيار المتناوب (‪.)AC‬‬ ‫الزمن‬ ‫‪53‬‬ ‫‪3-3‬‬ ‫الدائرة الكهربائية ‪Electric circuit‬‬ ‫الم�سار المغلق الذي تتحرك خالله االلكترونات‬ ‫يدعى بالدائرة الكهربائية‪ .‬والدائرة الكهربائية‬ ‫الب�سيطة تت�ألف من م�صباح كهربائي (الحمل)‪،‬‬ ‫ا�سالك تو�صيل ‪ ،‬مفتاح ‪ ،‬بطارية فولطيتها منا�سبة‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)9‬‬ ‫ال�شكل (‪)9‬‬ ‫في الحالة التي يكون فيها مفتاح الدائرة‬ ‫مفتوحا ال نالحظ توهج الم�صباح‪ ،‬وهذا يعني وجود‬ ‫قطع في الدائرة‪ ،‬فتدعى مثل هذه الدائرة بالدائرة‬ ‫الكهربائية المفتوحة‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)10‬‬ ‫ال�شكل (‪)10‬‬ ‫وعند �إغالق مفتاح هذه الدائرة‪ ،‬فان االلكترونات‬ ‫�ستتحرك وتن�ساب خالل �أ�سالك التو�صيل وخويط‬ ‫الم�صباح‪ ،‬فيتوهج الم�صباح‪ ،‬وتدعى مثل هذه‬ ‫الدائرة بالدائرة الكهربائية المغلقة‪ .‬الحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)11‬‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫‪54‬‬ ‫‪4-3‬‬ ‫قياس التيار الكهربائي‬ ‫جهاز الأميتر‪:‬‬ ‫ي�ستعمل جهاز الأميتر لقيا�س مقدار التيار الكهربائي‬ ‫المن�ساب في الدائرة الكهربائية (�أو �أي جزء منها)‪ .‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪ .)12‬ولقيا�س التيارات �صغيرة المقدار (مقدرة بالملي‬ ‫امبير ‪ )mA‬ي�ستعمل جهاز الملي �أميتر‪.‬‬ ‫عند �إ�ستعمال جهاز الأميتر لقيا�س التيار الكهربائي في‬ ‫الدائرة الكهربائية‪ ،‬من ال�ضروري مراعاة ما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪1-1‬يربط الأميتر على التوالي (مت�سل�سل) مع الحمل او الجهاز‬ ‫المطلوب لمعرفة التيار المن�ساب فيه (لكي تن�ساب خالله‬ ‫جميع ال�شحنات الكهربائية في الجزء المو�ضوع فيه‬ ‫الأميتر)‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫‪2-2‬تكون مقاومة الأميتر �صغيرة جدا ن�سبة لمقاومة الدائرة‬ ‫�أون�سبة لمقاومة الجهاز المطلوب معرفة التيار المن�ساب‬ ‫فيه‪.‬‬ ‫‪3-3‬يربط الطرف الموجب لجهاز الأميتر (وهو عادة يكون بلون‬ ‫�أحمر �أو م�ؤ�شر عليه عالمة ‪ )+‬مع القطب الموجب للن�ضيدة‬ ‫(�أو نقطة جهدها �أعلى)‪ ،‬بينما يربط طرفه ال�سالب (وهو‬ ‫عادة يكون بلون �أ�سود �أو م�ؤ�شر عليه عالمة ‪ )-‬من جهة‬ ‫القطب ال�سالب للن�ضيدة (�أو نقطة جهدها �أوط�أ)‪.‬‬ ‫يتطلب الإنتباه عند �إجراء �أي ن�شاط (تجربة عملية) في‬ ‫الدوائر الكهربائية‪� ،‬أن نجعل مفتاح الدائرة مفتوح ًا قبل‬ ‫البدء في القيا�س‪ .‬وبعد الت�أكد من �صحة طريقة ربط الأجهزة‬ ‫الم�ستعملة ونت�أكد كذلك من �صحة ربط الأطراف الموجبة‬ ‫والأطراف ال�سالبة لكل من الأميتر والفولطميتر في الدائرة‬ ‫وعندئذ‪ ،‬نغلق مفتاح الدائرة‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)12‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫‪55‬‬ ‫‪‬‬ ‫قيا�س �لتيار �لكهربائي باإ�صتعمال جهاز �الأميتر‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫جهاز اأميتر ‪ ،‬اأ�ضالك تو�ضيل ‪ ،‬م�ضباح كهربائي ‪ ،‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪ ،‬مقاومة متغيرة (ريو�ضتات)‪ ،‬مفتاح‬ ‫كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ نربط كل من جهاز الأميتر والم�ضباح الكهربائي والمفتاح والبطاري ــة والمقاوم ـ ــة المــتغيرة (الريو�ضتات) عند‬‫اعلى قيمة لها بو�ضاطة اأ�ضالك التو�ضيل مع بع�ضها على التوالي‪ ،‬مع الإنتباه لنوعية الإقطاب لكل من البطارية‬ ‫والأميتر‪ .‬كما في ال�ضكل (‪.)14‬‬ ‫ نغلق مفتاح الدائرة نالحظ توهج الم�ضباح وانحراف موؤ�ضر جهاز الأميتر م�ضير ًا اإلى اإن�ضياب تيار كهربائي في‬‫الدائرة‪ .‬ما الذي تمثله قراءة الأميتر هذه ؟ �ضجل هذه القراءة‪ ،‬ماهي وحدات هذه القراءة ؟‬ ‫ نغير مقدار مقاومة الريو�ضتات فيتغير تيار الدائرة‪ ،‬فنح�ضل على قراءة جديدة لالأميتر ونالحظ توهج الم�ضباح‪،‬‬‫ثم نكرر العملية وفي كل مرة نح�ضل على مقدا ٍر جديد للتيار المن�ضاب في الدائرة‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)14‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط اأن‪ :‬قراءة الأميتر تتغير بتغير مقدار التيار المن�ضاب في الدائرة الكهربائية فهي ت�ضير دائم ًا الى‬ ‫مقدار التيار المن�ضاب في الدائرة‪.‬‬ ‫‪56‬‬ ‫‪5-3‬‬ ‫فرق الجهد الكهربائي‬ ‫مقدار فرق الجهد بين نقطتين داخل المجال الكهربائي يحدد مقدار التيار الكهربائي المن�ساب بينهما‪ ،‬فيكون �إتجاه‬ ‫�إن�سياب التيار الكهربائي من النقطة ذات الجهد الكهربائي الأعلى الى النقطة ذات الجهد الكهربائي الأوط�أ‪ ،‬وعند‬ ‫ت�ساوي مقدار جهدي النقطتين يتوقف �سريان التيار الكهربائي‪ .‬وتكون وحدة قيا�س فرق الجهد الكهربائي بين‬ ‫النقطتين هي الفولط (‪ )volt‬ويقا�س عملي ًا ب�إ�ستعمال جهاز الفولطميتر‪ .‬ال�شكل (‪.)15‬‬ ‫ال�شكل (‪)15‬‬ ‫‪6-3‬‬ ‫قياس فرق الجهد الكهربائي‬ ‫جهاز الفولطميتر‪:‬‬ ‫ي�ستعمل الفولطميتر (‪ )Voltmeter‬الحظ ال�شكل (‪ )16‬لقيا�س‬ ‫مقدار فرق الجهد الكهربائي بين �أي نقطتين في الدائرة الكهربائية‬ ‫وي�ستعمل كذلك لقيا�س مقدار فرق الجهد الكهربائي بين قطبي‬ ‫البطارية‪ .‬ولقيا�س الفولطيات �صغيرة المقدار ت�ستعمل وحدة القيا�س‬ ‫ملي فولط (‪ )mV‬والجهاز الم�ستعمل لقيا�سها هو جهاز الملي‬ ‫فولطميتر‪.‬‬ ‫عند �إ�ستعمال جهاز الفولطميتر في قيا�س فرق الجهد الكهربائي‬ ‫من ال�ضروري معرفة ما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يربط جهاز الفولطميتر على التوازي بين طرفي الحمل المطلوب‬ ‫ال�شكل (‪)16‬‬ ‫‪57‬‬ ‫معرفة فرق الجهد الكهربائي بين طرفيه (اي بين‬ ‫النقطتين المراد قيا�ض فرق الجهد الكهربائي بينهما في‬ ‫الدائرة الكهربائية)‪ .‬ال�ضكل (‪.)17-a‬‬ ‫‪ .2‬تكون مقاومة الفولطميتر كبيرة جدا ن�ضبة لمقاومة الدائرة‬ ‫اأو ن�ضبة لمقاومة الجهاز المطلوب قيا�ض فرق الجهد‬ ‫الكهربائي بين طرفيه‪.‬‬ ‫‪ .3‬يربط الطرف الموجب لجهاز الفولطميتر (وهو عادة يكون‬ ‫بلون اأحمر) مع القطب الموجب للن�ضيدة (نقطة جهدها‬ ‫اأعلى)‪ ،‬بينما يربط طرفه ال�ضالب (وهو عادة يكون بلون‬ ‫اأ�ضود) مع القطب ال�ضالب للن�ضيدة (نقطة جهدها اأوطاأ)‪.‬‬ ‫ليكن معلوم ًا بان فرق الجهد بين طرفي العمود في الحالة‬ ‫التي تكون فيها الدائرة الكهربائية مفتوحة (التيار = �ضفر)‬ ‫ي�ضمى بـ ( ‪ )emf‬كما في ال�ضكل (‪.)17-b‬‬ ‫ولجل قيا�ضها ي�ضتعمل جهاز الفولطميتر حيث يربط‬ ‫مبا�ضر ًا بين قطبي العمود‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫ال�ضكل (‪)17-a‬‬ ‫ال�ضكل (‪)17-b‬‬ ‫قيا�س فر‪� ‬لجهد �لكهربائي بين نقطتين في �لد�ئرة �لكهربائية با�صتعمال جهاز �لفولطميتر‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫جهاز فولطميتر ‪ ،‬اأ�ضالك تو�ضيل ‪ ،‬م�ضباح كهربائي ‪،‬‬ ‫بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ نربط بو�ضاطة اأ�ضالك التو�ضيل الم�ضباح الكهربائي‬‫والمفتاح بين قطبي البطارية‪ ،‬ثم نربط جهاز الفولطميتر‬ ‫على التوازي مع الم�ضباح‪ ،‬لحظ ال�ضكل (‪.)18‬‬ ‫ لحظ اإنحراف موؤ�ضر جهاز الفولطميتر م�ضير ًا اإلى‬‫وجود فرق جهد كهربائي بين طرفي الم�ضباح‪ .‬ما الذي‬ ‫تمثله قراءة الفولطميتر هذه ؟ �ضجل هذه القراءة‪.‬‬ ‫‪58‬‬ ‫ال�ضكل (‪)18‬‬ ‫‪7-3‬‬ ‫المقاومة الكهربائية ووحدة قياسها‬ ‫ُيعد فرق الجهد الكهربائي �ضروري ًا لتوليد تيار كهربائي‬ ‫في المو�صالت و�أن حركة االلكترونات هذه تواجه �إعاقة في‬ ‫�أثناء �إنتقالها داخل المو�صالت‪ ،‬وهذه الإعاقة ناجمة عن ت�صادم‬ ‫االلكترونات مع بع�ضها ومع ذرات المو�صل‪ ،‬مما ي�سبب �إرتفاع‬ ‫درجة حرارة المو�صل‪ ،‬وهذا يعني �أن المو�صل‪ ،‬ول َّد �إعاقة للتيار‬ ‫الكهربائي �أي �أن للمو�صل مقاومة كهربائية‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)19‬‬ ‫فالمقاومة الكهربائية‪ :‬هي االعاقة التي يبديها المقاوم للتيار‬ ‫الكهربائي المار خالله‪ .‬ووحدة قيا�سها هي الأوم (ن�سبة للعالم‬ ‫جورج �سيمون اوم)‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)19‬‬ ‫�أنواع المقاومات‪:‬‬ ‫‪ -a‬مقاومة ثابتة المقدار‪:‬‬ ‫يمكن معرفة مقدارها من مالحظة الوان الحلقات على �سطحها‬ ‫وذلك باالعتماد على جدول خا�ص بها‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)20‬‬ ‫ال�شكل (‪)20‬‬ ‫‪ -b‬مقاومة متغيرة المقدار الحظ ال�شكل (‪)21‬‬ ‫الريو�ستات (مقاومة متغيرة المقدار)‬ ‫ال�شكل (‪)21‬‬ ‫‪59‬‬ ‫قانوﻥ ﺃوم‬ ‫‪8-3‬‬ ‫لقد وجد العالم اأوم اإن حا�ضل ق�ضمة فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاوم على مقدار التيار المن�ضاب فيه‬ ‫ي�ضاوي مقدار ًا ثابت ًا �ضمن حدود معينة‪ ،‬وقد �ض ّمي هذا الثابت بالمقاومة الكهربائية‪ .‬وتقا�ض بالأوم ويرمز له (‪.)Ω‬‬ ‫لقد �ضاغ العالم اأوم العالقة بين فرق الجهد الكهربائي والتيار المن�ضاب خالل المقاوم بالعالقة التية‪:‬‬ ‫فرق الجهد‬ ‫المقاومة = التيار‬ ‫‪Potential difference‬‬ ‫‪Current‬‬ ‫(‪V )volt‬‬ ‫(‪I )Ampere‬‬ ‫= ‪Resistance‬‬ ‫= ( ‪R )Ω‬‬ ‫الوم ‪ :‬مقاومة مو�ضل فرق الجهد بين طرفيه فولط ًا واحد ًا ومقدار التيار المار خالله اأمبير ًا واحد ًا‬ ‫‪‬‬ ‫قيا�س مقاومة كهربائية �صغيرة �لمقد�ر با�صتعمال �الأميتر و�لفولطميتر‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪ :‬اأ�ضالك تو�ضيل ‪ ،‬جهاز اميتر (‪ ، )A‬جهاز فولطميتر (‪ ، )V‬بطارية ‪ ،‬مفتاح كهربائي ‪ ،‬مقاومة‬ ‫�ضغيرة المقدار‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -1‬نرب ــط الجه ــزة الكهـربائية كما مو�ضح في ال�ضكل (‪ ،)22‬مع مراعاة ربط الأميتر على التوالي مع المقاومة‬ ‫المطلوب ح�ضاب مقدارها وربط الفولطميتر على التوازي بين طرفيها‪.‬‬ ‫‪60‬‬ ‫ال�ضكل (‪)22‬‬ ‫‪ -2‬نغلق الدائرة الكهربائية ون�سجل قراءة كل من االميتر والفولطميتر‪.‬‬ ‫‪ -3‬نق�سم مقدار قراءة الفولطميتر (فرق الجهد) على مقدار قراءة الأميتر (التيار) نح�صل على مقدار المقاومة طبقا‬ ‫لقانون �أوم‪:‬‬ ‫مقدار المقاومة‬ ‫=‬ ‫مقدار قراءة الفولطميتر‬ ‫مقدار قراءة االميتر‬ ‫)‪V (volt‬‬ ‫)‪I (Ampere‬‬ ‫= ) ‪R (Ω‬‬ ‫ويمكن قيا�س مقدار المقاومة الكهربائية بطريقة مبا�شرة‬ ‫وذلك با�ستعمال جهاز الأوميتر ‪ .Ohmmeter‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)23‬‬ ‫ال�شكل (‪ )23‬جهاز االوميتر‬ ‫يتوجب عند ا�ستعمال جهاز الأوميتر �أن تكون المقاومة‬ ‫المطلوب قيا�سها غير مو�صولة بدائرة كهربائية‪ .‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)24‬‬ ‫ال�شكل (‪)24‬‬ ‫‪61‬‬ ‫العوامل التي يتوقف عليها مقدار مقاومة المو�صل‪:‬‬ ‫‪1-1‬درجة الحرارة‪ :‬يتغير مقدار مقاومة بع�ض المواد باختالف درجة الحرارة التي تتعر�ض لها‪ ،‬فالمواد‬ ‫المو�صلة النقية تزداد مقاومتها مع ارتفاع درجة حرارتها (كالنحا�س مث ًال)‪ ،‬فعند ت�سخين �سلك من النحا�س‬ ‫المربوط على التوالي مع م�صباح كهربائي‪ ،‬نالحظ �أن توهج الم�صباح يقل تدريجيا مع ارتفاع درجة حرارة‬ ‫�سلك النحا�س نتيجة لنق�صان تيار الدائرة‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪ .)25‬وتف�سير ذلك هو ازدياد مقاومة المو�صل‬ ‫ب�أرتفاع درجة حرارته‪ .‬ومن الجدير بالذكر ان انخفا�ض درجة حرارة بع�ض المواد انخفا�ض ًا كبير ًا فانها‬ ‫ت�صير فائقة التو�صيل (‪ )superconductor‬ومثالية في نقل الطاقة الكهربائية‪ .‬وتوجد مواد مثل‬ ‫الكاربون حيث تقل مقاومتها الكهربائية بارتفاع درجة الحرارة‪ .‬وهناك مواد اخرى تبقى مقاومتها ثابتة‬ ‫تقريب ًا مهما اختلفت درجة حرارتها (كالمنكانين والكون�ستنتان)‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)25‬‬ ‫‪ -2‬طول المو�صل‪ :‬تتنا�سب مقاومة المو�صل طردي ًا مع طوله (تزداد مقاومة المو�صل بازدياد طوله)‪ .‬الحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)26‬‬ ‫ال�شكل (‪)26‬‬ ‫‪62‬‬ ‫‪‬‬ ‫�لعالقة بين مقاومة �لمو�صل وطوله‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪� ،‬ضلك‬ ‫مو�ضل (م�ضنوع من مادة النيكل كروم) طويل ن�ضبيا‬ ‫‪،‬م�ضباح كهربائي ‪ ،‬اأميتر ‪ ،‬ا�ضالك تو�ضيل ‪ ،‬ما�ضكين من‬ ‫مادة مو�ضلة‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ نربط دائرة كهربائية عملية متوالية الربط تحتوي‬‫الأميتر والبطارية والم�ضباح وال�ضلك والمفتاح‬ ‫الكهربائي ال�ضكل (‪.)27‬‬ ‫ ن�ضع الما�ضكين بين طرفي ال�ضلك ونالحظ توهج‬‫الم�ضباح ون�ضجل قراءة الأميتر‪.‬‬ ‫ نحرك الما�ضكين على ال�ضلك نحو بع�ضهما تدريجي ًا‬‫(لت�ضغير طول ال�ضلك الم�ضتعمل في الدائرة)‪ ،‬نالحظ‬ ‫ح�ضول اإزدياد تدريجي في توهج الم�ضباح واإزدياد‬ ‫تدريجي في قراءة الأميتر في الوقت نف�ضه‪ ،‬وتف�ضير‬ ‫ذلك هو اإزدياد التيار المن�ضاب بالدائرة بنق�ضان مقدار‬ ‫مقاومة المو�ضل نتيجة لنق�ضان طوله‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من هذا الن�ضاط اأن‪ :‬مقاومة المو�ضل (‪)R‬‬ ‫تتنا�ضب طرديا مع طوله (‪ )L‬بثبوت العوامل الخرى‪.‬‬ ‫‪ -3‬م�صاحة �لمقطع �لعر�صي للمو�صل‪ :‬تقل مقاومة‬ ‫المو�ضل بزيادة م�ضاحة مقطعه العر�ضي‪ .‬ال�ضكل‬ ‫(‪.)28‬‬ ‫ال�ضكل (‪)27‬‬ ‫ال�ضكل (‪)28‬‬ ‫‪63‬‬ ‫‪‬‬ ‫�لعالقة بين مقاومة �لمو�صل وم�صاحة مقطعه �لعر�صي‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪ :‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪� ،‬ضلكين‬ ‫مو�ضلين (من مادة النيكل كروم) مت�ضاويان بالطول‬ ‫والمقطع العر�ضي‪ ،‬م�ضباح كهربائي ‪ ،‬اأميتر ‪ ،‬ا�ضالك‬ ‫تو�ضيل ‪ ،‬ما�ضكين من مادة مو�ضلة ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ نربط دائرة كهربائية عملية متوالية الربط تحتوي‬‫الأميتر والبطارية والم�ضباح و�ضلك واحد من‬ ‫النيكل كروم ال�ضكل (‪.)29‬‬ ‫ ن�ضع الما�ضكين بين طرفي ال�ضلك ونالحظ توهج‬‫الم�ضباح ون�ضجل قراءة الأميتر‪.‬‬ ‫ ناأخذ ال�ضلكين المتماثلين بالطول والمقطع‬‫العر�ضي (من النيكل كروم) ونربط طرفيهما‬ ‫ببع�ض ونجعلهما ك�ضلك واحد‪ ،‬لنح�ضل على �ضلك‬ ‫غليظ م�ضاحة مقطعه العر�ضي ت�ضاوي (‪)2A‬‬ ‫�ضعف م�ضاحة ال�ضلك الواحد‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)30‬‬ ‫ ن�ضع الما�ضكين بين طرفي ال�ضلكين (بين طرفي‬‫ال�ضلك الغليظ)‪.‬‬ ‫ نالحظ ازدياد توهج الم�ضباح بمقدار اكبر من‬‫الحالة الأولى (لل�ضلك المنفرد) وازدياد قراءة‬ ‫الأميتر عن قراءته ال�ضابقة‪ ،‬وهذا يعني ان التيار‬ ‫الكهربائي المن�ضاب في الدائرة قد ازداد بم�ضاعفة‬ ‫م�ضاحة المقطع العر�ضي لل�ضلك‪.‬‬ ‫وتف�ضير ذلك هو عند م�ضاعفة م�ضاحة المقطع‬ ‫العر�ضي لل�ضلك تقل مقاومته عن ماكانت عليه في الحالة‬ ‫الأولى‪ .‬فيزداد التيار الكهربائي المن�ضاب فيه‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من هذا الن�ضاط اأن‪ :‬مقاومة المو�ضل (‪)R‬‬ ‫تتنا�ضب عك�ضي ًا مع م�ضاحة مقطعه العر�ضــي (‪)A‬‬ ‫بثبوت العوامل الخرى‪.‬‬ ‫‪64‬‬ ‫ال�ضكل (‪)29‬‬ ‫ال�ضكل (‪)30‬‬ ‫‪ -4‬نوع المادة‪ :‬المقاومة الكهربائية هي خا�صية فيزيائية‬ ‫للمادة تبين اعاقتها للتيار الكهربائي المن�ساب خاللها‪.‬‬ ‫تختلف المقاومة الكهربائية باختالف نوع المادة بثبوت‬ ‫العوامل االخرى‪ .‬مثال مقاومة �سلك من الف�ضة ا�صغر من‬ ‫مقاومة �سلك من الحديد م�ساوٍ ل ُه بالطول وكذلك م�ساوٍ‬ ‫لم�ساحة المقطع العر�ضي وعند درجة الحرارة نف�سها‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)31‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫توجد داخل خزان الوقود للمركبات‬ ‫عوامة تعمل على تغيير مقدار المقاومة التي‬ ‫تتحكم في مقدار التيارالمن�ساب في مقيا�س‬ ‫الوقود‪ ،‬وعندما يكون م�ستوى الوقود مرتفع ًا‬ ‫ي�سري تيار �أكبر م�سبب ًا �إنحراف اكبر لم�ؤ�شر‬ ‫مقيا�س الوقود والعك�س �صحيح‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)31‬‬ ‫وعندئذ يمكننا القول‪:‬‬ ‫طول ال�سلك‬ ‫المقاومة ∝‬ ‫م�ساحة المقطع‬ ‫‪L‬‬ ‫‪A‬‬ ‫∝‪R‬‬ ‫‪65‬‬ ‫‪9-3‬‬ ‫طرائق ربط المقاومات الكهربائية‬ ‫‪ -a‬ربط المقاومات على التوالي (‪:)Series connection‬‬ ‫يو�ضح ال�شكل (‪ )32‬مقاومتان كهربائيتان مقاومتاهما‬ ‫(‪ )R1 , R2‬مربوطتان على التوالي مع بع�ضهما اذ يوفر هذا‬ ‫النوع من الربط م�سرب ًا واحد ًا لإن�سياب التيار في الدائرة‬ ‫الكهربائية‪.‬‬ ‫(‪ )V1‬يمثل فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة ‪R1‬‬ ‫(‪ )V2‬يمثل فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة ‪R2‬‬ ‫)‪I = I1 = I2 ........... (1‬‬ ‫‪ I‬يمثل التيار المن�ساب في الدائرة الكهربائية‬ ‫‪ Vtotal‬يمثل فرق الجهد الكلي‬ ‫(‪Vtotal = V1 +V2 ........)2‬‬ ‫ثم نعو�ض عن‪ V = I × R :‬في المعادلة (‪)2‬‬ ‫‪I × Req = I × R1 + I × R2‬‬ ‫)‪I × Req = I × (R1 + R2‬‬ ‫اذ ان ‪ Req‬تمثل المقاومة المكافئة لمجموعة المقاومات‬ ‫المتوالية الربط‪.‬‬ ‫وباخت�صار (‪ )I‬من طرفي المعادلة نح�صل على‪:‬‬ ‫(‪Req= R1+R2 ......... )3‬‬ ‫‪66‬‬ ‫ال�شكل (‪)32‬‬ ‫‪‬‬ ‫ربط �لم�صابيح �لكهربائية على �لتو�لي‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬ثالثة م�ضابيح (‪� )c ، b ، a‬ضغيرة ومتماثلة ‪ ،‬بطارية فولطيتها منا�ضبة ‪ ،‬اأ�ضالك تو�ضيل ‪ ،‬مفتاح‬ ‫كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫‪-‬‬ ‫نربط اأحد الم�ضابيح الثالثة على التوالي مع المفتاح والبطارية‪ .‬نغلق المفتاح ونالحظ توهج الم�ضباح‪.‬‬ ‫نربط م�ضباحين من الم�ضابيح الثالثة على التوالي مع بع�ضها ومع المفتاح والبطارية‪.‬‬ ‫نغلق المفتاح ونالحظ توهج الم�ضباحين‪ ،‬نجد ان توهجهما مت�ضاوٍ وتوهج كل منهما اأقل من توهج الم�ضباح لو‬ ‫ربط لوحده في الدائرة‪.‬‬ ‫نكرر العملية وذلك بربط الم�ضابيح الثالثة بو�ضاطة اأ�ضالك التو�ضيل مع بع�ضها ومع المفتاح على التوالي كما‬ ‫في ال�ضكل (‪.)33‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪c‬‬ ‫ال�ضكل (‪)33‬‬ ‫ نربط طرفي المجموعة المتوالية (الم�ضابيح الثالثة والمفتاح) بين قطبي البطارية‪.‬‬‫ نغلق مفتاح الدائرة ونالحظ توهج الم�ضابيح‪ ،‬ماذا نجد ؟‬‫نجد اأن مقدار توهج الم�ضابيح الثالثة مت�ضاوٍ وتوهج كل منهم اأقل مما هو عليه في الحالة ال�ضابقة‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط‪ :‬ان تيار الدائرة المتوالية الربط يكون مت�ضاوٍ في جميع اأجزائها ويقل مقداره بازدياد عدد‬ ‫الم�ضابيح المربوطة على التوالي ب�ضبب ازدياد مقدار المقاومة المكافئة لمجموعة التوالي‪.‬‬ ‫‪67‬‬ ‫‪ - b‬ربط المقاومات على التوازي (‪:)Parallel connection‬‬ ‫يو�ضح ال�شكل (‪ )34-a‬مقاومتان كهربائيتان (‪)R1 , R2‬‬ ‫مربوطتان على التوازي مع بع�ضهما‪� .‬إذ يوفر هذا النوع من الربط‬ ‫عــدة م�سارب الن�سياب التيار الكهربائــي في الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)34 - a,b‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫(‪ )V1‬يمثل فرق الجهد بين طرفي المقاومة (‪)R1‬‬ ‫(‪ )V2‬يمثل فرق الجهد بين طرفي المقاومة (‪)R2‬‬ ‫‪R1‬‬ ‫‪I1‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫الشكل (‪)34 - a‬‬ ‫)‪V = V1 =V2 ........ (1‬‬ ‫)‪I total =I1 + I2 ........ (2‬‬ ‫حيث (‪ )I total‬يمثل التيار الكلي المن�ساب في الدائرة الكهربائية‬ ‫(‪ )I1‬يمثل التيار المن�ساب في المقاومة (‪)R1‬‬ ‫(‪ )I2‬يمثل التيار المن�ساب في المقاومة (‪)R2‬‬ ‫ويمكن ح�ساب المقاومة المكافئة كما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪V‬‬ ‫نعو�ض عن‬ ‫في المعادلة (‪)2‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪R‬‬ ‫)‪ (R eq‬تمثل المقاومة المكافئة‬ ‫‪V‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫)‬ ‫‪1‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪V‬‬ ‫=‬ ‫‪R1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪R1‬‬ ‫(‬ ‫‪V‬‬ ‫‪Req‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪V‬‬ ‫ال�شكل (‪)34 - b‬‬ ‫‪Req‬‬ ‫وب�أخت�صار (‪ )V‬من طرفي المعادلة نح�صل على‪:‬‬ ‫)‪........ (3‬‬ ‫‪68‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪R1‬‬ ‫=‬ ‫‪1‬‬ ‫‪Req‬‬ ‫‪I2‬‬ ‫‪I‬‬ ‫‪‬‬ ‫ربط �لم�صابيح �لكهربائية على �لتو�زي‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬ثالثة م�ضابيح (‪� )c ، b ، a‬ضغيرة‬ ‫ومتماثلة ‪ ،‬بطارية ‪،‬ا�ضالك تو�ضيل ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ نربط اأحد الم�ضابيح الثالثة على التوالي مع المفتاح‬‫والبطارية‪ .‬نغلق المفتاح ونالحظ توهج الم�ضباح‪.‬‬ ‫ نربط م�ضباحين من الم�ضابيح الثالثة على التوازي‬‫مع بع�ضها ونربط مجموعتهما على التوالي مع المفتاح‬ ‫والبطارية‪.‬‬ ‫ نغلق المفتاح ونالحظ توهج الم�ضباحين‪ ،‬نجد ان‬‫توهجهما مت�ضاوي‪ .‬ويماثل توهج الم�ضباح في الحالة‬ ‫الولى‪.‬‬ ‫ نربط الم�ضابيح الثالثة بو�ضاطة اأ�ضالك التو�ضيل مع‬‫بع�ضها على التوازي ونربط مجموعة الم�ضابيح على‬ ‫التوالي مع المفتاح‪.‬‬ ‫ نربط طرفي المجموعة الكلية (الم�ضابيح والمفتاح) بين‬‫قطبي البطارية‪ .‬كما في ال�ضكل (‪.)35‬‬ ‫ نغلق مفتاح الدائرة ونالحظ توهج الم�ضابيح‪.‬‬‫تجد ان مقدار توهج الم�ضابيح مت�ضاوي‪ .‬ويماثل توهج‬ ‫الم�ضباح في الحالة الولى والثانية‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من الن�ضاط‪ :‬اإن فرق الجهد عبر اأجزاء الدائرة‬ ‫المتوازية الربط يكون مت�ضاوٍ والتيار الرئي�ضي في الدائرة‬ ‫ي�ضاوي مجموع التيارات المارة في الم�ضابيح المربوطة‬ ‫على التوازي والذي يزداد مقداره بزيادة عدد الم�ضابيح‬ ‫المربوطة على التوازي‪.‬‬ ‫وان المقاومة المكافئة في دائرة التوازي تقل بزيادة عدد‬ ‫الم�ضابيح (المقاومات) المربوطة على التوازي‪.‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪c‬‬ ‫ال�ضكل (‪)35‬‬ ‫‪69‬‬ ‫مقارنة بين ربط الم�صابيح الكهربائية على التوالي مع ربطها على التوازي‪:‬‬ ‫•من مزايا طريقة ربط الم�صابيح على التوالي هو عند عطب (تلف) �أو رفع �أحد الم�صابيح ف�إن جميع الم�صابيح‬ ‫الأخرى المربوطة مع ُه على التوالي تنطفىء (ال تتوهج) الحظ ال�شكل (‪ .)36 - a , b‬و�سبب ذلك هو في طريقة‬ ‫ربط التوالي حيث ين�ساب التيار نف�سه من م�صباح �إلى �آخر‪� ،‬أي يوجد م�سرب واحد لحركة ال�شحنات الكهربائية‬ ‫خالل الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫ال�شكل (‪ )36‬الم�صابيح مربوطة على التوالي‬ ‫•من مزايا ربط الم�صابيح على التوازي‪ :‬هو عند عطب (تلف) �أو رفع �أحد الم�صابيح ف�إن جميع الم�صابيح الأخرى‬ ‫المربوطة معه على التوازي تبقى متوهجة النه يتوقف ان�سياب التيار الكهربائي فقط في فرع الم�صباح الذي‬ ‫�أ�صابه العطب‪ .‬ال�شكل (‪ ،)37-a , b‬و�سبب ذلك ان جميع الم�صابيح مت�صلة مبا�شرة �إلى م�صدر الفولطية‬ ‫المجهزة (مثل البطارية)‪� .‬أي توجد عدة م�سارب لحركة ال�شحنات الكهربائية خالل الدائرة كهربائية‪.‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫ال�شكل (‪ )37‬الم�صابيح مربوطة على التوازي‬ ‫•لذا فان معظم الدوائر الكهربائية ت�ستعمل فيها طريقة ربط الأجهزة الكهربائية على التوازي‪ .‬وجميع الأجهزة‬ ‫الكهربائية المنزلية تربط بطريقة ربط التوازي‪.‬‬ ‫‪70‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫في ال�ضكل المجاور ثالث مقاومات (‪ )R3 = 18 Ω ،R2 = 9 Ω ، R1 = 6 Ω‬والمقاومة المكافئة‬ ‫لها مربوطة عبر فرق جهد كهربائي مقداره (‪ .)18 V‬اح�ضب‪:‬‬ ‫‪ -1‬مقدار المقاومة المكافئة‪.‬‬ ‫‪ -2‬التيار المن�ضاب في كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -3‬التيار الكلي المن�ضاب في الدائرة‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬يت�ضح من ال�ضكل ان الربط على التوازي‬ ‫المقاومة المكافئة هي ‪Req‬‬ ‫(‪1‬‬ ‫بما ان المقاومات مربوطة على التوازي‬ ‫(‪2‬‬ ‫(‪3‬‬ ‫‪or‬‬ ‫‪71‬‬ ‫‪10-3‬‬ ‫الدائرة القصيرة ‪Short circuit‬‬ ‫عند ربط م�صباحين كهربائيين مت�ساويين في‬ ‫مقاومتهما الكهربائية على التوالي مع بع�ضهما وربط‬ ‫مجموعتهما بين قطبي بطارية‪ ،‬نالحظ ان توهج‬ ‫الم�صباحين يكون مت�ساوي ال�شكل ( ‪ ،)38 - a‬وذلك‬ ‫ب�سبب ت�ساوي مقداري التيار المن�ساب فيهما‪.‬‬ ‫ف�إذا ربطنا �سلكا مو�صال غليظا بين طرفي �أحد‬ ‫الم�صباحين نالحظ �إنطفاء هذا الم�صباح‪ ،‬ال�شكل‬ ‫(‪ )38-b‬و�سبب ذلك هو ان ال�سلك الغليظ و ّلد دائرة‬ ‫ق�صيرة للم�صباح فجعل معظم التيار ين�ساب في ال�سلك‬ ‫الغليظ (مقاومة �صغيرة جدا) والجزء القليل جد ًا من‬ ‫التيار ين�ساب في الم�صباح فال يكفي لتوهجه‪.‬‬ ‫اما الم�صباح الآخر المربوط في الدائرة نجده‬ ‫متوهجا ويكون توهجه اكبر من الحالة االولى وذلك‬ ‫ب�سبب ازدياد تيار الدائرة الكهربائية في الحالة الثانية‬ ‫نتيجة لنق�صان مقاومتها المكافئة (الدائرة الكهربائية‬ ‫في الحالة الثانية يعتبر فيها م�صباح واحد مربوط مع‬ ‫الن�ضيدة بد ًال من م�صباحين مربوطين على التوالي)‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪)38 - a‬‬ ‫انتباه‪:‬‬ ‫تجنب ربط الأميتر مبا�شر ًة مع الم�صدر (من‬ ‫غير وجود حمل في الدائرة) الن هذا ي�ؤدي �إلى‬ ‫تلفه وتلف البطارية مع ًا (�إذا كان الم�صدر ذو‬ ‫قدرة عالية) وذلك لتعر�ضها �إلى دائرة ق�صيرة‬ ‫ينتج عنها مرور تيار عالي المقدار ‪.‬‬ ‫‪72‬‬ ‫�شكل ( ‪)38 - b‬‬ ‫‪11-3‬‬ ‫ربط الخاليا الكهربائية (ربط االعمدة الكهربائية)‬ ‫العديد من الدوائر الكهربائية لكي تعمل تحتاج الى �أكثر من خلية واحدة‪ .‬لذا تربط الخاليا الكهربائية مع بع�ضها‬ ‫�أما على التوالي �أو على التوازي �أو تربط ربط ًا مختلط ًا لتجهيز الدائرة بالتيار المنا�سب لها �أو الفولطية المنا�سبة‬ ‫لها‪.‬‬ ‫‪ -a‬ربط الخاليا (الأعمدة) الكهربائية على التوالي‪:‬‬ ‫في هذا النوع من ربط الخاليا يتم ربط القطب الموجب للخلية االولى مع القطب ال�سالب للخلية الثانية ويربط‬ ‫القطب الموجب للخلية الثانية مع القطب ال�سالب للخلية الثالثة وهكذا‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)39‬‬ ‫�شكل (‪ )39‬الخاليا (االعمدة) مربوطة على التوالي‬ ‫من مميزات ربط الخاليا الكهربائية على التوالي‪ :‬هو تجهيز فولطية �أكبر (قوة دافعة كهربائية ‪� emf‬أكبر)‪،‬‬ ‫نتيجة لجمع فولطيات الخاليا‪ .‬ف�إن القوة الدافعة الكهربائيـ ــة الكلية (‪ )emftotal‬ت�ساوي مجموع ‪ emf‬للخاليا‬ ‫المربوطة على التوالي‪.‬‬ ‫فعند ربط خليتين متماثلتين ‪ emf‬لكل منهما (‪ )1.5V‬على التوالـي مع بع�ضهما ف�إن الفولطية الكلي ـ ــة للخليتين‬ ‫( ‪ )emf total‬ت�ساوي (‪� )3V‬أي �ضعف فولطية كل منهما‪ .‬ال�شكل (‪.)39‬‬ ‫‪73‬‬ ‫‪ - b‬ربط الخاليا ( الأعمدة) الكهربائية على التوازي‪:‬‬ ‫في هذا النوع من ربط الخاليا يتم ربط االقطاب الموجبة لجميع الخاليا �سوية مع بع�ضها‪ ،‬وتربط االقطاب‬ ‫ال�سالبة لجميع الخاليا �سوية مع بع�ضها‪ ..‬الحظ ال�شكل (‪.)40‬‬ ‫ال�شكل ( ‪ )40‬الخاليا (االعمدة) مربوطة على التوازي‬ ‫من مميزات ربط الخاليا على التوازي هو �إمكانية تجهيز الدائرة الكهربائية بتيار �أكبر‪.‬‬ ‫وتكــون الفولطيــة الكلية للخــاليا المربوطة على الت ــوازي القوة الدافعـة الكهربائية الكلية )‪ )emf total‬ت�ساوي‬ ‫(‪ )emf‬للخلية الواحدة‪.‬‬ ‫فعند ربط خليتين متماثلتين ‪ emf‬لكل منهما (‪ )1.5 V‬على التوازي مع بع�ضهما فان الفولطية الكلية للخليتين‬ ‫(‪ )emf total‬ت�ساوي (‪� )1.5V‬أي ت�ساوي فولطية كل منهما‪ .‬ال�شكل (‪.)40‬‬ ‫‪74‬‬ ‫أسئلة الفصل الثالث‬ ‫س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬مزايا ربط الم�صابيح الكهربائية على التوازي هي‪:‬‬ ‫‪a-a‬عند تلف احد الم�صابيح الكهربائية في الدائرة الكهربائية ف�أن جميع الم�صابيح االخرى المربوطة على‬ ‫التوازي تبقى متوهجة‪.‬‬ ‫‪b-b‬جميع الم�صابيح الكهربائية مت�صلة مبا�شرة مع م�صدر الفولطية المجهزة‪.‬‬ ‫‪c-c‬توجد عدة م�سارب لحركة التيار الكهربائي خالل الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ d-d‬جميع ماذكر اعاله‪.‬‬ ‫‪ -2‬عند زيادة عدد المقاومات المربوطة مع بع�ضها على التوازي في دائرة كهربائية تحتوي ن�ضيدة‪:‬‬ ‫‪ -a‬يت�ساوى مقدار فرق الجهد الكهربائي بين طرفي كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -b‬يزداد مقدار فرق الجهد الكهربائي بين طرفي المقاومة المكافئة‪.‬‬ ‫‪ -c‬يت�ساوى مقدار التيار المن�ساب في جميع المقاومات‪.‬‬ ‫‪ -d‬يزداد مقدار المقاومة المكافئة‪.‬‬ ‫‪� -3‬أي مخطط من مخططات‬ ‫الدوائر الآتية تعد �صحيحة عند‬ ‫ا�ستعمالها لقيا�س مقاومة �صغيرة‬ ‫بربط الأميتر والفولطميتر‪ .‬الحظ‬ ‫ال�شكل المجاور‪.‬‬ ‫‪� -4‬إن مقدار التيار الكهربائي (‪ )I2‬المن�ساب في المقاومة (‪ )R2‬في مخطط �ألدائرة الكهربائية المو�ضحة‬ ‫بال�شكل المجاور ي�ساوي‪:‬‬ ‫‪0.1A -a‬‬ ‫‪2A -b‬‬ ‫‪2.1A -C‬‬ ‫‪1.9A -d‬‬ ‫‪75‬‬ ‫‪� -5‬إذا كانت قراءة االميتر المربوط في الدائرة الكهربائية في ال�شكل ت�ساوي (‪ )6A‬ف�إن قراءة الفولطميتر‬ ‫في هذه الدائرة ت�ساوي‪:‬‬ ‫‪6V-a‬‬ ‫‪12V-b‬‬ ‫‪18V-c‬‬ ‫‪3V-d‬‬ ‫‪� -6‬إحدى الوحدات الآتية هي وحدة قيا�س المقاومة الكهربائية‪:‬‬ ‫‪-a‬‬ ‫‪-b‬‬ ‫‪Ampere‬‬ ‫‪Volt‬‬ ‫‪Volt‬‬ ‫‪Ampere‬‬ ‫‪Volt × Ampere -c‬‬ ‫‪-d‬‬ ‫‪Coulomb‬‬ ‫‪Second‬‬ ‫‪ -7‬ال يعتمد مقدار المقاومة الكهربائية ل�سلك مو�صل على ‪:‬‬ ‫‪a-a‬قطر ال�سلك‪.‬‬ ‫‪b-b‬طول ال�سلك‪.‬‬ ‫‪c-c‬نوع مادة ال�سلك‪.‬‬ ‫‪d-d‬التيار الكهربائي المن�ساب في ال�سلك‪.‬‬ ‫‪� -8‬إذا كانت الأعمدة في الدوائر الكهربائية التالية متماثلة‪ .‬و�ضح في �أي منها يكون توهج الم�صباح‬ ‫�أكبر ؟‬ ‫‪76‬‬ ‫‪ -9‬اإذا كانت الم�ضابيح الكهربائية في الدوائر الكهربائية التالية متماثلة‪ .‬و�ضح في اأي منها يكون توهج‬ ‫الم�ضباح اأو الم�ضباحين �ضعيف ًا‪:‬‬ ‫‪ -10‬في ال�ضكل المجاور‪ ،‬ربط �ضلك غليظ بين طرفي الم�ضباح الثاني (بين النقطتين ‪ b‬و ‪ .)c‬نالحظ‪:‬‬ ‫‪ -a‬اإنطفاء الم�ضباح الثاني ذو المقاومة (‪ )R2‬مع زيادة‬ ‫توهج الم�ضباح الأول ذو المقاومة(‪.)R1‬‬ ‫‪ -b‬اإنطفاء الم�ضباح الأول ذو المقاومة (‪ )R1‬مع زيادة‬ ‫توهج الم�ضباح الثاني ذو المقاومة(‪)R2‬‬ ‫‪ -c‬ل يتغير توهج اأي من الم�ضباحين (‪ )R1‬و (‪.)R2‬‬ ‫‪ -d‬اإنطفاء كل من الم�ضباحين (‪ )R1‬و(‪.)R2‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫يراد قيا�ض التيار الكهربائي المن�ضاب في حمل باأ�ضتعمال جهاز الأميتر‪ .‬هل يربط الأميتر في‬ ‫هذه الدائرة على التوالي اأم على التوازي مع ذلك الحمل ؟ و�ضح ذلك‪.‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫لماذا يف�ضل ربط الم�ضابيح والأجهزة الكهربائية في الدوائر الكهربائية في المنازل على‬ ‫التوازي؟‬ ‫‪77‬‬ ‫المسائل‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫ما مقدار التيار المن�ساب خالل مقطع عر�ضي في مو�صل تعبر خالله �شحنات كهربائية‬ ‫ج‪3A :‬‬ ‫مقدارها (‪ )9µC‬في زمن قدره (‪ )3µs‬؟‬ ‫من مالحظة ال�شكل المجاور �إح�سب‪:‬‬ ‫‪ -1‬مقدار المقاومة المكافئة لمجموعة المقاومات‬ ‫المربوطة في الدائرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ -2‬فرق الجهد على طرفي كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -3‬مقدار التيارالمن�ساب في كل مقاومة‪.‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪1- Req = 1.6Ω‬‬ ‫‪2- V1 = V2 = V3 = 18V‬‬ ‫‪3- I1 = 6A‬‬ ‫‪I2 = 3A‬‬ ‫‪I3 = 2A‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫المقاومتان ( ‪ 2Ω‬و ‪ )R‬ربطتا على التوالي مع بع�ضهما ثم ربطتا على طرفي م�صدر فرق‬ ‫جهده الكهربائي (‪ )12V‬ف�إن�ساب تيار كهربائي في الدائرة قدره (‪� .)2A‬إح�سب مقدار‪:‬‬ ‫‬ ‫‪ -1‬المقاومة المجهولة ‪.R‬‬ ‫‪ -2‬فرق الجهد الكهربائي على طرفي كل مقاومة‪.‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫فرق الجهد على طرفي المقاومة ‪2Ω‬‬ ‫فرق الجهد على طرفي المقاومة ‪R‬‬ ‫‪78‬‬ ‫‪1- R = 4Ω‬‬ ‫‪2- V2 = 4V‬‬ ‫‪VR = 8V‬‬ ‫الفصل‬ ‫الرابﻊ‬ ‫‪4‬‬ ‫البطارية والقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪The Battery and Electromotive Force‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-4‬مقدمة‬ ‫‪ 2-4‬ت�ضنيف البطاريات‬ ‫‪ 1-2-4‬البطارية الولية‬ ‫‪ 2-2-4‬البطارية الثانوية‬ ‫‪ 3-2-4‬بطارية الوقود‬ ‫‪ 3-4‬القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪79‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫ ُيعرف الخلية الب�سيطة‪.‬‬ ‫يو�ضح كيف تعمل الخلية الكلفانية الب�سيطة‪.‬‬ ‫ي�شرح مكونات الخلية الجافة (كاربون ‪ -‬خار�صين)‪.‬‬ ‫يميز بين البطارية الثانوية وبطارية ال�سيارة‪.‬‬ ‫يف�سر �سبب كون مقدار فولطية الم�صدر ال�شاحن اكبر بقليل من مقدار القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫للبطارية‪.‬‬ ‫يو�ضح عمل بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم)‪.‬‬ ‫ي�شرح مكونات خلية وقود الهيدروجين‪.‬‬ ‫يعدد مميزات بطارية وقود الهيدروجين‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪80‬‬ ‫بطارية‬ ‫‪Battery‬‬ ‫البطارية االولية‬ ‫‪Primary battery‬‬ ‫الخلية الكلفانية الب�سيطة‬ ‫‪The Simple Gelvano cell‬‬ ‫الخلية الجافة‬ ‫‪Dry cell‬‬ ‫البطارية الثانوية‬ ‫‪Secondary battery‬‬ ‫بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم)‬ ‫‪)Lithium - Ion) Battery‬‬ ‫خلية وقود الهيدروجين‬ ‫‪Hydrogen Fuel cell‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫)‪Electromotive force (emf‬‬ ‫‪1-4‬‬ ‫مقدمة ‪Introduction‬‬ ‫البطارية هي م�ضدر لإنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق‬ ‫التفاعل الكيميائي‪ .‬تتكون البطارية من خلية كهربائية‬ ‫واحدة اأو اأكثر‪ ،‬وتحتوي الخلية الواحدة على مواد كيميائية‬ ‫ومكونات تمكنها من توليد التيار الكهربائي‪ ،‬اخترعها العالم‬ ‫الإيطالي األي�ضاندو فولطا‪.‬‬ ‫تُ�ضنع البطاريات في اأحجام مختلفة‪ ،‬فمث ًال البطاريات‬ ‫ال�ضغيرة الم�ضتعملة في ال�ضاعات اليدوية الكهربائية‪ ،‬اأما‬ ‫البطاريات ال�ضخمة التي تغذي الغوا�ضات بالطاقة فت�ضل‬ ‫كتلتها حوالي (‪ .)910 kg‬والمنتجون ي�ضنعون اأغلب‬ ‫البطاريات في اأحجام قيا�ضية محددة‪ ،‬لحظ ال�ضكل (‪.)1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫�ضكل (‪ )1‬بطاريات ذوات اأحجام وفولطيات مختلفة‬ ‫كيف تعمل بطارية من �لليمون‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪ :‬مقيا�ض للتيار الكهربائي (ملي اأميتر)‪،‬‬ ‫م�ضمار مغلون ‪ ،‬قطعة من النحا�ض ‪ ،‬حبة ليمون حام�ض ‪،‬‬ ‫اأ�ضالك تو�ضيل‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫•نغر�ض م�ضمار مغلون (�ضبيكة حديد وخار�ضين)‬ ‫وقطعة من النحا�ض‪ ،‬في الليمون كما في �ضكل (‪.)2‬‬ ‫•يعمل النحا�ض كقطب كهربائي موجب والم�ضمار‬ ‫المغلون كقطب كهربائي �ضالب‪ ،‬يوؤدي اإلى توليد فرق‬ ‫جهد بين القطبين‪.‬‬ ‫•نو�ضل القطبين ب�ضلكي تو�ضيل اإلى طرفي مقيا�ض للتيار‬ ‫الكهربائي (ملي اأميتر) نالحظ اإنحراف موؤ�ضر المقيا�ض‬ ‫وهذا دللة على اإن�ضياب تيار كهربائي في الدائرة‬ ‫الخارجية نتيجة اإنطالق اللكترونات من الم�ضمار بتاأثير‬ ‫المحلول الحام�ضي متجهة نحو النحا�ض‪.‬‬ ‫�ضكل ( ‪ )2‬يو�ضح عمل بطارية الليمون‬ ‫‪81‬‬ ‫‪2‬‬ ‫كيفية تحويل �لطاقة �لكيميائية �إلى طاقة كهربائية‬ ‫اأدوات الن�ضاط‪� :‬ضفيحة من النحا�ض‪� ،‬ضفيحة من الخار�ضين‬ ‫(الزنك)‪ ،‬وعاء من الزجاج يحتوي على حام�ض الكبريتيك المخفف‪،‬‬ ‫كلفانوميتر ح�ضا�ض‪ ،‬اأ�ضالك تو�ضيل‪.‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫•ن�ضع �ضفيحتا النحا�ض والخار�ضين داخل وعاء الزجاج‬ ‫الحاوي على حام�ض الكبريتيك المخفف‪.‬‬ ‫•ن�ضل ال�ضفيحتين ب�ضلكي تو�ضيل الى طرفي جهاز الكلفانوميتر‬ ‫كما في ال�ضكل (‪.)3‬‬ ‫•نالحظ اإنحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر‪ ،‬دللة على اإن�ضياب تيار‬ ‫كهربائي في الدائرة‪.‬‬ ‫•يدعى هذا الجهاز با�ضم الخلية الكهربائية الب�ضيطة‪.‬‬ ‫ال�ضتنتاج‪:‬‬ ‫الخلية الكهربائية الب�ضيطة عبارة عن �ضفيحتين من معدنين‬ ‫مختلفين (مثل النحا�ض والخار�ضين)‪ ،‬يتولد بين ال�ضفيحتين‬ ‫المعدنيتين فرق جهد كهربائي يقدر حوالي فولط ًا واحد ًا‪ ،‬اإذ اإن‬ ‫جهد النحا�ض اأكبر من جهد الخار�ضين‪ .‬ونتيجة لذلك تتولد طاقة‬ ‫كافية ت�ضمح باإن�ضياب تيار كهربائي عند ربطها بدائرة خارجية‪.‬‬ ‫‪2-4‬‬ ‫�ضكل ( ‪ )3‬الخلية الب�ضيطة‬ ‫هل تعلم‬ ‫‪ -1‬جهاز الكلفانوميتر يرمز له (‪ )G‬يتح�ض�ض‬ ‫بالتيارات الكهربائية �ضغيرة المقدار جد ًا (‪)µA‬‬ ‫وينعك�ض اإتجاه اإنحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر‬ ‫بانعكا�ض اإتجاه التيار المن�ضاب فيه‪.‬‬ ‫‪ -2‬جهاز الملي اأميتر يرمز له (‪ )mA‬ي�ضتعمل‬ ‫لقيا�ض التيارات الكهربائية �ضغيرة المقدار (اأجزاء‬ ‫المبير)‪.‬‬ ‫تصنيف البطاريات ‪Classiffication of Battries‬‬ ‫هناك اأنواع مختلفة من البطاريات تُحدد اأنواعها ح�ضب المواد الكيميائية الداخلة في تركيبها مثل البطاريات ذوات‬ ‫الو�ضط ال�ضائل (كبطارية ال�ضيارة) والبطاريات ذوات الو�ضط ال�ضلب مثل الم�ضاحيق اأو المعاجين (كالخاليا الجافة)‬ ‫والبطاريات ذوات الو�ضط الغازي (كبطارية الوقود) او ت�ضنف بح�ضب امكانية �ضحنها‪ ،‬وكذلك يمكن ت�ضنيفها اإلى‬ ‫اأنواع ثالثة هي‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪82‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪1-2-4‬‬ ‫البطارية الأولية‬ ‫هي نوع من الخاليا الب�سيطة‪ ،‬وبع�ض الخاليا الجافة‬ ‫يتوقف عملها وينتهي مفعولها بعد �إ�ستهالك احد المواد‬ ‫الكيميائية المكونة لها‪ ،‬وال يمكن �إعادة �شحنها‪ ،‬لذا يتطلب‬ ‫التخل�ص منها الحظ ال�شكل (‪ .)4‬ومن امثلتها الخلية‬ ‫الكلفانية الب�سيطة والخلية الجافة (كاربون ‪ -‬خار�صين)‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )4‬يمثل الخلية الأولية التي ال يمكن �شحنها‬ ‫الخلية الكلفانية الب�سيطة ‪:The Simple Gelvano Cell‬‬ ‫تتكون الخلية الكلفانية من ن�صفي خليتين‪ ،‬يغمر‬ ‫في كل واحدة منها لوح معدني‪� ،‬أحدهما من الخار�صين‬ ‫(‪ )Zn‬والأخر من النحا�س (‪ .)Cu‬الحظ ال�شكل (‪)5‬‬ ‫ويغمر كل منهما في محلول لأحد �أمالحه [لوح الخار�صين‬ ‫يغمر في محلول كبريتات الخار�صين (‪ )ZnSO4‬ولوح‬ ‫النحا�س يغمر في محلول كبريتات النحا�س (‪.])CuSO4‬‬ ‫والذي يح�صل داخل هذه الخلية هو ان ذرات المعدن‬ ‫تترك االلكترونات على اللوح وتدخل المحلول على هيئة‬ ‫�آيونات موجبة ال�شحنة‪� .‬إن تراكم االلكترونات على لوح‬ ‫الخار�صين (القطب ال�سالب) يكون �أكبر من تراكمها على‬ ‫لوح النحا�س (القطب الموجب) وهذا النظام �سمي با�سم‬ ‫المخترع الأول دانيال فت�سمى تلك الخلية خلية دانيال‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )5‬يو�ضح الخلية الكلفانية الب�سيطة‬ ‫هل تعلم‬ ‫ان الج�سر الملحي في الخلية الكلفانية‬ ‫الب�سيطة يربط محلولي الأناءين ب�شكل غير‬ ‫مبا�شر وكذلك ي�ساعد على هجرة االيونات‬ ‫الموجبة وال�سالبة‪.‬‬ ‫‪83‬‬ ‫الخلية الجافة (كاربون – خار�صين) ‪:Dry Cell‬‬ ‫هي خلية ذات و�سط جاف تتركب من وعاء من‬ ‫الخار�صين يعمل كقطب �سالب‪ .‬في و�سطه عمود من‬ ‫الكاربون يعمل كقطب موجب محاط بعجينة الكتروليتية‬ ‫(تتكون من كلوريد الأمونيوم وكلوريد الخار�صين والماء‬ ‫وثنائي �أوك�سيد المنغنيز وم�سحوق الكاربون) وتغلف‬ ‫فتحة الوعاء العليا بمادة عازلة لحفظها‪ .‬الحظ ال�شكل‬ ‫(‪ .)6‬ونتيجة لحدوث تفاعل كيميائي يتولد فرق جهد بين‬ ‫طرفي الخلية مقداره (‪ )1.5V‬عندها ين�ساب تيار كهربائي‬ ‫عند ربط طرفيها بحمل خارجي منا�سب‪ .‬كما مو�ضح في‬ ‫ال�شكل (‪.)7‬‬ ‫لخاليا (الكاربون ـ خار�صين)‪� .‬أ�ستعماالت عدة منها‬ ‫ك�شَّ افات ال�ضوء اليدوية‪ ،‬ووحدة توليد النب�ضات الكهربائية‬ ‫لأجهزة ال�سيطرة عن بعد (‪ )remote control‬وفي‬ ‫�آلآت الت�صوير‪ ،‬ولعب الأطفال الكهربائية‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )6‬يو�ضح مخطط �أجزاء الخلية الجافة (كربون ‪-‬‬ ‫خار�صين)‬ ‫�شكل (‪ )7‬يو�ضح مقطع طولي تف�صيلي للأجزاء المكونة‬ ‫لخلية (كاربون ‪ -‬خار�صين)‬ ‫‪2-2-4‬‬ ‫البطارية الثانوية‬ ‫هي نوع من البطاريات الكهربائية‪ ،‬التي يمكن �إعادة‬ ‫�شحنها‪ ،‬و�أثناء عملها تتفاعل المواد الكيميائية التي تحتويها‬ ‫فتتحول الطاقة الكيميائية المخزونة فيها �إلى طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫ولإعادة �شحنها يتطلب �إمرار تيار كهربائي في االتجاه‬ ‫المعاك�س لتيار التفريغ وذلك لتحويل الطاقة الكهربائية‬ ‫�إلى طاقة كيميائية تخزن في البطارية‪ .‬ومن �أمثلتها بطارية‬ ‫ال�سيارة وبطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم) التي ت�ستعمل في‬ ‫الأجهزة االلكترونية (مثل الحا�سبة)‪.‬‬ ‫‪84‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫�إن �سحب كمية عالية من التيار في فترة‬ ‫يق�صر عمر الخلية‪ .‬لذلك‬ ‫زمنية ق�صيرة ّ‬ ‫يف�ضل �إ�ستعمالها لتجهيز تيارات �صغيرة‬ ‫المقدار وب�صورة متقطعة‪ .‬كما �إن خزنها‬ ‫لفترة طويلة يقلل من كفاءتها‪.‬‬ ‫بطارية �ل�صيارة ‪:‬‬ ‫هي نوع من البطاريات الكهربائية التي يمكن اإعادة �ضحنها‪ .‬تعمل على‬ ‫بدء ت�ضغيل محرك ال�ضيارة‪ .‬ال�ضكل (‪ )8‬يو�ضح ال�ضكل الخارجي للبطارية‪.‬‬ ‫التي تتركب من وعاء م�ضنوع من البال�ضتيك اأو المطاط ال�ضلب‪ ،‬وتحتوي‬ ‫على (‪ )6- 3‬خاليا وكل واحدة منها تتركب من �ضفائح يحيط بها محلول‬ ‫الكتروليتي (يتكون من حام�ض الكبريتيك وماء مقطر)‪ .‬كثافته الن�ضبية‬ ‫(‪ )1.3‬عندما تكون تامة ال�ضحن‪.‬لحظ ال�ضكل (‪.)9‬‬ ‫�ضكل (‪ )8‬بطارية ال�ضيارة‬ ‫�ضكل (‪ )9‬يو�ضح مكونات بطارية (ر�ضا�ض ‪ -‬حام�ض)‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫بطارية ال�ضيارة تعطي تيار ًا‬ ‫كهربائي ًا عالي ًا‪ ،‬لذا يجب ربطها‬ ‫با�ضالك تو�ضيل غليظة‪.‬‬ ‫اإن كل خلية من خاليا الر�ضا�ض الحام�ضية تولد فرق جهد قدره (‪،)2V‬‬ ‫لذلك فبطارية ال�ضيارة المكونة من (‪ )6‬خاليا مربوطة مع بع�ضها على‬ ‫التوالي تعطي (‪ )12V‬عندما تكون تامة ال�ضحن‪ .‬وتتركب بطارية الر�ضا�ض‬ ‫من األواح الر�ضا�ض (‪ )Pb‬متبادلة مع األواح اأوك�ضيد الر�ضا�ض (‪)PbO2‬‬ ‫وكالهما مغمور في محلول حام�ض الكبريتيك لحظ ال�ضكل (‪ .)9‬ويتفاعل‬ ‫هذا النظام تفاعال كيميائيا ً‪ ،‬وين�ضاأ عنه فرق جهد بين األواح الر�ضا�ض (قطب‬ ‫�ضالب) واألواح اأوك�ضيد الر�ضا�ض (قطب موجب) وين�ضاب تيار كهربائي عند‬ ‫ربط قطبي البطارية بالدائرة الكهربائية لل�ضيارة بعد غلقها‪.‬‬ ‫‪85‬‬ ‫�شحن البطارية ‪:‬‬ ‫‪1-1‬نربط البطارية بم�صدر تيار م�ستمر (�شاحنة) ون�صل القطب الموجب للم�صدر ال�شاحن مع القطب الموجب‬ ‫للبطارية ون�صل القطب ال�سالب للم�صدر ال�شاحن مع القطب ال�سالب للبطارية المراد �شحنها كما مو�ضح في‬ ‫ال�شكل(‪.)10‬‬ ‫‪�2-2‬أن مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬لبطارية ال�سيارة (‪ ،)12V‬وعند �شحنها بم�صدر �شاحن يجب �أن يكون‬ ‫مقدار فولطية الم�صدر ال�شاحن اكبر بقليل من مقدار القوة الدافعة الكهربائية للبطارية (حوالي ‪ ،)14V‬اخذين‬ ‫بنظر االعتبار الجهد ال�ضائع في المقاومة الداخلية للبطارية و�أ�سالك التو�صيل‪.‬‬ ‫‪3-3‬ترفع الأغطية البال�ستيكية للبطارية في �أثناء عملية �شحن البطارية للتخل�ص من الغازات المتولدة نتيجة التفاعالت‬ ‫الكيميائية التي تح�صل داخلها‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )10‬يو�ضح طريقة الربط عند �شحن بطارية ال�سيارة‬ ‫العناية ببطارية ال�سيارة‪:‬‬ ‫‪1-1‬تجنب �سحب تيار عالي من بطارية ال�سيارة ولفترة زمنية طويلة ن�سبي ًا الن ذلك ي�ؤدي �إلى توليد كمية كبيرة من‬ ‫الحرارة تت�سبب في تلف البطارية‪.‬‬ ‫‪�2-2‬أن يكون م�ستوى المحلول �ألحام�ضي (الإلكتروليت) دائما �أعلى من م�ستوى �صفائح البطارية بقليل‪ ،‬وفي حالة‬ ‫نق�صان المحلول نتيجة التبخر عند اال�ستعمال ي�ضاف �إليه ماء مقطر مع الت�أكد من ثبوت الكثافة الن�سبية لمحلول‬ ‫البطارية (‪ )1.3‬تقريب ًا‪.‬‬ ‫‪3-3‬عدم ترك البطارية الحام�ضية لمدة طويلة من غير �إ�ستعمالها‪ .‬الن ذلك ي�ؤدي �إلى تكون طبقة عازلة من الكبريتات‬ ‫على الواحها‪.‬‬ ‫‪86‬‬ ‫بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم) ‪:Lithium-Ion Battery‬‬ ‫مع تقدم الأجهزة التقنية مثل الكمبيوتر (الحا�سوب)‬ ‫النقال و�أجهزة الموبايل (الجوال) و�أجهزة ت�شغيل المو�سيقى‬ ‫(‪ )MP3‬والكاميرات‪� .‬إزداد اعتمادنا على البطاريات �أكثر‬ ‫وخ�صو�ص ًا تلك التي يعاد �شحنها مرات عديدة دون �إن ت�ضعف‬ ‫�أو ت�ستهلك‪.‬‬ ‫هذه البطاريات هي بطاريات (�أيون ‪ -‬الليثيوم) والتي‬ ‫تكون ب�أ�شكال و�أحجام البطاريات الجافة االعتيادية‪ ،‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)11‬‬ ‫�إن بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم) تحاط بغالف متين خا�ص‬ ‫يتحمل ال�ضغط العالي والحرارة المتولدة داخلها‪ .‬ويحتوي‬ ‫الغالف على �صمام �أمان للحماية‪.‬‬ ‫وغالف هذه البطارية يحتوي في داخله على ثالثة �شرائح‬ ‫رقيقة ملفوفة ب�شكل لولبي كما مو�ضحة في ال�شكل (‪،)12‬‬ ‫وهذه ال�شرائح تمثل‪:‬‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫‪1-1‬القطب الموجب (م�صنوع من �أوك�سيد كوبلت الليثيوم)‪.‬‬ ‫‪2-2‬العازل‪.‬‬ ‫‪3-3‬القطب ال�سالب (م�صنوع من الكاربون)‪.‬‬ ‫ال�شرائح الثالث تكون مغمورة في محلول الكتروليتي‬ ‫(وفي الأغلب هو الأيثر)‪� .‬أما �شريحة العازل الرقيقة فهي‬ ‫ت�صنع من مادة لدنـة (البال�ستك) عادة تعمل على عزل القطب‬ ‫الموجب عن القطب ال�سالب بينما ت�ســمح للأيونات بالمرور‬ ‫من خاللها‪ .‬ت�ستطيع بطاريات (�أيون‪-‬الليثيوم) من الإحتفاظ‬ ‫بال�شحنة الكهربائية �أكثر من �أية بطارية م�شابهة‪ ،‬فمثال تفقد‬ ‫بطارية (�أيون ‪ -‬الليثيوم) (‪ )5%‬من �شحنتها في ال�شهر في‬ ‫حالة عدم ا�ستعمالها بالمقارنة مع البطاريات الجافة الأخرى‬ ‫والتي تفقد (‪ (20%‬من �شحنتها في ال�شهر (في حالة عدم‬ ‫ا�ستعمالها)‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)12‬‬ ‫‪87‬‬ ‫‪3-2-4‬‬ ‫بطارية الوقود‬ ‫وهي خلية قادرة على توليد التيار الكهربائي باعتمادها‬ ‫على الوقود (مواد كيميائية) الذي يجهز من م�صدر خارجي‬ ‫وال ينتهي مفعولها فهي تعمل با�ستمرار عند تجهيزها‬ ‫بالوقود‪ .‬ومن �أمثلتها بطارية وقود الهيدروجين‪.‬‬ ‫خلية وقود الهيدروجين ‪: Hydrogen Fuel cell‬‬ ‫�إن خلية وقود الهيدروجين تعمل على تحويل الطاقة‬ ‫الكيميائية �إلى طاقة كهربائية (فهي ت�ستند في عملها على‬ ‫�شكل (‪ )13‬جهاز كمبيوتر دفتري يح�صل على الطاقة‬ ‫�أ�سا�س التفاعالت الكيميائية)‪ .‬ويتم تخزين الهيدروجين‬ ‫الكهربائية من بطارية وقود الهيدروجين‬ ‫عادة ب�شكل �سائل في �أوعية خا�صة‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫�أثناء عمل خلية الوقود يتم تحويل غاز الهيدروجين وغاز‬ ‫الأوك�سجين الم�أخوذ من الجو �إلى ماء وطاقة كهربائية‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪ )14‬الذي يبين �آلية التفاعل لإنتاج الطاقة‬ ‫الكهربائية‪.‬‬ ‫�إن بطارية الوقود (خاليا الوقود) هي عبارة عن �شرائح‬ ‫رقيقة تولد كل خلية منها فرق جهد كهربائي قدره فولط ًا‬ ‫واحد ًا وكلما ازداد عدد ال�شرائح المو�صولة بع�ضها مع‬ ‫بع�ض على التوالي ازداد فرق الجهد الخارج منها الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)15‬‬ ‫�شكل (‪ )14‬يو�ضح الية عمل خلية وقود الهيدروجين‬ ‫وت�ستعمل بطارية الوقود في كثير من التطبيقات الحديثة‬ ‫منها في ت�شغيل الحا�سوب وفي ت�سيير المركبات الحديثة‬ ‫الحظ ال�شكل(‪.)16‬‬ ‫�شكل (‪ )16‬محطة تزويد وقود الهيدروجين‬ ‫‪88‬‬ ‫�شكل (‪ )15‬يو�ضح مكونات خلية الوقود‬ ‫تمتاز بطارية وقود �لهيدروجين بما ياأتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬عدم ح�ضول تلوث للبيئة اأو ا�ضتهالك لم�ضادر الوقود التقليدية والتي توؤثر في �ضحة الن�ضان لن الهيدروجين‬ ‫ينتج من الماء بالك�ضدة ويعود الى ماء مرة اخرى‪.‬‬ ‫‪ -2‬ان تكنولوجيا الهيدروجين ل تحتوي على اأية عنا�ضر تت�ضبب في اأخطار ممكنة فهي اآمنة عند ا�ضتعمالها‪.‬‬ ‫‪ -3‬كفاءة ت�ضغيلها عالية جدا‪ ،‬فهي تحول الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية ب�ضكل مبا�ضر‪ ،‬ولهذا ل يح�ضل اأي‬ ‫فقدان للطاقة‪.‬‬ ‫‪ -4‬عمرها طويل بالمقارنة مع بقية انواع البطاريات‪.‬‬ ‫‪3-4‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية (‪Electromotive Force )emf‬‬ ‫اإن فرق الجهد الكهربائي بين القطب ال�ضالب‬ ‫والقطب الموجب لأي بطارية عندما تكون الدائرة‬ ‫الكهربائية مفتوحة ي�ضمى بالقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫(‪ ،)emf‬لحظ ال�ضكل (‪.)17‬‬ ‫لكي تتحرك الإلكترونات في الدائرة الكهربائية‬ ‫الخارجية لبد اأن تز ّود هذه اللكترونات بطاقة‬ ‫تكت�ضبها من البطارية‪.‬‬ ‫وان مقدار الطاقة التي تزودها البطارية لوحدة‬ ‫ال�ضحنة الكهربائية هي (‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫ووحدة قيا�ض القــوة الدافعــة الكهربائية (‪)emf‬‬ ‫هي ( ‪ ) Joule‬وت�ضاوي (‪ ،)volt‬اأما الجهاز‬ ‫‪Coulomb‬‬ ‫الم�ضتعمل لقيا�ضها فهو الفولطميتر‪ .‬لحظ ال�ضكل‬ ‫�ضكل (‪ )17‬فرق الجهد بين القطب الموجب والقطب ال�ضالب ي�ضمى‬ ‫بالقوة الدافعة الكهربائية في الدائرة المفتوحة‬ ‫(‪.)18‬‬ ‫ﻓﻜر‬ ‫ماذا نعني اأن القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫لبطارية (‪)emf = 1.5 volt‬‬ ‫ال�ضكل (‪)18‬‬ ‫‪89‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫ان�ضابت كمية من ال�ضحنات الكهربائية (‪ )q‬مقدارها (‪ )10C‬خالل بطارية فاكت�ضبت طاقة (‪ )W‬مقدارها‬ ‫(‪ .)20 J‬اإح�ضب مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪( )emf‬اأي الطاقة التي يكت�ضبها الكولوم الواحد)‪:‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫الطاقة المكت�ضبة‬ ‫=ــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫كمية ال�ضحنة‬ ‫)‪) Joule‬‬ ‫‪W‬‬ ‫)‪)Coulomb‬‬ ‫‪q‬‬ ‫= (‪emf )V‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪20‬‬ ‫‪=2V‬‬ ‫= (‪emf )V‬‬ ‫‪10‬‬ ‫�لمقاومة �لد�خلية للبطارية‬ ‫اإن الإعاقة التي تبديها مادة الو�ضط (المركبات الكيميائية) داخل البطارية لحركة ال�ضحنات الكهربائية خاللها‬ ‫ت�ضمى بالمقاومة الداخلية للبطارية ويرمز لها (‪ ،)r‬لحظ ال�ضكل (‪.)19‬‬ ‫الشكل (‪)19‬‬ ‫‪90‬‬ ‫أسئلة الفصل الرابع‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫�س‪1‬‬ ‫‪ -1‬وحدة قيا�س القوة الدافعة الكهربائية ( ‪ )emf‬هي الفولط (‪ )V‬وت�ساوي‪:‬‬ ‫‪-a‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪-b‬‬ ‫‪J‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪-c‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪s‬‬ ‫‪-d‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪J‬‬ ‫‪ -2‬الخلية الكلفانية الب�سيطة هي‪:‬‬ ‫‪ -a‬بطارية �أولية‬ ‫‪ -b‬بطارية ثانوية‬ ‫‪ -c‬بطارية وقود‬ ‫‪ -d‬بطارية قابلة لل�شحن‪.‬‬ ‫‪ -3‬بطارية ال�سيارة ذات فولطية (‪ )12V‬تتكون من �ست خاليا مربوطة مع بع�ضها‪:‬‬ ‫‪ -a‬جميعهاعلى التوالي‬ ‫‪ -b‬جميعهاعلى التوازي‬ ‫‪ -c‬ثالث خاليا على التوالي والثالث الأخرى على التوازي‬ ‫‪ -d‬خليتان على التوالي و�أربعة على التوازي‬ ‫‪ -4‬في بطارية(�أيون‪ -‬الليثيوم) تعمل �شريحة العازل بين قطبيها على‪:‬‬ ‫‪ -a‬ال�سماح للأيونات المرور من خاللها‪.‬‬ ‫‪ -b‬ال�سماح للمحلول الإلكتروليتي المرور من خاللها‪.‬‬ ‫‪ -c‬ال�سماح للأيونات والمحلول الألكتروليتي المرور خاللها‪.‬‬ ‫‪ -d‬الت�سمح للأيونات والمحلول االلكتروليتي المرور خاللها‪.‬‬ ‫‪ -5‬عند �شحن بطارية ال�سيارة بم�صدر �شاحن ف�أن مقدار‪:‬‬ ‫‪ -a‬فولطية الم�صدر �أكبر قلي ًال من مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ (emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪ -b‬فولطية الم�صدر�أ�صغر من مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪ -c‬فولطية الم�صدر ت�ساوي مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪ -d‬فولطية الم�صدر�أكبر كثير ًا من مقدار القوة الدافعة الكهربائية(‪ )emf‬للبطارية‪.‬‬ ‫‪91‬‬ ‫‪-6‬خلية وقود الهيدروجين تعمل على تحويل‪:‬‬ ‫‪ -a‬الطاقة الكهربائية �إلى طاقة كيميائية‪.‬‬ ‫‪ -b‬الطاقة الكيميائية �إلى طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫‪ -c‬الطاقة ال�ضوئية �إلى طاقة كيميائية‪.‬‬ ‫‪ -d‬الطاقة الكهربائية �إلى طاقة �ضوئية‪.‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫ما البطارية الثانوية ؟ اذكر مثال لها‪.‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫ما نوع الطاقة المخزونة في البطارية الثانوية ؟‬ ‫�س‪4‬‬ ‫و�ضح بالر�سم عملية �شحن بطارية ال�سيارة‪.‬‬ ‫�س‪5‬‬ ‫ما هي الإجراءات اللآزم �إتخاذها للعناية ببطارية ال�سيارة و�إدامتها ؟‬ ‫�س‪6‬‬ ‫�أذكر �أربعة �أجهزة ت�ستعمل فيها البطارية الجافة ؟‬ ‫�س‪7‬‬ ‫ما هي مزايا خلية وقود الهيدروجين ؟‬ ‫�س‪8‬‬ ‫ما مكونات كل من‪:‬‬ ‫‪ -a‬الخلية الجافة؟‬ ‫‪ -b‬بطارية (�أيون‪ -‬الليثيوم) ؟‬ ‫المسائل‬ ‫‪92‬‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�أح�سب مقدار ال�شغل المبذول على �شحنة متحركة مقدارها (‪ (2C‬في دائرة كهربائية تحتوي‬ ‫على بطارية قوتها الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬ت�ساوي (‪.)1.5V‬‬ ‫ج‪3 J :‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫مقدار القوة الدافعة الكهربائية (‪ )emf‬لبطارية (‪ )12V‬ومقدار ال�شغل الذي تزوده البطارية‬ ‫لتحريك ال�شحنة (‪� ،) 120 J ( )q‬إح�سب مقدار ال�شحنة (‪ )q‬المتحركة‪.‬‬ ‫ج‪10 C :‬‬ ‫الفصل‬ ‫الخامس‬ ‫‪5‬‬ ‫الطاقة والقدرة الكهربائية‬ ‫‪Energy and Electrical Power‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-5‬القدرة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 2-5‬الطاقة الكهربائية وكيفية ح�ضابها‪.‬‬ ‫‪ 3-5‬الكهرباء في بيوتنا‪.‬‬ ‫‪ 4-5‬الدوائر الموؤر�ضة‪.‬‬ ‫‪ 5-5‬تَجنُب ال�ضعقة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪93‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫يعرف القدرة الكهربائية الم�ستهلكة في الجهاز‪.‬‬ ‫يو�ضح الفرق بين ا�ضاءة م�صباح قدرته ‪ 20W‬وا�ضاءة م�صباح �آخر قدرته ‪.100W‬‬ ‫ ُيعبر عن عالقة القدرة الكهربائية بالطاقة الكهربائية وبالزمن ب�صيغة ريا�ضية‪.‬‬ ‫ي�ستخدم قانون كلفة الطاقة الكهربائية الم�ستثمرة في ح�ساب الثمن الذي ندفعه عند ا�ستعمال جهاز ما‬ ‫لفترة زمنية معينة‪.‬‬ ‫يعدد �أجزاء القاب�س ذو الفا�صم‪.‬‬ ‫يعلل ربط الفا�صم في دائرة ال�سلك الحي قبل دخول التيار الكهربائي في الجهاز‪.‬‬ ‫يو�ضح �أهمية ت�أري�ض االجهزة الكهربائية ذات الغالف المعدني‪.‬‬ ‫ يبين �أهمية التر�شيد في ا�ستعمال الطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪94‬‬ ‫الطاقة الكهربائية‬ ‫‪Electrical energy‬‬ ‫القدرة‬ ‫‪Power‬‬ ‫�سلك التاري�ض‬ ‫‪Earth Wire‬‬ ‫ال�سلك الحي‬ ‫‪Live wire‬‬ ‫ال�سلك المتعادل‬ ‫‪Neutral wire‬‬ ‫التو�صيل باالر�ض (الت�أري�ض)‬ ‫‪Earthing connection‬‬ ‫القاب�س الكهربائي‬ ‫‪Plug‬‬ ‫‪1-5‬‬ ‫القدرة الكهربائية‬ ‫‪Electrical power‬‬ ‫لماذا يعطي الم�صباح ذي القدرة (‪ )100W‬ا�ضاءة اكبرمن الم�صباح المماثل له ذي القدرة ‪ 20W‬؟‪،‬‬ ‫وماذا تعني هذه االرقام؟‪ .‬الحظ �شكل (‪.)1‬‬ ‫ال�شكل (‪)1‬‬ ‫عند ت�شغيل �أي جهاز �أو �أداة كهربائية فانه ي�ستهلك مقدار ًا معين ًا من الطاقة الكهربائية ويحولها الى‬ ‫نوع �آخر من �أنواع الطاقة‪ ،‬مث ًال �إلى طاقة حركية (كما في المحركات) �أو �إلى طاقة حرارية (كما في‬ ‫المدافىء الكهربائية) �أو �إلى طاقة �ضوئية (كما في الم�صابيح الكهربائية) وغيرها من �أنواع الطاقة‪.‬‬ ‫ويمكن ان تعرف القدرة الكهربائية الم�ستهلكة في الجهاز بانها‪:‬‬ ‫مقدار الطاقة التي ي�ستهلكها (او ي�ستثمرها) الجهاز الكهربائي في وحدة الزمن‪.‬‬ ‫الطاقة‬ ‫القدرة = الزمن‬ ‫‪Energy‬‬ ‫‪Time‬‬ ‫وتقا�س القدرة بوحدات (‬ ‫جول‬ ‫ثانية‬ ‫= ‪Power‬‬ ‫) وهي (واط)‪:‬‬ ‫‪Joule‬‬ ‫‪Second‬‬ ‫= ‪Watt‬‬ ‫فالم�صباح الذي قدرته (‪ )20W‬ي�ستهلك في (‪ )1s‬طاقة مقدارها (‪ ،)20J‬اما الم�صباح الذي قدرته )‪(100W‬‬ ‫في�ستهلك في (‪ )1s‬طاقة مقدارها (‪ ،)100J‬لذا تكون له ا�ضاءة اكبر من ا�ضاءة الم�صباح الذي قدرته (‪.)20W‬‬ ‫‪95‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫ الطاقة الكهربائية = القدرة الكهربائية × الزمن‬‫‪ -‬الأجهزة الكهربائية في المنازل تو�ضل مع بع�ضها على التوازي‪.‬‬ ‫القدرة الكهربائية لجهاز ما تعتمد على مقدار التيار المن�ضاب في ذلك الجهاز وفرق الجهد بين طرفيه‪:‬‬ ‫القدرة الكهربائية = التيار × فرق اجلهد‬ ‫(‪Power )P( = Current )I( × Potential difference )V‬‬ ‫(‪P = I×V ....... )1‬‬ ‫فاذا كان مقدار التيار المن�ضاب في الجهاز ي�ضاوي (‪ )1A‬ومقدار فرق الجهد بين طرفيه (‪ )1V‬عندها تكون‬ ‫القدرة الم�ضتثمرة في الجهاز ت�ضاوي (‪)1W‬‬ ‫‪1 Watt = 1 Ampere × 1 Volt‬‬ ‫وبتطبيق قانون اأوم [‬ ‫‪V‬‬ ‫‪I‬‬ ‫= ‪ ]R‬نح�ضل على‪:‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫(‪P = I × )I R‬‬ ‫(‪P = I2 × R ...... )2‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫‪P=) V (×V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫(‪....... )3‬‬ ‫‪96‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪P= V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫‪‬‬ ‫ح�صاب �لقدرة �لكهربائية‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪ :‬م�ضباح كهربائي يعمل بفولطية (‪)6V‬‬ ‫وبقدرة (‪ ،)2.5W‬بطارية فولطيتها (‪ ، )6V‬فولطميتر ‪،‬‬ ‫اأميتر ‪ ،‬مفتاح كهربائي ‪ ،‬ا�ضالك تو�ضيل‪.‬‬ ‫مﻔتاﺡ‬ ‫القدرﺓ المستثمرﺓ =‬ ‫‪+ -‬‬ ‫‪+‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ .1‬نربط الجهزة في الدائرة الكهربائية كما في ال�ضكل‬ ‫(‪.)2‬‬ ‫‪ .2‬نغلق مفتاح الدائرة الكهربائية ون�ضجل قراءة الميتر‬ ‫(مقدار تيار الدائرة)‪ .‬ثم ن�ضجل قراءة الفولطميتر‬ ‫(مقدار فرق الجهد على طرفي الم�ضباح)‪ .‬اأخير ًا نح�ضب‬ ‫القدرة بتطبيق العالقة التية‪:‬‬ ‫التيار‬ ‫بطارية‬ ‫مصباﺡ‬ ‫‪ A‬أميتر‬ ‫‪-‬‬ ‫×‬ ‫‪-‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪+‬‬ ‫فولطميتر‬ ‫الشكل (‪)2‬‬ ‫×‬ ‫(قراءﺓ االميتر)‬ ‫فرﻕ الجهد‬ ‫(قراءﺓ الﻔولطميتر)‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫في ال�ضكل المجاور مدفاأة كهربائية �ضلطت عليها فولطية مقدارها (‪ )220V‬وكانت مقاومة اأحد ا�ضالك‬ ‫الت�ضخين الثالثة (‪ )88Ω‬اإح�ضب مقدار‪:‬‬ ‫‪ .1‬القدرة الم�ضتهلكة في اأحد ا�ضالك الت�ضخين‪.‬‬ ‫‪ .2‬التيار المن�ضاب في اأحد ا�ضالك الت�ضخين‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪V‬‬ ‫=‪P‬‬ ‫‪R‬‬ ‫القدرة الم�ضتهلكة‬ ‫‪= 550 W‬‬ ‫‪)220(2‬‬ ‫‪88‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫مقدار التيار المن�ضاب‬ ‫‪= 2.5 A‬‬ ‫‪220‬‬ ‫‪88‬‬ ‫‪1-‬‬ ‫=‪P‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪2-‬‬ ‫=‪I‬‬ ‫‪97‬‬ ‫للقدرة الكهربائية تطبيقات كثيرة في حياتنا اليومية حيث ت�ضتثمر في المنازل والم�ضانع والمحال التجارية‬ ‫والم�ضت�ضفيات لغر�ض ال�ضاءة والتدفئة والتبريد وت�ضغيل الجهزة الكهربائية‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)3‬‬ ‫الشكل (‪)3‬‬ ‫‪‬‬ ‫�لتعرف على �لقدرة و�لفولطية لبع�س �الجهزة �لكهربائية �لمنزلية‬ ‫من البيانات المو�ضحة على الجهزة المنزلية(الفولطية والقدرة الكهربائية) اإح�ضب مقدار التيار الذي يحتاجه كل‬ ‫جهاز عند ا�ضتغاله ثم اح�ضب مقدار التيار الكلي؟ لحظ الجدول التالي‪.‬‬ ‫أسﻢ الجهاز‬ ‫قدرﺓ الجهاز‬ ‫(‪P )w‬‬ ‫‪1600W‬‬ ‫فولطية الجهاز‬ ‫(‪V )v‬‬ ‫‪220V‬‬ ‫مدفئة زيتية كهربائية‬ ‫‪1000W‬‬ ‫مكواﺓ كهربائية‬ ‫‪98‬‬ ‫‪220V‬‬ ‫تيار الجهاز‬ ‫‪)I=P/V( A‬‬ ‫أسﻢ الجهاز‬ ‫قدرﺓ الجهاز‬ ‫فولطية الجهاز‬ ‫‪500W‬‬ ‫‪220V‬‬ ‫تيار الجهاز (‪)I=P/V‬‬ ‫ﻏسالة كهربائية‬ ‫‪100W‬‬ ‫‪220V‬‬ ‫مصباﺡ كهربائي‬ ‫‪200W‬‬ ‫‪220V‬‬ ‫مﻔرﻏة هواء كهربائية‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫الم�ضابيح (‪ )c ، b ، a‬في ال�ضكل المجاور متماثلة‪ ،‬ب ّين اأي من الم�ضابيح يكون‬ ‫اكثر توهج ًا (اأكثر �ضطوعا) ؟ وايهما ي�ضتهلك قدرة اكبر؟‬ ‫�لجو�ب‪:‬‬ ‫نالحظ اأن الم�ضباح (‪ )c‬اأكثر �ضطوعا من الم�ضباح (‪ )a‬وكذلك من الم�ضباح‬ ‫(‪ )b‬ب�ضبب زيادة عدد الأعمدة في دائرة الم�ضباح (‪ )c‬اأي زيادة فرق الجهد‬ ‫الكهربائي عبر الم�ضباح‪ ،‬وبالتالي يزداد مقدار التيار المن�ضاب في الم�ضباح‬ ‫(‪.)c‬‬ ‫القدرة المتحولة (من طاقة كهربائية اإلى �ضوئية) في الم�ضباح (‪ )c‬هي‬ ‫‪2‬‬ ‫الأكبر ( ‪.)P= V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫‪99‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫الم�ضابيح المتماثلة (‪ )d ، e ، f‬اأي الم�ضابيح يتوهج اأكثر واأيهما تتحول عنده القدرة الأكبر‪.‬‬ ‫الجواب ‪:‬‬ ‫الم�ضباح (‪ )d‬هو الأكثر �ضطوع ًا (اأكثر توهج ًا) اأما الم�ضباحان (‪ )e ، f‬فيكونان اأقل توهج ًا ب�ضبب زيادة‬ ‫عدد الم�ضابيح في الدائرة وهذا يوؤدي اإلى زيادة المقاومة المكافئة في الدائرة ونق�ضان مقدار التيار المن�ضاب‬ ‫فيها‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫الم�ضباح (‪ )d‬تتحول فيه (ي�ضتهلك) قدرة اأكبر ( ‪.)P= V‬‬ ‫‪R‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫•التيار المن�ضاب في خويط الم�ضباح هو الذي يوؤثر في مقدار توهج الم�ضباح‪.‬‬ ‫•تيار الدائرة الكهربائية يتاأثر بالعوامل التالية‪:‬‬ ‫‪ .1‬فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الدائرة‪.‬‬ ‫‪ .2‬عدد الم�ضابيح الم�ضتعملة في الدائرة (مقاومة الدائرة) وطريقة ربطها‪.‬‬ ‫�صوؤ�ل‪ :‬م�ضباحان الأول مكتوب عليه (‪ )60W‬والثاني مكتوب عليه (‪)30W‬‬ ‫ربطا على التوازي مع بع�ضهما وربطت مجموعتهما بين قطبي بطارية فولطيتها‬ ‫منا�ضبة كما في ال�ضكل (‪)4‬‬ ‫اأمال الفراغ في الجمل الآتية بال�ضارات المنا�ضبة > ‪= ،< ،‬‬ ‫‪ .1‬مقاومة الم�ضباح الول ‪ ...........‬مقاومة الم�ضباح الثاني‪.‬‬ ‫‪ .2‬التيار المن�ضاب في الم�ضباح الأول ‪ ...........‬التيار المن�ضاب في الم�ضباح‬ ‫الثاني‪.‬‬ ‫‪ .3‬ا�ضاءة الم�ضباح الأول ‪ ...........‬ا�ضاءة الم�ضباح الثاني‪.‬‬ ‫‪ .4‬فرق الجهد بين طرفي الم�ضباح الأول ‪ .........‬فرق الجهد بين طرفي‬ ‫الم�ضباح الثاني‪.‬‬ ‫‪100‬‬ ‫ال�ضكل (‪)4‬‬ ‫‪2-5‬‬ ‫الطاقة الكهربائية وكيفية حسابها‬ ‫ن�ضتعمل في بيوتنا العديد من الجهزة الكهربائية‪ ،‬كما تزودنا‬ ‫وزارة الكهرباء بالطاقة الكهربائية الالزمة لت�ضغيل هذه الجهزة‪،‬‬ ‫فتعمل على ن�ضب مقيا�ض كهربائي في كل منزل لت�ضجيل مقدار‬ ‫الطاقة الكهربائية الم�ضتهلكة فيه ون�ضتلم �ضهري ًا قائمة تحوي ثمن‬ ‫الطاقة الم�ضتهلكة‪.‬‬ ‫قيا�ض مقدار الطاقة الكهربائية الم�ضتهلكة من قبل اأي جهاز‬ ‫كهربائي خالل فترة زمنية معينة يتم بالعالقة الآتية‪:‬‬ ‫الشكل (‪)5‬‬ ‫الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (الم�ضتهلكة) (‪ = )J‬القدرة الكهربائية (‪ × )W‬الزمن (‪)s‬‬ ‫‪Electrical Energy Consumption = Electric power × Time‬‬ ‫(‪E )Joules( = P)W( × t )s‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫اإذا ا�ضتعمل مجفف �ضعر لمدة (‪ )20 minutes‬وكانت‬ ‫قدرة المجفف (‪ )1500W‬اإح�ضب مقدار الطاقة الكهربائية‬ ‫الم�ضتثمرة في المجفف ؟‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪t = 20 × 60 = 1200s‬‬ ‫‪E =P×t‬‬ ‫(‪E = 1500)W(×1200)s( =1800000)J‬‬ ‫مقدر الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة‬ ‫(‪E =1800)kJ‬‬ ‫‪101‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫اأبريق �ضاي كهربائي يعمل على فرق جهد (‪ )220V‬ين�ضاب في‬ ‫ملف الإبريق تيا ُر قدره (‪ )10A‬اإح�ضب مقدار‪:‬‬ ‫‪ -1‬قدرة الإبريق‪.‬‬ ‫‪ -2‬الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (الم�ضتهلكة)خالل (‪ )20s‬؟‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫قدرة البريق‬ ‫‪1- P=I×V‬‬ ‫‪P=10×220 =2200W‬‬ ‫‪2- E =P×t‬‬ ‫(‪E = 2200 )W( ×20 )s‬‬ ‫(‪E = 44000)J‬‬ ‫مقدار الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (‪E = 44)kJ‬‬ ‫ﻓﻜر‬ ‫عال َم يعتمد مقدار الطاقة الكهربائية الم�ضتهلكة اأو الم�ضتثمرة ؟‬ ‫يمكننا ح�ضاب الثمن الذي ندفعه بعد ا�ضتعمالنا لجهاز ما لفترة زمنية معينة‪ ،‬اإذا عرفنا ثمن الوحدة الكهربائية‬ ‫(‪ )kW-h‬وذلك من العالقة التية‪:‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة = الطاقة الكهربائية (‪ × )kW-h‬ثمن الوحدة بالدينار لكل (‪.)kW-h‬‬ ‫اي‪:‬‬ ‫‪Cost of Electricity = Electrical Energy Consumed ×Unit Price‬‬ ‫وبما اأن الطاقة الكهربائية = القدرة الكهربائية × الزمن‬ ‫‪E=P×t‬‬ ‫فتكون‪:‬‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة = القدرة (‪ × )kW‬الزمن (‪ × )h‬ثمن الوحدة‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫( ‪Cost of Electricity = Power )kW(×time )hour(×unit price ) Dinar‬‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪102‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫اأذا ا�ضتعملت مكن�ضة كهربائية لمدة (‪ )30 minutes‬وكانت‬ ‫المكن�ضة ت�ضتهلك قدرة (‪ )1000W‬وثمن الوحدة الواحدة‬ ‫( ‪ )100 Dinar‬فما هو المبلغ الواجب دفعه ؟‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫‪P = 1000  1000=1kW‬‬ ‫‪t = 30 minutes = 0.5 h‬‬ ‫ثمن الوحدة ‪Dinar‬‬ ‫‪Unit price = 100‬‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة = القدرة (‪ × )kW‬الزمن (‪ × )hour‬ثمن الوحدة ‪Dinar‬‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪Cost = P)kW( × t )h( (× unit price Dinar‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة‬ ‫‪3-5‬‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫‪( = 50 Dinar‬‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫) ‪Cost = )1kW( × )0.5 h( × 100‬‬ ‫الكهرباء في بيوتنا‬ ‫اأ�ضبحت الطاقة الكهربائية جزء ًا ا�ضا�ض ًا من حياتنا‬ ‫اليومية ول يمكننا ال�ضتغناء عنها‪ ،‬ولكن هناك مخاطر‬ ‫للكهرباء يتوجب علينا تجنبها فال�ضعقة الكهربائية قد‬ ‫تكون �ضديدة وقد توؤدي اإلى الموت‪ ،‬فكيف ن�ضتعمل الطاقة‬ ‫الكهربائية ب�ضكل اآمن في حياتنا‪ .‬تزودنا موؤ�ض�ضات‬ ‫انتاج الطاقة الكهربائية بالطاقة عن طريق �ضلكين يمر‬ ‫فيهما تيار متناوب فرق الجهد بينهما ‪.220V‬‬ ‫ال�ضلك الأول (‪ )L‬جهده ي�ضاوي ‪ 220V‬ي�ضمى‬ ‫ال�ضلك الحي (الحار) ‪ Live wire‬ال�ضلك الثاني (‪)N‬‬ ‫يدعى بال�ضلك المتعادل (البارد) (‪)Neutral wire‬‬ ‫يحمل التيار اأي�ضا ولكن لكونه موؤر�ض ًا عند محطة القدرة‬ ‫فاإن فولطيته لي�ضت عالية كما في ال�ضلك الحي (‪،)L‬‬ ‫لحظ ال�ضكل (‪.)6‬‬ ‫(‪)L‬‬ ‫(‪)N‬‬ ‫ال�ضكل (‪)6‬‬ ‫‪103‬‬ ‫‪4-5‬‬ ‫الدوائر المؤرضة‬ ‫ال�سلك الم�ؤر�ض ) ‪:(The Earth Wire‬‬ ‫من مالحظتك لل�شكل (‪ ،)7‬ال�سلك الم�ؤر�ض ‪ E‬مت�صل‬ ‫بالأر�ض‪ ،‬ي�ستعمل لل�سالمة الكهربائية (�سلك الأمان) ففي‬ ‫حالة حدوث �أي خلل في الدائرة الكهربائية �أو حدوث‬ ‫تما�س بين ال�سلك الحي والغالف المعدني للجهاز‪.‬‬ ‫ف�سوف ي�ؤدي �إلى ان�سياب معظم التيار الكهربائي من‬ ‫ال�سلك الحي �إلى االر�ض من خالل ال�سلك الم�ؤر�ض‪ .‬مما‬ ‫يقلل خطر ال�صعقة الكهربائية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫القاب�س ذو الفا�صم (‪:)Plug with fuse‬‬ ‫القاب�س الكهربائي (‪ )Plug‬يتركب من ال�سلكين‬ ‫الحي (‪ )L‬والمتعادل (‪ )N‬وال�سلك الم�ؤر�ض (‪)E‬‬ ‫والفا�صم (‪ )Fuse‬انها جميع ًا ت�شكل و�سائل االمان‬ ‫الكهربائي الحظ ال�شكل ( ‪.)8‬‬ ‫الفا�صم (‪: )Fuse‬‬ ‫ي�صنع من �سلك فلزي بحيث ال يتحمل تيار ًا يزيد‬ ‫مقدار ُه عن حد معين فاذا تجاوز التيار هذا الحد عندئذ‬ ‫ي�سخن لدرجة حرارية تكفي الن�صهاره‪ ،‬وعندها ينقطع‬ ‫التيار الكهربائي عن الجهاز‪.‬‬ ‫الفا�صم (‪ )fuse‬يجب �أن يو�ضع في دائرة على‬ ‫التوالي مع ال�سلك الحي قبل دخول التيار في الجهاز‪،‬‬ ‫لكي ي�ؤدي وظيفة الحماية فيقطع الدائرة عندما ين�ساب‬ ‫تيار في الدائرة اكبر من التيار المنا�سب لها ‪.‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)9‬‬ ‫‪104‬‬ ‫(‪)E‬‬ ‫(‪)L‬‬ ‫(‪)N‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫ال�شكل (‪)9‬‬ ‫وي�ستعمل �أي�ض ًا جهاز �آخر لالمان الكهربائي‬ ‫ي�سمى القاطع الكهربائي )قاطع الدورة( �إذ‬ ‫يقوم بقطع التيار الكهربائي تلقائيا ًفي حالة‬ ‫ان�سياب تيار اكبر من التيار الم�صمم لها‪ .‬الحظ‬ ‫ال�شكل )‪.(10‬‬ ‫‪5-5‬‬ ‫ال�شكل (‪)10‬‬ ‫تجنب الصعقة الكهربائية‬ ‫عملية الت�أري�ض تعني االت�صال بالأر�ض‬ ‫(‪ )Earthing Connection‬ويرمز لهذه‬ ‫العملية بالرمز ( ) وهي من و�سائل الأمان‬ ‫الأخرى‪.‬‬ ‫ويتم عادة ت�أري�ض الأجهزة الكهربائية ذات‬ ‫الغالف المعدني لتجنب ال�صعقة الكهربائية‬ ‫وحماية الأجهزة الكهربائية‪ ،‬الن �سلك الت�أري�ض‬ ‫هو �سلك غليظ مقاومته الكهربائية �صغيرة جد ًا‬ ‫�أقل من مقاومة ج�سم الإن�سان‪ ،‬لذا فان التيار‬ ‫ين�ساب في ال�سلك وال ين�ساب في ج�سم ال�شخ�ص‬ ‫المالم�س للجهاز فتتكون دائرة ق�صيرة مع ال�سلك‬ ‫من غير �أن يكون ج�سم ال�شخ�ص �ضمنها الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)11‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪� ،)12-a‬إذا افتر�ضنا �أن‬ ‫خل ًال ما حدث في الغ�سالة (المو�صولة بالنقطة‬ ‫الكهربائية عن طريق القاب�س الثنائي) �أدى �إلى‬ ‫مالم�سة ال�سلك الحار لج�سم الغ�سالة المعدني‬ ‫و�إذا �صادف �أن لم�س �شخ�ص الغالف الخارجي‬ ‫للغ�سالة‪� ،‬ستتكون عندئذ دائرة كهربائية ي�سري‬ ‫فيها التيار الكهربائي من ال�سلك الحي عبر‬ ‫الغ�سالة وعبر ج�سم ال�شخ�ص �إلى الأر�ض في�صاب‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫ال�شكل (‪)12-a‬‬ ‫‪105‬‬ ‫ال�شخ�ص عندئذ ب�صعقة كهربائية �شديدة وخطرة‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)12-b‬‬ ‫فاذا تم تو�صيل الغ�سالة بنقطة الكهرباء عن‬ ‫طريق القاب�س الثالثي الحاوي على �سلك الت�أري�ض‬ ‫�شكل (‪ )12-c‬فاذا كان هناك تما�س بين ال�سلك‬ ‫الحي وغالف الغ�سالة المعدني فلن ي�ؤدي �إلى‬ ‫حدوث �صعقة كهربائية لل�شخ�ص‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)12-b‬‬ ‫ال�شكل (‪)12-c‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ت�سبب ال�صعقة الكهربائية عند التعر�ض‬ ‫لها �أ�ضرار ًا مختلفة في ج�سم الإن�سان‬ ‫وخا�صة في عمل الخاليا والنظام الع�صبي‪،‬‬ ‫فمث ًال ان�سياب تيار مقداره (‪)0.005A‬‬ ‫ي�سبب �ألما ب�سيط ًا‪� ،‬أما ان�سياب تيار مقداره‬ ‫(‪ )0.01A‬فيجعل الع�ضالت تنقب�ض‪� ،‬أما‬ ‫ان�سياب تيار مقداره (‪ )0.1A‬تقريب ًا‬ ‫لثواني قليلة قد ي�ؤدي �إلى الموت‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫‪106‬‬ ‫لكي تحمي نف�سك من مخاطر الكهرباء يجب توخي الحذر و�إتباع‬ ‫�إجراءات ال�سالمة الآتية‪:‬‬ ‫‪1.1‬عدم مالم�سة �شخ�ص متعر�ض �إلى �صعقة كهربائية �إال بعد ف�صله‬ ‫عن م�صدر الكهرباء‪.‬‬ ‫‪2.2‬تجنب و�ضع ج�سم معدني مم�سوك باليد (م�سمار حديدي �أو �سلك‬ ‫غير معزول) في نقطة الكهرباء‪.‬‬ ‫‪3.3‬عدم ترك الأ�سالك متهرئة (مك�شوفة بدون عازل)‪.‬‬ ‫‪4.4‬تجنب ان يت�صل ج�سمك بين ال�سلك الحي وال�سلك المتعادل �أو �أن‬ ‫يت�صل ج�سمك بين ال�سلك الحي والأر�ض ‪.‬الحظ �شكل (‪.)14‬‬ ‫عزيزي الطالب عزيزتي الطالبة‪:‬‬ ‫�إن تر�شيد �إ�ستهالك الطاقة الكهربائية يعني‬ ‫الإ�ستخدام الأمثل لموارد الطاقة الكهربائية‬ ‫المتوفرة منها �إ�ستغالل اال�ضاءة الطبيعية وتقليل‬ ‫ا�ستعمال االنارة بالم�صابيح الكهربائية �أثناء‬ ‫النهار و�أجهزة التبريد والتدفئة في الغرف غير‬ ‫الم�ستعملة وا�ستعمال الم�صابيح االقت�صادية‬ ‫(مثل الفلور�سنت) ان امكن ذلك‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)14‬‬ ‫‪107‬‬ ‫أسئلة الفصل الخامس‬ ‫س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الفا�صم يجب �أن يربط‪:‬‬ ‫‪ -a‬على التوالي مع ال�سلك الحي‪.‬‬ ‫‪ -b‬على التوالي مع ال�سلك المتعادل‪.‬‬ ‫‪ -c‬مع �سلك الت�أري�ض‪.‬‬ ‫‪ -d‬على التوازي مع ال�سلك الحي‪.‬‬ ‫‪(-2‬الكيلو واط ‪� -‬ساعة) اي (‪ )kW-h‬هي وحدة قيا�س‪:‬‬ ‫‪-a‬‬ ‫‪-b‬‬ ‫‪-c‬‬ ‫‪-d‬‬ ‫القدرة‪.‬‬ ‫فرق الجهد‪.‬‬ ‫المقاومة‪.‬‬ ‫الطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪� -3‬أحدى الوحدات التالية ‪ ،‬لي�ست وحدات للقدرة الكهربائية‪:‬‬ ‫‪-a‬‬ ‫‪J‬‬ ‫‪s‬‬ ‫‪Watt -b‬‬ ‫‪A × V -c‬‬ ‫‪J × s -d‬‬ ‫‪� -4‬إبريق �شاي كهربائي يعمل بقدرة مقدارها (‪ )1200 W‬ف�إذا كان التيار المن�ساب في الإبريق‬ ‫(‪ )5A‬فما مقدار الفولطية التي يعمل عليها هذا الجهاز‪.‬‬ ‫‪60 V-a‬‬ ‫‪120 V-b‬‬ ‫‪240 V-c‬‬ ‫‪600V-d‬‬ ‫‪108‬‬ ‫‪ -5‬جهاز كهربائي ي�ستثمر طاقة مقدارها (‪ )18000 J‬في مده خم�س دقائق‪ ،‬ف�إن معدل القدرة‬ ‫الم�ستثمرة في هذا الجهاز ت�ساوي‪.‬‬ ‫‪360Watt -a‬‬ ‫‪180 Watt -b‬‬ ‫‪30 Watt -c‬‬ ‫‪60Watt -d‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫علل ما ي�أتي ؟‬ ‫‪ -1‬يربط قاطع الدورة في الدائرة الكهربائية للمنزل على التوالي مع ال�سلك الحار قبل تجهيز الآجهزة‬ ‫الكهربائية بالطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ -2‬ت�ؤر�ض الأجهزة الكهربائية وبالخ�صو�ص ذات الغالف المعدني‪.‬‬ ‫‪ -3‬يمكن لطائر �أن يقف على �سلك مك�شوف من �أ�سالك الجهد العالي دون �أن ي�صاب ب�صعقه‬ ‫كهربائية ؟‬ ‫�س‪3‬‬ ‫هل �أن قاطع الدورة يربط على التوالي �أم على التوازي في الدائرة الكهربائية مع‬ ‫الجهاز المطلوب حمايته؟ ولماذا ؟‬ ‫‪109‬‬ ‫المسائل‬ ‫�س‪1‬‬ ‫ال�شكل المجاور يمثل دائرة كهربائية تحتوي على م�صباح (‪ )L‬وفولطميتر و�أميتر ‪ ،‬ف�إذا‬ ‫علمت �أن قراءة الفولطميتر (‪ )3V‬وقراءة االميتر (‪�.)0.5A‬أح�سب‪:‬‬ ‫‪ - 1‬مقاومة الم�صباح ؟‬ ‫‪ - 2‬قدرة الم�صباح؟‬ ‫فولطميتر‬ ‫ج‪:‬‬ ‫�أميتر‬ ‫�أميتر‬ ‫‪1- 6 Ω‬‬ ‫‪2- 1.5 Watt‬‬ ‫مقاومتان (‪ (90 Ω ، 180 Ω‬مربوطتان مع بع�ضهما على التوازي وربطت المجموعة‬ ‫�س‪2‬‬ ‫عبرم�صدر فرق جهده(‪ .) 36V‬اح�سب‪:‬‬ ‫‪ -1‬التيار المن�ساب في كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -2‬القدرة الم�ستهلكة في كل مقاومة بطريقتين مختلفتين‪.‬‬ ‫قارن بين مقداري القدرة الم�ستهلكة في كل مقاومة‪ .‬ماذا ت�ستنتج من ذلك ؟‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪1- 0.4A , 0.2A‬‬ ‫‪2- 14.4Watt , 7.2Watt‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫�س‪4‬‬ ‫م�صباح يحمل ال�صفات التالية (‪ )21V) ,(24W‬اح�سب بالكيلو واط ‪� -‬ساعة (‪،)kW-h‬‬ ‫الطاقة الم�ستهلكة خالل زمن مقداره (‪.)10hours‬‬ ‫ج‪0.24 )kW-h( :‬‬ ‫�سخان كهربائي ي�ستهلك قدرة (‪� ،)2kW‬شغل لمدة �ست �ساعات (‪ .)6hour‬ما كلفة الطاقة‬ ‫الم�ستهلكة اذا علمت ان ثمن (‪ ) kW-h‬الواحد (‪ 100‬دينار)‪.‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪110‬‬ ‫‪1200 Dinar‬‬ ‫الفصل‬ ‫السادس‬ ‫‪6‬‬ ‫الكهربائية والمغناطيسية‬ ‫‪Electricity and Magnetism‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-6‬المجال المغناطي�ضي للتيار الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 2-6‬المجال المغناطي�ضي المحيط ب�ضلك مو�ضل م�ضتقيم‬ ‫ين�ضاب فيه تياركهربائي م�ضتمر‪.‬‬ ‫‪ 3-6‬المجال المغناطي�ضي النا�ضئ من اإن�ضياب تيار كهربائي‬ ‫م�ضتمر في حلقة مو�ضلة دائرية‪.‬‬ ‫‪ 4-6‬المغناطي�ض الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 5-6‬ا�ضتعمالت المغانط الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 6-6‬الحث الكهرومغاطي�ضي والقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫المحتثة‪.‬‬ ‫‪ 7-6‬تطبيقات ظاهرة الحث الكهرومغناطي�ضي‬ ‫‪111‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي ان يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫يذكر ا�ستنتاج تجربة اور�ستد‪.‬‬ ‫ي�شرح بتجربة التاثير المغناطي�سي للتيار الكهربائي‪.‬‬ ‫يميز بين �شكل خطوط المجال المغناطي�سي حول �سلك م�ستقيم وحلقة دائرية وملف حلزوني عند �إن�سياب‬ ‫التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫يعدد بع�ض التطبيقات العملية للت�أثير المغناطي�سي للتيار الكهربائي‪.‬‬ ‫يذكر قاعدة الكف االيمن لتحديد �إتجاه المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫ ُيعرف المغناطي�س الكهربائي‪.‬‬ ‫يعدد التطبيقات العملية للمغناطي�س الكهربائي‪.‬‬ ‫يف�سر ظاهرة الحث الكهرومغناطي�سي‪.‬‬ ‫يقارن بين �أجزاء المولد الب�سيط للتيار المتناوب واجزاء المولد الب�سيط للتيار الم�ستمر (الداينمو)‪.‬‬ ‫ي�شرح عمل المحرك الكهربائي‪.‬‬ ‫المصطلحات العلمية‬ ‫‪112‬‬ ‫المجال المغناطي�سي‬ ‫‪Magnetic field‬‬ ‫المغناطي�س الكهربائي‬ ‫‪Electromagnet‬‬ ‫المرحل الكهرومغناطي�سي‬ ‫‪Electromagnetic Relay‬‬ ‫المولد الكهربائي‬ ‫‪Electric Generator‬‬ ‫�شحنة كهربائية‬ ‫‪Electric charge‬‬ ‫المحرك الكهربائي‬ ‫‪Electric motor‬‬ ‫الحث الكهرومغناطي�سي‬ ‫‪Electromagnetic Induction‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪Electromotive Force‬‬ ‫�سلك‬ ‫‪Wire‬‬ ‫مقدمة ‪Introduction‬‬ ‫في عام ‪1820‬م لحظ العالم اور�ضتد انحراف ابرة مغناطي�ضية مو�ضوعة بجوار �ضلك عند ان�ضياب تيار كهربائي‬ ‫م�ضتمر فيه من خالل تجربة ب�ضيطة اكت�ضف بعدها ان للتيار الكهربائي تاأثير ًا مغناطي�ضي ًا‪ .‬و�ضندر�ض في هذا الف�ضل‬ ‫التاأثير المغناطي�ضي للتيار الكهربائي المن�ضاب في مو�ضل وبع�ض التطبيقات العملية على ذلك‪.‬‬ ‫‪1-6‬‬ ‫المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي ‪Magnetic field of electric current‬‬ ‫للتعرف على التاأثير المغناطي�ضي للتيار الكهربائي نجري الن�ضاط التي‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫تجربة �ور�صتد‬ ‫ادوات الن�ضاط‪:‬‬ ‫ابرة مغناطي�ضية ت�ضتند على حامل مدبب‪� ،‬ضلك غليظ بطول‬ ‫(‪ ، )30cm‬بطارية فولطيتها (‪ ،)1.5V‬ا�ضالك تو�ضيل‪،‬‬ ‫مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫ نترك البرة المغناطي�ضية حرة لتتجه بموازاة خطوط‬‫المجال المغناطي�ضي الر�ضي‪.‬‬ ‫ نجعل ال�ضلك الغليظ فوق البرة المغناطي�ضية بحيث يكون‬‫موازي ًا لمحورها‪.‬‬ ‫ نربط طرفي ال�ضلك الغليظ بين قطبي البطارية وعبر‬‫المفتاح الكهربائي‪.‬‬ ‫ نغلق المفتاح لبرهة من الزمن �ضنالحظ انحراف البرة‬‫المغناطي�ضية ومن ثم ا�ضتقرارها بو�ضع عمودي على طول‬ ‫ال�ضلك‪ ،‬ثم عودة البرة الى و�ضعها ال�ضابق بعـ ــد انقطاع‬ ‫التيار‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)1‬‬ ‫ نعك�ض اتجاه التيار الكهربائي المن�ضاب في ال�ضلك الغليظ‬‫وذلك بعك�ض قطبية الن�ضيدة المربوطة في الدائرة‪ ،‬ثم‬ ‫نغلق المفتاح الكهربائي لبرهة من الزمن اي�ض ًا‪� ،‬ضنالحظ‬ ‫ال�ضكل (‪)1‬‬ ‫‪113‬‬ ‫انحراف البرة المغناطي�ضية ومن ثم ا�ضتقرارها بو�ضع عمودي على طول ال�ضلك وباأتجاه معاك�ض للحالة الولى‪.‬‬ ‫ كرر الخطوات اعاله مع و�ضع ال�ضلك الغليظ تحت البرة المغناطي�ضية وب�ضكل مواز ٍ لالبرة‪ .‬ماذا تالحظ في كل‬‫خطوة ؟‬ ‫ان انحراف البرة المغناطي�ضية للبو�ضلة يدل على تاأثرها بعزم قوة مغناطي�ضية ب�ضبب وجودها في مجال‬ ‫مغناطي�ضي‪ ،‬كما ان عودتها الى و�ضعها ال�ضابق عند قطع التيار الكهربائي يدل على ان التيار الكهربائي ولد هذا‬ ‫المجال المغناطي�ضي لحظ ال�ضكل (‪ )2‬وعليه فان‪:‬‬ ‫ان�ضياب تيار كهربائي في �ضلك مو�ضل يولد حوله مجا ًل مغناطي�ضي ًا (وهذا ما ا�ضتنتج ُه اور�ضتد من التجربة‬ ‫ال�ضابقة)‪.‬‬ ‫ﻓﻜر‬ ‫•ما الغر�ض من ا�ضتعمال ال�ضلك الغليظ يف هذه التجربة ؟‬ ‫•ما ال�ضبب من غلق الدائرة لربهة ؟‬ ‫ال�ضكل (‪)2‬‬ ‫‪2-6‬‬ ‫المجال المغناطيسي المحيط بسلﻚ مستقيم موصل ينساﺏ فيه‬ ‫تيار كهربائي مستمر‬ ‫اإذا كان ان�ضياب التيار الكهربائي الم�ضتمر في �ضلك مو�ضل يولد حول ُه مجال مغناطي�ضيا‪ ،‬فما �ضكل هذا المجال‪،‬‬ ‫وكيف نحدد اتجاهه؟ وماهي العوامل التي يعتمد عليها ؟‬ ‫لالجابة على ذلك‪ ،‬نجري الن�ضاط التي‪:‬‬ ‫‪2‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫تخطيط �لمجال �لمغناطي�صي لتيار م�صتمر ين�صاب في �صلك م�صتقيم‬ ‫ورقة مقوى ‪ ،‬عدة بو�ضالت مغناطي�ضية �ضغيرة ‪� ،‬ضلك غليظ ‪ ،‬مفتاح كهربائي ‪ ،‬بطارية كهربائية فولطيتها منا�ضبة ‪،‬‬ ‫برادة حديد‪.‬‬ ‫‪114‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫•نمرر ال�سلك من خالل ورقة المقوى ونربط الدائرة‬ ‫الكهربائية الحظ ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫•ننثر برادة الحديد حول ال�سلك‪ .‬ونغلق الدائرة الكهربائية‬ ‫لين�ساب التيار الكهربائي في ال�سلك‪ ،‬وننقر على الورقة‬ ‫نقرات خفيفة‪ ،‬ماذا نالحظ ؟ الحظ ال�شكل (‪.)4‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫•نكرر الخطوات بو�ضع مجموعة البو�صالت فوق ورقة‬ ‫المقوى بدل برادة الحديد �ست�شكل دائرة مركزها ال�سلك‬ ‫كما في ال�شكل (‪.)5‬‬ ‫•نغلق الدائرة لفترة زمنية ق�صيرة فين�ساب تيار كهربائي‬ ‫خالل ال�سلك‪ ،‬الحظ اتجاه القطب ال�شمالي لالبرة‬ ‫المغناطي�سية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫•نعك�س قطبية البطارية لينعك�س اتجاه التيار الكهربائي‬ ‫في ال�سلك ؟ ونكرر الخطوات اعاله ماذا تالحظ ؟‬ ‫ن�ستنتج من هذا الن�شاط ان برادة الحديد تترتب ب�شكل‬ ‫دوائر متحدة المركز مركزها ال�سلك وبم�ستوى عمودي‬ ‫عليه‪ ،‬وهذه الدوائر تمثل خطوط المجال المغناطي�سي حول‬ ‫ال�سلك والنا�شىء عن ان�سياب تيار كهربائي في ال�سلك‪.‬‬ ‫اما اتجاه االقطاب ال�شمالية لأبر البو�صالت فيمثل اتجاه‬ ‫المجال المغناطي�سي في النقطة المو�ضوعة فيها البو�صلة‬ ‫ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫•ت�صور انك تم�سك ال�سلك بوا�سطة كف يدك اليمنى‪،‬‬ ‫وابهامك ي�شير الى اتجاه التيار الكهربائي المن�ساب في‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫‪115‬‬ ‫ال�سلك‪ ،‬الحــظ هل يكون اتجاه االقطاب ال�شمالية البر‬ ‫البو�صالت في اتجاه لف اال�صابع الحظ ال�شكل (‪.)7‬‬ ‫فلتحديد اتجاه المجال المغناطي�سي حول �سلك م�ستقيم ين�ساب‬ ‫فيه تيار كهربائي م�ستمر نطبق قاعدة الكف اليمنى كما يلي‪:‬‬ ‫ام�سك ال�سلك بالكف اليمنى بحيث ي�شير االبهام الى اتجاه‬ ‫التيارالكهربائي‪ ،‬بينما يكون �إتجاه لف اال�صابع باتجاه‬ ‫المجال المغناطي�سي الحظ ال�شكل (‪.)8‬‬ ‫ان العوامل التي يعتمد عليها المجال المغناطي�سي النا�شئ‬ ‫حول �سلك م�ستقيم ين�ساب فيه تيارا كهربائي ًا م�ستمر ًا هي‪:‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫‪1 .1‬يزداد مقدار المجال المغناطي�سي (بازدياد عدد خطوط المجال‬ ‫المغناطي�سي المارة عمودي ًا خالل وحدة الم�ساحة �ضمن م�ساحة‬ ‫معينة) بزيادة مقدار التيار الكهربائي المن�ساب في ال�سلك‪.‬‬ ‫‪2 .2‬يزداد مقدار المجال المغناطي�سي باالقتراب من ال�سلك ويقل‬ ‫مقدار ُه كلما ابتعدنا عن ال�سلك‪.‬‬ ‫‪3 .3‬اتجاه المجال المغناطي�سي يعتمد على اتجاه التيار الكهربائي‬ ‫الم�ستمر المن�ساب في ال�سلك الم�ستقيم‪.‬‬ ‫�إذا ان�ساب تيار كهربائي م�ستمر في �سلك عمودي على �صفحة‬ ‫افقية فان اتجاه المجال المغناطي�سي يكون ب�شكل دوائر متحدة‬ ‫المركز حول ال�سلك في م�ستوي ال�صفحة واتجاهه يتوقف على‬ ‫اتجاه ان�سياب التيار الكهربائي في ال�سلك‪.‬‬ ‫فاذا ان�ساب التيار في ال�سلك نحو الناظر (خارج ًا من الورقة)‬ ‫فاتجاه المجال المغناطي�سي واتجاه التيار �سيكون كما في ال�شكل‬ ‫(‪.)9-a‬‬ ‫واذا ان�ساب التيار في ال�سلك مبتعد ًا عن الناظر فاتجاه المجال‬ ‫المغناطي�سي واتجاه التيار يكون كما في ال�شكل (‪.)9-b‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫ال�شكل (‪� )9‬إتجاه المجال الكهربائي والمجال المغناطي�سي‬ ‫‪116‬‬ ‫‪3-6‬‬ ‫المجال المغناطيسي الناشﺊ من انسياﺏ تيار كهربائي مستمر‬ ‫في حلقة موصلة دائرية‬ ‫تعرفنا في الفقرة ال�ضابقة على المجال المغناطي�ضي حول �ضلك مو�ضل ين�ضاب فيه تيار كهربائي م�ضتمر فهل تتغير‬ ‫�ضفات المجال المغناطي�ضي بتغير �ضكل ال�ضلك المو�ضل الذي ين�ضاب فيه التيار الكهربائي ؟ لالجابة عن هذا ال�ضوؤال‬ ‫نجري الن�ضاط التي‪:‬‬ ‫‪3‬‬ ‫تخطيط �لمجال �لمغناطي�صي لتيار كهربائي م�صتمر ين�صاب في حلقة د�ئرية‬ ‫ادوات الن�ضاط‪ :‬ورقة مقوى ‪ ،‬عدد من البو�ضالت المغناطي�ضية‪،‬‬ ‫حلقة من �ضلك غليظ معزول ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪ ،‬بطارية فولطيتها‬ ‫منا�ضبة (عمود جاف) ‪ ،‬برادة حديد‪.‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫•نثبت ال�ضلك الغليظ الدائري في لوح المقوى كما في ال�ضكل‬ ‫(‪ )10‬ونربط الدائرة الكهربائية التي تتاألف من حلقة‬ ‫مربوطة على التوالي مع بطارية‪.‬‬ ‫•نمرر التيار الكهربائي في ال�ضلك برهة زمنية ون�ضع في عدة‬ ‫مواقع عن مركز الحلقة عدد من البو�ضالت ‪ ،‬لحظ اإتجاه‬ ‫انحراف اقطاب البرة المغناطي�ضية للبو�ضلة‪.‬‬ ‫• نعك�ض اتجاه التيار المن�ضاب في الحلقة ونكرر الخطوات‬ ‫اعاله‪ .‬ماذا تالحظ؟‬ ‫•نعيد عمل الن�ضاط با�ضتعمال برادة الحديد ولحظ ترتيبها‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج ان �ضكل خطوط المجال المغناطي�ضي النا�ضئ عن ان�ضياب‬ ‫التيار الكهربائي الم�ضتمر في حلقة مو�ضلة تكون خطوط‬ ‫بي�ضوية ال�ضكل تقريبا تزدحم داخل الحلقة وتكون عمودية على‬ ‫م�ضتوى الحلقة‪ .‬ال�ضكل (‪)10‬‬ ‫•ولمعرفة �ضكل المجال المغناطي�ضي لتيار كهربائي م�ضتمر‬ ‫ين�ضاب في ملف محلزن‪ ،‬نعمل التي‪ :‬نكرر الن�ضاط (‪)3‬‬ ‫با�ضتعمال ٍ‬ ‫ملف محلزنٍ (عدة حلقات او لفات) لحظ‬ ‫ال�ضكل (‪ )11‬بدل من الحلقة �ضنالحظ ان خطوط المجال‬ ‫المغناطي�ضي م�ضابه لل�ضكل (‪ )10‬ولكنها تكون متوازية مع‬ ‫بع�ضها داخل الملف‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)10‬‬ ‫ال�ضكل (‪)11‬‬ ‫‪117‬‬ ‫من هذا الن�شاط ن�ستنتج ان‪:‬‬ ‫�شكل المجال المغناطي�سي داخل الملف المحلزن عبارة‬ ‫عن خطوط م�ستقيمة متوازية‪ ،‬اما خارج الملف فتكون‬ ‫خطوط مقفلة الحظ ال�شكل (‪()12‬ي�شبه �شكل المجال‬ ‫المغناطي�سي ل�ساق ممغنط) والذي �سبق وان تعرفت عليه‬ ‫في الف�صل الثاني‪ ،‬ويعتمد مقدار المجال المغناطي�سي على‬ ‫مقدار التيار وعدد اللفات في وحدة الطول حيث يتنا�سب‬ ‫طرديا معهما‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )12‬المجال المغناطي�سي لملف حلزوني‬ ‫اما اتجاه المجال المغناطي�سي داخل الملف فيحدد با�ستعمال قاعدة الكف اليمنى للملف‪ ،‬فلو م�سكنا الملف‬ ‫بالكف اليمنى بحيث يكون لف اال�صابع تمثل �إتجاه التيار الكهربائي في�شير االبهام الى اتجاه خطوط المجال‬ ‫المغناطي�سي داخل الملف (اي ي�شير الى القطب ال�شمالي)‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫‪118‬‬ ‫ﺳﺆال‬ ‫‪ .1‬قارن بين خطوط المجال المغناطي�ضي حول �ضاق مغناطي�ضية‬ ‫وحول ملف ين�ضاب فيه تيار كهربائي م�ضتمر‪ .‬لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪.)14-a ،b‬‬ ‫‪ .2‬قارن بين خطوط المجال المغناطي�ضي داخل الملف وخارجه‬ ‫من حيث التجاه والمقدار‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)14-b‬‬ ‫ال�ضكل (‪)14-a‬‬ ‫ال�ضكل (‪)14-b‬‬ ‫وكذلك يمكن ان يتولد مجال مغناطي�ضي حول �ضحنة‬ ‫متحركة كحركة اللكترون حول نواة الذرة لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪.)15‬‬ ‫ال�ضكل (‪)15‬‬ ‫‪119‬‬ ‫‪4-6‬‬ ‫المغناطيس الكهربائي ‪Electromagnet‬‬ ‫بالرجوع الى الن�ضاط ال�ضابق (‪ ،)3‬وبيان تاأثر قطعة من الحديد‬ ‫المطاوع (م�ضمار حديد) عند و�ضعها داخل �ضلك مو�ضل محلزن‪.‬‬ ‫ان قطعة الحديد المطاوع �ضتتمغنط عند ان�ضياب التيار الكهربائي‬ ‫الم�ضتمر في ال�ضلك المو�ضل المحلزن‪ ،‬وعند قطع التيار �ضتفقد قطعة‬ ‫الحديد مغناطي�ضيتها‪ .‬انك في هذه الحالة تكون قد �ضنعت مغناطي�ض ًا‬ ‫كهربائي ًا موؤقت ًا‪ .‬وهذا يعني ان المغناطي�ض الكهربائي هو مغناطي�ض‬ ‫موؤقت يزول بزوال التيار الكهربائي المن�ضاب في ال�ضلك‪.‬‬ ‫ويمكن ا�ضتثمارهذه الظاهرة في �ضنع المغانط الكهربائية لحظ‬ ‫ال�ضكل (‪.)16‬‬ ‫ويتركب المغناطي�ض الكهربائي من قلب من الحديد المطاوع ملفوف‬ ‫حوله �ضلك مو�ضل معزول‪ ،‬ويمكن ان يكون ب�ضكل �ضاق م�ضتقيمة اأو ب�ضكل‬ ‫حرف (‪ )U‬لحظ ال�ضكل (‪ )17‬ويكون اتجاه لف ال�ضلك في المغناطي�ض‬ ‫ب�ضكل حرف (‪ )U‬حول قلب الحديد باتجاهين متعاك�ضين للح�ضول على‬ ‫قطبين مغناطي�ضين احدهما �ضمالي والخر جنوبي في طرفيه وترتبط‬ ‫نهايتي ال�ضلك بم�ضدر للتيار الكهربائي ‪ ،‬فعند اغالق الدائرة الكهربائية‬ ‫يتولد ما ي�ضمى (بالمغناطي�ض الكهربائي) وعند فتح الدائرة الكهربائية‬ ‫(اي انقطاع التيار الكهربائي) يتال�ضى المجال المغناطي�ضي في قطعة‬ ‫الحديد المطاوع ب�ضرعة (اي ح�ضلنا على مغناطي�ض موؤقت)‪ .‬اما اإذا اأردنا‬ ‫احتفاظ المغناطي�ض الكهربائي بالمغناطي�ضية لفترة اطول بعد انقطاع‬ ‫التيار الكهربائي فن�ضتعمل الفولذ كقلب بد ًل من الحديد المطاوع‪.‬‬ ‫يعتمد مقدار المجال المغناطي�ضي للمغناطي�ض الكهربائي على‪:‬‬ ‫‪ - 1‬عدد لفات الملف لوحدة الطول‪.‬‬ ‫‪ - 2‬نوع مادة القلب‪.‬‬ ‫‪ - 3‬مقدار التيار الكهربائي المن�ضاب في الملف‪.‬‬ ‫‪120‬‬ ‫ال�ضكل (‪)16‬‬ ‫ال�ضكل (‪)17‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫ال�ضكل (‪ )18‬مغناطي�ض كهربائي ي�ضتعمل لرفع‬ ‫يزداد المجال المغناطي�ضي بين قطبي المغناطي�ض عندما يكون‬ ‫ب�ضكل حرف ‪.U‬‬ ‫الثقال الكبيرة‬ ‫‪5-6‬‬ ‫استعماالت المغانط الكهربائية‬ ‫الجر�س الكهربائي‪:‬‬ ‫هو جهاز للتنبيه م�ألوف للطالب‪ ،‬ا�ستثمرالمغناطي�س‬ ‫الكهربائي في �آلية عمل الجر�س الكهربائي ويت�ألف من‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫مغناطي�س كهربائي ب�شكل حرف ‪ U‬الحظ �شكل (‪.)19‬‬ ‫حافظة من الحديد المطاوع‪.‬‬ ‫م�سمار محوري‪.‬‬ ‫مطرقة‪.‬‬ ‫ناقو�س معدني‪.‬‬ ‫فعند ربط الجر�س بدائرة كهربائية تحتوي بطارية منا�سبة‬ ‫ومفتاح وعند اغالق المفتاح يعمل المغناطي�س الكهربائي على‬ ‫جذب قطعة الحديد المطاوع فتتحرك المطرقة نحو الناقو�س‬ ‫وتحدث �صوت ًا وعندها تكون الدائرة الكهربائية مفتوحة‬ ‫لذا يفقد المغناطي�س مغناطي�سيته فتبتعد قطعة الحديد عن‬ ‫المغناطي�س الكهربائي وتتكون فجوة بينهما وتبتعد المطرقة‬ ‫فينقطع �صوت الجر�س الكهربائي وتتكرر العملية مع ا�ستمرار‬ ‫ان�سياب التيار الكهربائي في دائرة الجر�س الكهربائي‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )19‬الجر�س الكهربائي‬ ‫الهاتف‪:‬‬ ‫هو احدى و�سائل االت�صال ال�سلكية عن بعد والتي ت�ستعمل‬ ‫الر�سال وا�ستقبال (الموجات ال�صوتية) بين �شخ�صين او اكثر‬ ‫الحظ ال�شكل (‪ .)20‬ويتم ت�شغيلها من خالل ار�سال ا�شارات‬ ‫كهربائية عن طريق �شبكة تلفونية معقدة والتي ت�سهل ات�صال‬ ‫�أي م�ستعمل لها بالآخر‪.‬‬ ‫�شكل(‪ )20‬اجزاء الهاتف‬ ‫‪121‬‬ ‫عند التكلم امام الالقطة يتغير مقدار التيار في الدائرة‬ ‫الكهربائية بفعل نب�ضات من الت�ضاغط والتخلخل وب�شكل‬ ‫م�شابه لتردد موجات �صوت المتكلم (التردد نف�سه) وهذا‬ ‫التغير بالتيار ينتقل خالل اال�سالك الى �سماعة الهاتف‬ ‫االخر والذي يمر عبر المغناطي�س الكهربائي الذي يجذب‬ ‫بدوره قر�ص ًا رقيق ًا من الحديد المطاوع فيتذبذب مولد ًا‬ ‫موجات �صوتية في الهواء م�شابه ًا ل�صوت المتكلم الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)21‬‬ ‫ال�شكل (‪)21‬‬ ‫المرحل الكهربائي ‪:Electromagnet Relay‬‬ ‫عبارة عن مفتاح مغناطي�سي ي�ستعمل كاداة للتحكم‬ ‫في اغالق وفتح دائرة كهربائية‪ .‬ففي ال�سيارة مث ًال يعمل‬ ‫المرحل بالتحكم في ت�شغيل دائرة التيار الكبير (المحرك‬ ‫عند بدء الت�شغيل) بو�ساطة تيار �صغيرعند ادارة مفتاح‬ ‫ت�شغيل ال�سيارة‪ .‬كما وي�ستعمل في الدوائر االلكترونية‬ ‫لفتح واغالق الدائرة ذاتي ًا‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)22‬‬ ‫ال�شكل (‪)22‬‬ ‫‪6-6‬‬ ‫الحث الكهرومغناطيسي والقوة الدافعة الكهربائية المحتثة‬ ‫لقد علمت ان التيار الكهربائي المن�ساب في �سلك يولد مجا ًال مغناطي�سي ًا حوله‪ ،‬ولكن هل يمكن توليد تيار كهربائي‬ ‫بفعل مجال مغناطي�سي؟ لالجابة عن ذلك نجري الن�شاط االتي‪:‬‬ ‫‪122‬‬ ‫‪4‬‬ ‫كيفية توليد تيار كهربائي با�صتعمال مجال مغناطي�صي‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫مغناطي�ض دائمي ب�ضكل حرف ‪ ، U‬كلفانوميتر ‪� ،‬ضلك مو�ضل معزول‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫ ن�ضل طرفي ال�ضلك بطرفي الكلفانوميتر ونحرك ال�ضلك في اتجاه مواز‬‫لخطوط المجال المغناطي�ضي‪ ،‬هل ينحرف موؤ�ضر الكلفانوميتر ؟‬ ‫لحظ �ضكل (‪.)23-a‬‬ ‫نالحظ عدم انحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر ب�ضبب عدم ح�ضول تغير في‬ ‫المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫ نحرك ال�ضلك باتجاه عمودي على خطوط المجال (الى اعلى وا�ضفل)‪،‬‬‫تالحظ انحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر باتجاهين متعاك�ضين على جانبي‬ ‫�ضفر الكلفانوميتر‪ .‬ب�ضبب ح�ضول تغير في المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫لحظ �ضكل (‪.)23-b‬‬ ‫ عند توقف المو�ضل عن الحركة‪ ،‬نالحظ عدم انحراف موؤ�ضر‬‫الكلفانوميتر‪ .‬لحظ �ضكل ( ‪.)23-c‬‬ ‫ن�صتنتج من ذلك �ن ‪:‬‬ ‫التيار الكهربائي الآني (اللحظي) الذي يتولد في ال�ضلك على الرغم من‬ ‫عدم وجود بطارية في دائرته الكهربائية ي�ضمى بالتيار المحتث لنه تيار‬ ‫ن�ضاأ من تغير المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)23‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫التيار المحتث يتولد في الدائرة الكهربائية المقفلة عندما يقطع‬ ‫ال�ضلك خطوط المجال المغناطي�ضي (عند ح�ضول تغير في عدد خطوط‬ ‫القوة المغناطي�ضية في وحدة الزمن) ول يتولد هذا التيار عندما نحرك‬ ‫ال�ضلك في اإتجاه موا ٍز لخطوط المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫‪123‬‬ ‫لقد در�ضنا في الف�ضل الثالث ان التيار الكهربائي في دائرة كهربائية مقفلة ين�ضاأ من ربطها ببطارية (او اي م�ضدر‬ ‫للفولطية)‪.‬‬ ‫وال�ضوؤال الذي يطرح هنا ما �ضبب تولد تيار محتث في الن�ضاط ال�ضابق على الرغم من عدم وجود بطارية ؟‬ ‫لالجابة على هذا ال�ضوؤال‪ ،‬نجري الن�ضاط الآتي‪:‬‬ ‫‪5‬‬ ‫�لقوة �لد�فعة �لكهربائية �لمحتثة ‪Induced emf‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫�ضاق مغناطي�ضية ‪ ،‬ملف ا�ضطواني ‪ ،‬كلفانوميتر‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫‪-‬‬ ‫‪-‬‬ ‫اربط طرفي الملف بطرفي الكلفانوميتر لحظ ال�ضكل (‪.)24‬‬ ‫نحرك المغناطي�ض بتقريبه من الملف بموازاة طول الملف‬ ‫ولحظ انحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر الذي ي�ضير الى ان�ضياب‬ ‫التيار المحتث فيه‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪. )25 a‬‬ ‫نثبت المغناطي�ض بالقرب من الملف ولحظ‪ ،‬هل ينحرف موؤ�ضر‬ ‫الكلفانوميتر ؟ لحظ ال�ضكل (‪. )25 b‬‬ ‫لحظ ا�ضتقرار موؤ�ضر الكلفانوميتر عند ال�ضفر لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪ .)25 c‬وهذا يعني عدم تولد تيار محتث‪.‬‬ ‫ن�ضحب �ضاق المغناطي�ض من داخل الملف الى الخارج نالحظ‬ ‫انحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر الذي يكون باتجاه معاك�ض للحالة‬ ‫الولى ‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من ذلك ان‪:‬‬ ‫التيار المحتث في الدائرة الكهربائية المقفلة ين�ضاأ عندما يتحرك‬ ‫المغناطي�ض او الملف م�ضبب ًا تغير ًا في خطوط المجال المغناطي�ضي‪،‬‬ ‫بينما ل ين�ضاأ التيار المحتث اإذا لم يتحرك اي منهما لعدم ح�ضول‬ ‫تغير في خطوط المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫وتف�ضير تولد التيار المحتث في الدائرة المقفلة هو ب�ضبب‬ ‫تولد فرق جهد محتث على طرفي المو�ضل ي�ضمى بالقوة الدافعة‬ ‫الكهربائية المحتثة (‪ .)induce emf‬وتقا�ض بوحدة الفولط‬ ‫(‪ .)volt‬وتم ذلك على يد العالم فراداي عام ‪1831‬م‪.‬‬ ‫‪124‬‬ ‫ال�ضكل (‪)24‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫ال�ضكل (‪)25‬‬ ‫‪c‬‬ ‫ومن خالل ما تقدم يعرف الحث الكهرومغناطي�سي بانه ظاهرة توليد فولطية محتثة عبر مو�صل كهربائي يقع في‬ ‫مجال مغناطي�سي متغير او عن طريق حركة ن�سبية بين المو�صل والمجال المغناطي�سي يحدث فيها تغير في المجال‬ ‫المغناطي�سي‪ .‬وتعتبر ظاهرة الحث الكهرومغناطي�سي ا�سا�س عمل العديد من االجهزة الكهربائية اهمها المولد‬ ‫الكهربائي‪.‬‬ ‫‪7-6‬‬ ‫تطبيقات ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي‬ ‫لقد ادى اكت�شاف ظاهرة الحث الكهرومغناطي�سي الى تطور كبير‬ ‫في و�سائل انتاج الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها خالل �شبكات‬ ‫النقل التي تعتبر ا�سا�س التكنولوجيا الحديثة‪.‬‬ ‫‪ -‬المولد الكهربائي للتيار المتناوب ‪Electric Generator‬‬ ‫هو جهاز يعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية (الحركية) الى‬ ‫طاقة كهربائية بوجود مجال مغناطي�سي ويعد الم�صدر الرئي�س‬ ‫الم�ستعمل في انتاج الطاقة الكهربائية ويعمل على مبد�أ الحث‬ ‫الكهرومغناطي�سي‪.‬‬ ‫يتركب المولد في اب�سط ا�شكاله من‪:‬‬ ‫ ملف من �سلك مو�صل معزول ملفوف حول قلب من الحديد‬ ‫المطاوع‪.‬‬ ‫ حلقتين معدنيتين معزولتين عن بع�ضهما‪.‬‬ ‫ فر�شتان من الكاربون (الفحمات)‪.‬‬ ‫ مغناطي�س دائمي �أو مغناطي�س كهربائي ب�شكل حرف ‪ .U‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)26‬‬ ‫ماذا يحدث اثناء دوران الملف بين قطبي المغناطي�سي ؟‬ ‫عند دوران الملف داخل مجال مغناطي�سي منتظم قاطع ًا خطوط‬ ‫القوة المغناطي�سية �سيحدث تغيرا في خطوط القوة المغناطي�سية‬ ‫فتتولد قوة دافعة كهربائية محتثة (‪ )induce emf‬م�سببة ان�سياب‬ ‫تيار كهربائي محتث متناوب في ملف النواة‪ .‬ينتقل عبر الحلقتين‬ ‫المعدنيتين والفر�شاتين المالم�ستين لهما الى الدائرة الكهربائية‬ ‫الخارجية وي�سمى بالتيار المتناوب الحظ ال�شكل (‪.)27‬‬ ‫ال�شكل (‪)26‬‬ ‫�شكل (‪ )27‬التيار الخارج من مولد ب�سيط للتيار المتناوب‪.‬‬ ‫‪125‬‬ ‫المولد الب�سيط للتيار الم�ستمر‪:‬‬ ‫يتركب مولد التيار الم�ستمر من االجزاء نف�سها لمولد التيار‬ ‫المتناوب واالختالف يكمن با�ستعمال ن�صفي حلقة معدنية معزولتين‬ ‫كهربائي ًا عن بع�ضهما ومت�صلتين بطرفي ملف النواة ت�سمى المبادل‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)28‬‬ ‫ان التيار الذي نح�صل عليه في هذه الحالة يكـون باتجاه واحد‬ ‫ي�سمى تيار م�ستمر (‪ ,)DC‬الحظ ال�شكل (‪.)29‬‬ ‫ومن التطبيقات الهامة للتيار الكهربائي‪:‬‬ ‫المحرك الكهربائي‪:‬‬ ‫ال�شكل (‪)28‬‬ ‫جهاز يحول الطاقة الكهربائية �إلى طاقة ميكانيكية بوجود مجال‬ ‫مغناطي�سي‪� ،‬أي انه يعمل عك�س عمل المولد الكهربائي‪ ,‬الحظ ال�شكل (‪.)30‬‬ ‫�شكل (‪ )29‬التيار الخارج من مولد ب�سيط للتيار‬ ‫الم�ستمر‪.‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ال�شكل (‪)30‬‬ ‫ويعتمد عمل المحرك الكهربائي على مبد�أ القوة المغناطي�سية‬ ‫الم�ؤثرة في �سلك ين�ساب فيه تيار كهربائي م�ستمر مو�ضوع في مجال‬ ‫مغناطي�سي الحظ ال�شكل (‪.)31‬‬ ‫ال�شكل (‪)31‬‬ ‫‪126‬‬ ‫في مولدات التيار الم�ستمر الم�ستعملة في‬ ‫الحياة العملية‪:‬‬ ‫ ت�ستعمل عدة ملفات ولي�س ملفا واحدا‪.‬‬‫‪ -‬تدور المغانط بينما يبقى الملف ثابتا‪.‬‬ ‫وت�ستعمل المحركات الكهربائية لت�شغيل عدة �أجهزة كهربائية مثل (المكن�سة الكهربائية ‪ ،‬المثقاب الكهربائي ‪،‬‬ ‫الخالط الكهربائي ‪ ،‬المروحة الكهربائية وغيرها)‪.‬الحظ ال�شكل (‪.)32‬‬ ‫المكن�سة الكهربائية‬ ‫المثقاب الكهربائي‬ ‫الخالط الكهربائي‬ ‫المروحة الكهربائية‬ ‫ال�شكل (‪)32‬‬ ‫ويختلف حجم و�سعة المحركات الكهربائية الحظ‬ ‫ال�شكل (‪ .)33‬ففي الوقت الذي تحتاج فيه الخالطات‬ ‫ومعظم ادوات المطبخ االخرى لمحركات كهربائية �صغيرة‬ ‫النها تحتاج لقدرة ب�سيطة ال�ستعمالها‪ ،‬تتطلب القطارات‬ ‫ا�ستعمال محركات �أ�ضخم واكثر تعقيد ًا‪.‬‬ ‫ويتكون المحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار‬ ‫الم�ستمر من االجزاء الآتية‪:‬‬ ‫ نواة المحرك‪ :‬عبارة عن ملف من �سلك من النحا�س‬ ‫معزول يحوي داخله على قطعة من الحديد المطاوع‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)34‬‬ ‫ مغناطي�س دائمي قوي يو�ضع الملف بين قطبيه‪.‬‬ ‫ المبادل‪ :‬وهو عبارة عن ن�صفي حلقة معدنية معزولين‬ ‫كهربائي ًا عن بع�ضها ويت�صالن بطرفي �سلك ملف‬ ‫النواة يدوران مع ملف النواة‪.‬‬ ‫ فر�شتان من الكاربون تالم�سان ن�صفي المبادل‬ ‫مت�صلتان بقطبي م�صدر للتيار الكهربائي الم�ستمر‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)33‬‬ ‫ال�شكل (‪)34‬‬ ‫‪127‬‬ ‫فعند اغالق الدائرة الكهربائية ين�ساب تيار‬ ‫كهربائي م�ستمر من الدائرة الخارجية الى ملف‬ ‫النواة‪ .‬ويمر في طرفي الملف باتجاهين متعاك�سين‪.‬‬ ‫وبت�أثير المجال المغناطي�سي للتيار المار في ملف‬ ‫النواة والمجال النا�شىء عن المغناطي�س الدائم‬ ‫تتولد قوتان متعاك�ستان في االتجاه ومت�ساويتان‬ ‫في المقدار على جانبي الملف تعمالن على تدوير‬ ‫الملف حول محوره داخل مجال مغناطي�سي وي�ستمر‬ ‫الملف بالدوران باتجاه واحد ب�سبب وجود المبادل‪.‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)35‬‬ ‫ال�شكل (‪)35‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫من التطبيقات الحديثة للمجال المغناطي�سي هو ا�ستعماله‬ ‫في بع�ض اجهزة الت�صوير الطبية بو�ساطة الرنين‬ ‫المغناطي�سي ‪MRI‬‬ ‫(‪)Magnetic Resonance Imaging‬‬ ‫‪128‬‬ ‫أسئلة الفصل السادس‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬القوة الدافعة الكهربائيةالمحتثة (‪ )emf‬تتولد من تغير‪:‬‬ ‫‪a-a‬المجال الكهربائي‪.‬‬ ‫‪b-b‬المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫‪c-c‬فرق الجهد الكهربائي‪.‬‬ ‫‪d-d‬القوة الميكانيكية‪.‬‬ ‫‪ -2‬يزداد مقدار التيار المحتث المتولد في دائرة ملف �سلكي �إذا‪:‬‬ ‫‪a-a‬تحرك المغناطي�س ببطء داخل الملف‪.‬‬ ‫‪b-b‬تحرك المغناطي�س ب�سرعة داخل الملف‪.‬‬ ‫‪c-c‬يكون المغناطي�س �ساكن ًا ن�سبة للملف‪.‬‬ ‫‪�ُ d-d‬سحب الملف ببطء بعيد ًا عن المغناطي�س‪.‬‬ ‫‪ -3‬يمكن تحويل مولد للتيار المتناوب �إلى مولد للتيار الم�ستمر‪ ،‬وذلك برفع حلقتي الزلق منه‪ ،‬وربط‬ ‫طرفي الملف بـ ‪:‬‬ ‫‪a-a‬مبادل‪.‬‬ ‫‪ b-b‬م�صباح كهربائي‪.‬‬ ‫‪�c-c‬سلك غليظ‪.‬‬ ‫‪ d-d‬فولطميتر‪.‬‬ ‫‪129‬‬ ‫‪ -4‬المولد الكهربائي يحول الطاقة الميكانيكية الى طاقة‪:‬‬ ‫‪ -a‬كيميائية‪.‬‬ ‫‪ -b‬كهربائية‪.‬‬ ‫‪ -c‬مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪� -d‬ضوئية‪.‬‬ ‫‪ -5‬يعمل المحرك الكهربائي على تحويل الطاقة الكهربائية �إلى طاقة‪:‬‬ ‫‪a-a‬ميكانيكية‪.‬‬ ‫‪b-b‬كيميائية‪.‬‬ ‫‪c-c‬مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪�d-d‬ضوئية‪.‬‬ ‫‪� -6‬أي العوامل التالية ال تزيد قوة المغناطي�س الكهربائي لملف‪:‬‬ ‫‪� -a‬إدخال �ساق نحا�س داخل جوف الملف‪.‬‬ ‫‪� -b‬إدخال �ساق حديد داخل جوف الملف‪.‬‬ ‫‪ -c‬زيادة عدد لفات الملف لوحدة الطول‪.‬‬ ‫‪ -d‬زيادة مقدار التيار المن�ساب في الملف‪.‬‬ ‫‪ -7‬لف �سلك مو�صل معزول حول م�سمار من حديد مطاوع‪ ،‬وربط طرفي ال�سلك ببطارية فولطيتها‬ ‫منا�سبة‪� .‬أي من العبارات الآتية غير �صحيحة لهذه الحالة‪:‬‬ ‫‪ -a‬م�سمار من الحديد المطاوع يكون مغناطي�س ًا كهربائي ًا‪.‬‬ ‫‪� -b‬أحد طرفي الم�سمار ي�صير قطب ًا �شمالي ًا والآخر قطب ًا جنوبي ًا‪.‬‬ ‫‪ -c‬يولد الم�سمار مجا ًال مغناطي�سي ًا في المحيط حول ُه‪.‬‬ ‫‪ -d‬يزول المجال المغناطي�سي للم�سمار بعد فترة زمنية من �إنقطاع التيار‪.‬‬ ‫‪130‬‬ ‫‪ -8‬ال�شحنات الكهربائيية المتحركة تولد‪:‬‬ ‫‪ -a‬مجال كهربائي فقط‪.‬‬ ‫‪ -b‬مجال مغناطي�سي فقط‪.‬‬ ‫‪ -c‬مجال كهربائي ومجال مغناطي�سي‪.‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫ب َم يتميز المغناطي�س الكهربائي عن المغناطي�س الدائمي ؟‬ ‫�س‪3‬‬ ‫في ال�شكل المجاور‪ ،‬تتحرك �ساق مغناطي�سية داخل جوف الملف‪:‬‬ ‫‪a-a‬ما �سبب �إن�سياب تيار كهربائي في جهاز الملي �أميتر المربوط بين طرفي الملف‬ ‫‪b-b‬ما م�صدر الطاقة الكهربائية المتولدة في الدائرة‪.‬‬ ‫�س‪4‬‬ ‫�إر�سم �شك ًال تو�ضح فيه خطوط القوة المغناطي�سية لمجال مغناطي�سي ناتج عن �إن�سياب تيار‬ ‫كهربائي م�ستمر في‪:‬‬ ‫‪� -1‬سلك مو�صل م�ستقيم‪.‬‬ ‫‪ -2‬حلقة مو�صلة‪.‬‬ ‫‪ -3‬ملف �سلكي محلزن ال�شكل‪.‬‬ ‫‪131‬‬ ‫�س‪5‬‬ ‫و�ضح (مع ذكر ال�سبب) في �أي من الحالتين الآتيتين يت�أثر �سلك مو�صل م�ستقيم ين�ساب فيه‬ ‫تيار كهربائي بقوة مغناطي�سية عند و�ضعه داخل مجال مغناطي�سي منتظم‪:‬‬ ‫‪�a-a‬إذا كان طول ال�سلك عمودي ًا على خطوط المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫‪�b-b‬إذا كان طول ال�سلك موازي ًا لخطوط المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫�س‪6‬‬ ‫يزداد المجال المغناطي�سي لملف ين�ساب فيه تيار كهربائي م�ستمر عند و�ضع قطعة حديد في‬ ‫جوفه‪.‬علل ذلك؟‬ ‫�س‪7‬‬ ‫ما المكونات اال�سا�سية‪:‬‬ ‫‪1-1‬للمولد الكهربائي‪.‬‬ ‫‪2-2‬للمحرك الكهربائي‪.‬‬ ‫�س‪8‬‬ ‫ما مبد�أ عمل كل من ‪:‬‬ ‫‪ -a‬المحرك الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ -b‬المولد الكهربائي‪.‬‬ ‫�س‪9‬‬ ‫ما الفرق بين مولد التيار المتناوب ومولد التيار الم�ستمر من حيث‪:‬‬ ‫‪ -a‬الأجزاء التي يت�ألف منها‪.‬‬ ‫‪ -b‬التيار الخارج من كل منها‪.‬‬ ‫‪132‬‬ ‫الفصل‬ ‫السابﻊ‬ ‫‪7‬‬ ‫المحولة الكهربائية‬ ‫‪Electric Transformer‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫المقدمة‬ ‫‪ 1-7‬التيار المحتث‬ ‫‪ 2-7‬المحولة الكهربائية وانواعها‬ ‫‪ 3-7‬خ�ضائر القدرة في المحولة الكهربائية‬ ‫‪133‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫ ُيعرف المحولة الكهربائية‪.‬‬ ‫ يذكر �أجزاء المحولة الكهربائية‪.‬‬ ‫ يطبق قانون حفظ الطاقة على المحولة الكهربائية المثالية‪.‬‬ ‫ يطبق قانون كفاءة المحولة في حل م�سائل ريا�ضية‪.‬‬ ‫ يقارن بين المحولة الرافعة والمحولة الخاف�ضة‪.‬‬ ‫ يعدد خ�سائر القدرة في المحولة الكهربائية‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪134‬‬ ‫المحولة الكهربائية‬ ‫‪Electrical Transformer‬‬ ‫المحولة الرافعة‬ ‫‪Step-up Transformer‬‬ ‫المحولة الخاف�ضة‬ ‫‪Step- down Transformer‬‬ ‫محطات القدرة‬ ‫‪Power stations‬‬ ‫حمل‬ ‫‪Load‬‬ ‫الملف الإبتدائي‬ ‫‪Primary coil‬‬ ‫الملف الثانوي‬ ‫‪Secondary coil‬‬ ‫الفولطية العالية‬ ‫‪High voltage‬‬ ‫م�صدر الفولطية المتناوبة‬ ‫‪Source of AC voltage‬‬ ‫قلب من الحديد المطاوع‬ ‫‪Soft iron core‬‬ ‫مقدمة‬ ‫‪Introduction‬‬ ‫تعد الطاقة الكهربائية من اأكثر اأنواع الطاقة �ضيوع ًا وا�ضتثمار ًا في المنازل حيث ت�ضتعمل في الإ�ضاءة والتدفئة‬ ‫وفي ت�ضغيل جميع الأجهزة الكهربائية وكذلك في ت�ضغيل الأجهزة الكهربائية في الم�ضت�ضفيات والم�ضانع‪.‬‬ ‫لقد در�ضت في الف�ضل ال�ضاد�ض كيفية توليد تيار محتث في مو�ضل‪ ،‬وكما علمت يتولد التيار المحتث‪ ،‬من تغير‬ ‫خطوط المجال المغناطي�ضي خالل المو�ضل في وحدة الزمن‪ ،‬اأو نتيجة ح�ضول حركة ن�ضبية بين المو�ضل والمجال‬ ‫المغناطي�ضي الوا�ضج للمو�ضل مقترنة بحدوث تغير في الفي�ض المغناطي�ضي الوا�ضج‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪ )1‬مخطط للمحولة الكهربائية‬ ‫يتطلب في بع�ض الأحيان تغير مقدار الفولطية المتناوبة ‪ ،‬اإما رفعها الى مقدار اأكبر اأو خف�ضها الى مقدار اأ�ضغر‪.‬‬ ‫ولتغيير مقدار الفولطية الخارجة من اأي م�ضدر متناوب‪ ،‬ت�ضتعمل بع�ض المحولت الكهربائية ال�ضكل (‪ )1‬لرفع مقدار‬ ‫الفولطية كما في جهاز التلفاز‪.‬‬ ‫وي�ضتعمل البع�ض الآخر لخف�ض مقدار الفولطية كما في اأجهزة المذياع والم�ضجل وغيرها‪.‬‬ ‫‪1-7‬‬ ‫‪‬‬ ‫التيار المحتث‬ ‫توليد تيار محتث في ملف‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫ملف ب�ضكل ا�ضطوانة مجوفة (الملف عبارة عن �ضلك معزول ملفوف يحتوي عدة لفات) ‪ ،‬ملف حلقي ال�ضكل ‪ ،‬م�ضباح‬ ‫كهربائي يعمل بفولطية منا�ضبة‪ ،‬م�ضدرا للفولطية المتناوبة‪ ،‬مفتاح ‪� ،‬ضاق من الحديد المطاوع طويل ن�ضبي ًا‪.‬‬ ‫‪135‬‬ ‫خطوات العمل‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫ن�ضع داخل الملف الإ�سطواني �ساق حديد مطاوع طويل‬ ‫ن�سبي ًا كما في ال�شكل (‪.)2‬‬ ‫نربط م�صدر الفولطية المتناوبة والمفتاح على التوالي‬ ‫بين طرفي الملف الإ�سطواني (فتدعى هذه الدائرة‬ ‫بدائرة الملف الإبتدائي)‪.‬‬ ‫نربط الم�صباح الكهربائي بالملف الحلقي (فيدعى هذا‬ ‫الملف بالملف الثانوي)‪.‬‬ ‫نغلق دائرة الملف الإبتدائي (الملف الإ�سطواني)‪،‬‬ ‫نالحظ توهج الم�صباح المربوط مع الملف الثانوي‪.‬‬ ‫ن�ستنتج من هذا الن�شاط ما ي�أتي‪:‬‬ ‫تولد تيار محتث في الملف الثانوي نتيجة لتغير خطوط‬ ‫المجال المغناطي�سي في وحدة الزمن المتولد في الملف‬ ‫الإبتدائي والذي �سببه ان�سياب التيار المتناوب فيه‪.‬‬ ‫‪2-7‬‬ ‫ال�شكل (‪)2‬‬ ‫المحولة الكهربائية وانواعها‬ ‫المحولة الكهربائية هي جهاز يعمل على رفع الفولطية‬ ‫المتناوبة �أو خف�ضها (�أي تعمل على تغير مقدار الفولطية‬ ‫المتناوبة الى مقدار �آخر)‪ ،‬فيقل التيار �أو يزداد‪.‬‬ ‫والمحولة الكهربائية تت�ألف من‪:‬‬ ‫ملفين م�صنوعين من ا�سالك نحا�سية معزولة ملفوفة‬ ‫حول قلب مغلق من الحديد المطاوع‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫فعند ان�سياب تيار متناوب في الملف الإبتدائي للمحولة‪،‬‬ ‫يولد مجا ًال مغناطي�سي ًا متغير ًا داخل القلب الحديد‪ .‬في�شج‬ ‫هذ المجال الملف الثانوي كما ي�شج الملف االبتدائي‪.‬‬ ‫لذا فان المحولة الكهربائية تعد جهاز ًا من �أجهزة‬ ‫التيار المتناوب فهي ال تعمل على التيار الم�ستمر‪ ،‬وذلك‬ ‫لعدم تولد تيار محتث في الملف الثانوي لعدم حدوث تغير‬ ‫في المجال المغناطي�سي داخل القلب الحديد‪.‬‬ ‫‪136‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫وان الملف المربوط مع م�صدر الفولطية المتناوبة (الفولطية المجهزة للمحولة) والذي عدد لفاته (‪ )N1‬يدعى‬ ‫بالملف االبتدائي‪.‬‬ ‫اما الملف الذي يربط مع الحمل (الجهاز الذي ي�شتغل على المحولة) الذي عدد لفاته (‪ )N2‬يدعى بالملف‬ ‫الثانوي‪.‬‬ ‫•بما �أن القدرة الكهربائية (‪ )P‬ت�ساوي حا�صل �ضرب الفولطية (‪ )V‬والتيار (‪ )I‬وتقا�س بـ (‪� .)Watt‬أي ان‪:‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫القدرة الداخلة في الملف الإبتدائي (‪ = )P1‬تيار الملف الإبتدائي(‪ × )I1‬فولطية الملف الإبتدائي (‪.)V1‬‬ ‫‪P1 = I1 × V1‬‬ ‫والقدرة الخارجة من الملف الثانوي (‪ = )P2‬تيار الملف الثانـوي (‪ × )I2‬فولطية الملف الثانوي (‪.)V2‬‬ ‫‪P2 = I2 × V2‬‬ ‫وطبق ًا لقانون حفظ الطاقة‪ ،‬نجد ان مقدار القدرة المجهزة لدائرة الملف الإبتدائي ي�ساوي مقدار القدرة الخارجة‬ ‫في دائرة الملف الثانوي (على فر�ض ان المحولة مثالية) وهذا يعني �إهمال ال�ضياع الحا�صل في الطاقة خالل ا�سالك‬ ‫الملفين وخالل القلب الحديد للمحولة �أثناء �إ�شتغالها‪ .‬فيمكن عندئذ تطبيق المعادلة التالية‪:‬‬ ‫القدرة المجهزة لدائرة الملف الإبتدائي = القدرة الخارجة من دائرة الملف الثانوي‬ ‫�أي �أن ‪:‬‬ ‫‪P1 = P2‬‬ ‫وعندئذ تكون ‪:‬‬ ‫‪I1 ×V1 = I2 ×V2‬‬ ‫‪137‬‬ ‫جميع المحوالت يح�صل فيها �ضياع قدرة في اثناء عملها فتكون القدرة الخارجة اقل من القدرة الداخلة‪.‬‬ ‫ويمكن ح�ساب كفاءة المحولة العملية من العالقة االتية‪:‬‬ ‫كفاءة المحولة (‪= )η‬‬ ‫القدرة الخارجة من ملفها الثانوي (‪)P2‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫القدرة الداخلة في ملفها الإبتدائي )‪(P1‬‬ ‫‪× 100%‬‬ ‫وتكون ‪:‬‬ ‫الفولطية الخارجة من الملف الثانوي (‪)V2‬‬ ‫الفولطية الداخلة في الملف الإبتدائي (‪)V1‬‬ ‫=‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪P1‬‬ ‫عدد لفات ملفها الثانوي (‪)N2‬‬ ‫عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪)N1‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫* تدعى الن�سبة‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫=‪η‬‬ ‫=‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪ :‬بن�سبة التحويل في المحولة‪� ،‬أو ن�سبة عدد اللفات‪.‬‬ ‫من الجدير بالذكر‪ :‬عند نقل الطاقة الكهربائية الى م�سافات بعيدة خالل ا�سالك تو�صيل طويلة‪ ،‬ف�إنها تنقل بفولطية‬ ‫عالية وتيار واطئ وذلك لتقليل الخ�سارة التي تح�صل ب�سبب المقاومة الكبيرة لهذه الأ�سال ك‪.‬‬ ‫المحوالت الكهربائية تكون بنوعين‪:‬‬ ‫النوع الأول‪ :‬محولة خاف�ضة‬ ‫‪Step- down Transformer‬‬ ‫يكون عدد لفات ملفها الثانوي (‪� )N2‬أقل‬ ‫من عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪ )N1‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪ )4‬لذا ف�إن الفولطية الخارجة من‬ ‫ملفها الثانوي (‪� )V2‬أقل من الفولطية الداخلة‬ ‫في ملفها الإبتدائي (‪.)V1‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫‪138‬‬ ‫هناك ا�ستعماالت عدة لهذا النوع من المحوالت اذ ان معظم المحوالت الكهربائية الم�ستعملة في الفولطية الداخلة‬ ‫�إلى المنازل من هذا النوع وكذلك المحولة الم�ستعملة في مناطق ا�ستالم القدرة المجهزة الى المدن الحظ ال�شكل‬ ‫( ‪ )5-a‬والمحولة الم�ستعملة في جهاز اللحام الكهربائي الحظ ال�شكل (‪ )5-b‬والمحولة الم�ستعملة في �شاحنة‬ ‫الموبايل الحظ ال�شكل (‪.)5-c‬‬ ‫(‪ )c‬المحولة الخاف�ضة الم�ستعملة‬ ‫في �شاحنة الموبايل‪.‬‬ ‫(‪ )a‬المحولة الخاف�ضة الم�ستعملة في مناطق (‪ )b‬المحولة الخاف�ضة الم�ستعملة‬ ‫ا�ستالم القدرة الكهربائية المجهزة الى المدن‪ .‬في جهاز اللحام الكهربائي‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫النوع الثاني‪ :‬محولة رافعة‬ ‫‪Step-up Transformer‬‬ ‫يكون عدد لفات ملفها الثانوي (‪)N2‬‬ ‫�أكبر من عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪)N1‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫لذا ف�إن الفولطية الخارجة من ملفهــا‬ ‫الثانوي (‪� )V2‬أكبر من الفولطية الداخ ــلة‬ ‫في ملفها الإبتدائي (‪.)V1‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫‪139‬‬ ‫مثل المحولة الم�ستعملة في جهاز التلفاز لتجهيز الفولطية العالية للقاذف الإلكتروني لل�شا�شة الحظ ال�شكل (‪7‬‬ ‫‪ )-a‬او المحوالت الم�ستعملة في محطات توليد الطاقة الكهربائية عند �إر�سالها الى المدن الحظ ال�شكل (‪.)7-b‬‬ ‫(‪ )a‬محولة رافعة ت�ستعمل في بع�ض االجهزة‬ ‫الكهربائية‬ ‫(‪ )b‬محولة رافعة في محطات تجهيز الطاقة‬ ‫الكهربائية الى المدن‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫والعالقة التالية تربط بين عدد اللفات والفولطية ‪:‬‬ ‫الفولطية الخارجة من الملف الثانوي (‪)V2‬‬ ‫=‬ ‫الفولطية الداخلة في الملف الإبتدائي (‪)V1‬‬ ‫عدد لفات ملفه ــا الثانـ ـ ــوي (‪)N2‬‬ ‫عدد لفات ملفهــا الإبتدائي (‪)N1‬‬ ‫�أي ان‪:‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫=‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫وعلى فر�ض اهمال خ�سائر القدرة في المحولة الكهربائية‪ ،‬عندئذ تدعى المحولة مثالية والقدرة الخارجة من‬ ‫المحولة ت�ساوي القدرة الداخلة اليها اي ان‪:‬‬ ‫‪P2 = P1‬‬ ‫‪I2V2 = I1V1‬‬ ‫‪I1‬‬ ‫‪I2‬‬ ‫‪140‬‬ ‫=‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫وهذا يعني ان المحولة الكهربائية الرافعة للفولطية تكون خاف�ضة للتيار في الوقت نف�ضه‪ ،‬فالفولطية تتنا�ضب‬ ‫عك�ضي ًا مع التيار‪.‬‬ ‫توجد عالقة بين عدد اللفات والتيار في المحولة الكهربائية المثالية‪.‬‬ ‫‪I1‬‬ ‫‪I2‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫ اإذا كانت ن�ضبة التحويل في المحولة‬‫ت�ضير‪:‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫اأكبر من الواحد‪ ،‬فالمحولة تكون رافعة للفولطية وبذلك‬ ‫(‪ )V2‬اأكبر من (‪ )V1‬وخاف�ضة للتيار ‪ I2‬اأ�ضغرمن ‪I1‬‬ ‫ واإذا كانت ن�ضبة التحويل في المحولة‬‫وبذلك ت�ضير‪:‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫اأ�ضغر من الواحد‪ ،‬فالمحولة تكون خاف�ضة للفولطية‬ ‫(‪ )V2‬اأ�ضغر من (‪ )V1‬ورافعة للتيار ‪ I2‬اأكبر من ‪I1‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫ان المحولة الرافعة للفولطية (‪ )Step-up Transformer‬تكون خاف�ضة للتيار في الوقت نف�ضه‪.‬‬ ‫وبالعك�ض فالمحولة الخاف�ضة للفولطية (‪ )Step-down Transformer‬تكون رافعة للتيار في‬ ‫الوقت نف�ضه‪.‬‬ ‫‪141‬‬ ‫‪3-7‬‬ ‫خسائر القدرة في المحولة الكهربائية‬ ‫ومن انواع هذه الخ�سائر‪:‬‬ ‫‪ -1‬خ�سارة ناتجة عن مقاومة �أ�سالك الملفين‪:‬‬ ‫وتظهر ب�شكل طاقة حرارية في ا�سالك الملفين الإبتدائي‬ ‫والثانوي في �أثناء �إ�شتغال المحولة وهي ناتجة عن المقاومة‬ ‫الأومية ال�سالك الملفين‪.‬‬ ‫* لتقليل هذه الخ�سارة ت�صنع ا�سالك الملفين من مادة ذات‬ ‫مقاومة �صغيرة المقدار (من النحا�س) الحظ ال�شكل (‪.)8‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪ -2‬خ�سارة التيارات الدوامة‪:‬‬ ‫وتظهر ب�شكل طاقة حرارية في القلب الحديد للمحولة‬ ‫�أثناء �إ�شتغالها‪ ،‬ب�سبب التغير الحا�صل في خطوط المجال‬ ‫المغناطي�سي خالل قلب الحديد‪ ،‬والذي يولد تيارات محتثة‬ ‫داخل القلب الحديد ت�سمى بالتيارات الدوامة‪.‬‬ ‫* لتقليل هذه الخ�سارة ي�صنع قلب المحولة ب�شكل �صفائح من‬ ‫الحديد المطاوع رقيقة ومعزولة بع�ضها عن بع�ض كهربائيا‬ ‫ال�شكل (‪ )9‬ترتيب �صفائح الحديد المعزولة عن بع�ضها‬ ‫ومكبو�سة كب�سا �شديد ًا وم�ستواها موا ٍز للمجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫في قلب المحولة‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)9‬‬ ‫‪142‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫)‪(1‬‬ ‫محولة كهربائية ربط ملفها البتدائي مع م�ضدر للفولطية المتناوبة(‪ )240V‬والجهاز الكهربائي‬ ‫(الحمل) المربوط مع ملفها الثانوي ي�ضتغل علـ ـ ــى فولطيـ ـ ــة متناوبة (‪ )12V‬وكان عـ ــدد لفـ ــات ملفهـ ــا‬ ‫الإبتدائي (‪.)500 turn‬‬ ‫(‪ )1‬ما نوع هذه المحولة ؟ (‪ )2‬اح�ضب عدد لفات ملفها الثانوي‪.‬‬ ‫�لحل ‪:‬‬ ‫‪ -1‬المحولة خاف�ضة‪ .‬لأن فولطية ملفها الثانوي (‪ )V2 = 12V‬اأ�ضغر من فولطية ملفها البتدائي‬ ‫( ‪.)V 1= 240V‬‬ ‫‪V1=240V ، N1= 500 turn -2‬‬ ‫? = ‪V2=12V ، N2‬‬ ‫نطبق العالقة التية‪:‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫=‬ ‫‪V1‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫فتكون‪:‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪12V‬‬ ‫=‬ ‫‪240V‬‬ ‫‪500 turn‬‬ ‫ﻋدﺩ لﻔات ملﻔها الثانوي ‪N 2 = 25 turn‬‬ ‫)‪(2‬‬ ‫اإذا كانت القدرة الداخلة في الملف البتدائي لمحولة كهربائية (‪ )220W‬وخ�ضائر القدرة فيها (‪)11W‬‬ ‫جد كفاءة المحولة ؟‬ ‫خ�ضائر القدرة في المحولة = القدرة الداخلة –القدرة الخارجة‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫‪Plost = P1 - P2‬‬ ‫‪11 = 220 - P2‬‬ ‫‪P2 = 209 W‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪h = P2 # 100%‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪209W‬‬ ‫‪= 220W # 100%‬‬ ‫كﻔاءﺓ المحولة ‪h = 95%‬‬ ‫‪143‬‬ ‫أسئلة الفصل السابع‬ ‫�س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬التيار المتناوب المن�ساب في الملف الثانوي لمحولة كهربائية هو تيار محتث يتولد بو�ساطة‪:‬‬ ‫‪ -a‬مجال كهربائي متغير‪.‬‬ ‫‪ –b‬مجال مغناطي�سي متغيرخالل قلب الحديد‪.‬‬ ‫‪ -c‬قلب حديد للمحولة‪.‬‬ ‫‪ -d‬حركة الملف‪.‬‬ ‫‪ -2‬الن�سبة بين فولطية الملف الثانوي وفولطية الملف االبتدائي في المحولة الكهربائية ال يعتمد على‪:‬‬ ‫‪ -a‬ن�سبة عدد اللفات في الملفين‪.‬‬ ‫‪ – b‬مقاومة ا�سالك الملفين‬ ‫‪ -c‬الفولطية الخارجة من الملف االبتدائي ‪.‬‬ ‫‪ -d‬الفولطية الخارجة من الملف الثانوي ‪.‬‬ ‫‪ -3‬اذا كان عدد لفات الملف االبتدائي لمحولة مثالية (‪ )800 turn‬وللثانوي )‪ (200 turn‬وكان‬ ‫التيارالمن�ساب في الملف الثانوي ِ(‪ )40A‬ف�أن التيار المن�ساب في الملف الأبتدائي ‪:‬‬ ‫‪10A -a‬‬ ‫‪80 A -b‬‬ ‫‪160A -c‬‬ ‫‪8000A -d‬‬ ‫‪ -4‬محولة كهربائية عدد لفات ملفها الثانـوي (‪ )300 turn‬وعــدد لفات ملفها االبتدائي (‪.)6000 turn‬‬ ‫فاذا كانت الفولطية المتناوبة المطبقة على ملفها االبتدائي (‪ (240V‬ف�أن الفولطية الخارجة من ملفها‬ ‫الثانوي تكون‪:‬‬ ‫‪12V -a‬‬ ‫‪24V -b‬‬ ‫‪4800V -c‬‬ ‫‪80V -d‬‬ ‫‪144‬‬ ‫‪ -5‬محولة مثالية (خ�سائرها مهملة)‪,‬عدد لفات ملفها الأبتدائي (‪ ،)600turn‬وعدد لفات ملفها الثانوي‬ ‫(‪ )1800turn‬وكانت القدرة المتناوبة الداخلة في ملفها االبتدائي (‪ )720W‬بفولطية (‪ )240V‬ف�أن‬ ‫تيار ملفها الثانوي ي�ساوي‪:‬‬ ‫‪1A -a‬‬ ‫‪3A -b‬‬ ‫‪0.1A -c‬‬ ‫‪0.3A -d‬‬ ‫‪ -6‬ال�شكل التالي يبين �أربع �أنواع من‬ ‫المحوالت الكهربائية‪ ،‬وطبق ًا للمعلومات‬ ‫المعطاة في �أ�سفل كل �شكل‪ ،‬بين �أي منها‬ ‫تكون محولة رافعة ؟‬ ‫�س‪2‬‬ ‫بماذا تختلف المحولة الرافعة عن المحولة الخاف�ضة؟‬ ‫�س‪3‬‬ ‫ماهو ا�سا�س عمل المحولة الكهربائية؟‬ ‫�س‪4‬‬ ‫و�ضح كيف تعمل المحولة الكهربائية على تغير مقدار الفولطية ؟‬ ‫�س‪5‬‬ ‫في �أي المجاالت ت�ستعمل المحولة الكهربائية ؟‬ ‫‪ -1‬الرافعة‬ ‫‪ -2‬الخاف�ضة‬ ‫�س‪6‬‬ ‫و�ضح الفائدة الإقت�صادية من نقل القدرة الكهربائية الى م�سافات بعيدة بفولطية عالية وتيار‬ ‫واطىء؟‬ ‫�س‪7‬‬ ‫لماذا تحتاج المحولة الكهربائية لإ�شتغالها الى تيار متناوب ؟‬ ‫�س‪8‬‬ ‫هل تعمل المحولة الكهربائية لو و�ضعت بطارية بين طرفي ملفها االبتدائي و�ضح ذلك؟‬ ‫‪145‬‬ ‫�س‪9‬‬ ‫لتجهيز القدرة الكهربائية من محطة توليدها الى م�صنع كبير يبعد عنها ببعد معين ‪.‬ما نوع‬ ‫المحولة الكهربائية الم�ستعملة‪:‬‬ ‫‪ -1‬في بداية خطوط نقل القدرة عند محطة االر�سال‪.‬‬ ‫‪ -2‬في نهاية خطوط نقل القدرة قبل دخولها الم�صنع‪.‬‬ ‫المسائل‬ ‫�س‪1‬‬ ‫محولة (كفاءتها ‪ )100%‬ون�سبة التحويل فيها ( ‪ ) 1‬تعمل على فولطية متناوبة (‪)220V‬‬ ‫‪2‬‬ ‫والتيار المن�ساب في ملفها الثانوي (‪� )1.1A‬أح�سب‪:‬‬ ‫‪ -1‬فولطية الملف الثانوي‪.‬‬ ‫‪ -2‬تيار الملف االبتدائي‪.‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪1- 110V‬‬ ‫‪2- 0.55A‬‬ ‫محولة كهربائية كفاءتها(‪ )80%‬والقدرة الخارجة منها (‪ ،)4.8 kW‬ما مقدار القدرة‬ ‫الداخلة في المحولة؟‬ ‫ج‪6kW :‬‬ ‫محولة كهربائية كفاءتها (‪� ،)95%‬إذا كانت القدرة الداخلة فيها (‪ .)9.5 kW‬ما مقدار‬ ‫القدرة الخارجة منها ؟‬ ‫ج‪9.025kW :‬‬ ‫�س‪4‬‬ ‫م�صباح كهربائي مكتوب عليه فولطية (‪ )6V‬وقدرة (‪ .)12W‬ربط هذا الم�صباح مع الملف‬ ‫الثانوي لمحولة كهربائية ‪ ،‬وربط ملفها الأبتدائي مع م�صدر للفولطية المتناوبة (‪)240V‬‬ ‫وكان عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪ .)8000turn‬فتوهج الم�صباح توهجا اعتيادي ًا‪�( .‬أعتبر‬ ‫المحولة مثالية) �أح�سب‪:‬‬ ‫‪ -1‬عدد لفات ملفها الثانوي‬ ‫‪ -2‬التيار المن�ساب في الم�صباح‪.‬‬ ‫‪ -3‬التيار المن�ساب في الملف االبتدائي‪.‬‬ ‫ج‪1- 200 turn :‬‬ ‫‪2- 2A‬‬ ‫‪3- 0.05 A‬‬ ‫‪146‬‬ ‫الفصل‬ ‫الثامن‬ ‫‪8‬‬ ‫تكنولوجيا مصادر الطاقة‬ ‫‪Energy Sources technology‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-8‬الطاقة في حياتنا‬ ‫‪ 2-8‬الم�ضادر الحالية للطاقة‬ ‫‪ 1-2-8‬م�ضادر الطاقة الحفورية‬ ‫‪ 2-2-8‬م�ضادر الطاقة المائية‬ ‫‪ 3-2-8‬م�ضادر الطاقة النووية‬ ‫‪ 3-8‬الم�ضادر البديلة للطاقة (م�ضادر الطاقة المتجددة)‬ ‫‪ 1-3-8‬تكنولوجيا الطاقة ال�ضم�ضية‬ ‫ ا�ضتثمار الطاقة ال�ضم�ضية في توليد الكهرباء‬‫ التطبيقات الحرارية للطاقة ال�ضم�ضية‬‫ كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�ضم�ضية‬‫‪ 2-3-8‬تكنولوجيا طاقة الرياح (اأو الطاقة الهوائية)‬ ‫‪ 3-3-8‬تكنولوجيا طاقة الوقود الحيوي‬ ‫‪ 4-3-8‬تكنولوجيا طاقة المد والجزر‬ ‫‪147‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي ان يكون الطالب قادر ًا ان‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫يو�ضح مدى اهمية الطاقة في حياتنا‪.‬‬ ‫يعرف مفهوم الطاقة‪.‬‬ ‫يحدد انواع الطاقات التي ي�ستثمرها االن�سان‪.‬‬ ‫يعدد انواع الطاقات غير المتجددة‪.‬‬ ‫يعدد انواع الطاقات المتجددة‪.‬‬ ‫يو�ضح الفرق بين الطاقات المتجددة وغير المتجددة‪.‬‬ ‫يحدد فوائد تطبيقات الطاقات المتجددة‪.‬‬ ‫يذكر اهمية ا�ستعمال انواع مختلفة من الطاقة المتجددة‪.‬‬ ‫ي�شرح فوائد تطبيقات الطاقة ال�شم�سية‪.‬‬ ‫يذكر فوائد الخاليا ال�شم�سية وتطبيقاتها‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪148‬‬ ‫الطاقة‬ ‫‪Energy‬‬ ‫الم�صادر المائية للطاقة‬ ‫‪Hydropower energy sources‬‬ ‫م�صادر الطاقة النووية‬ ‫‪Nuclear energy sources‬‬ ‫م�صادر الطاقة غير المتجددة‬ ‫‪Non-Renewable energy sources‬‬ ‫م�صادر الطاقة المتجددة‬ ‫‪Renewable energy sources‬‬ ‫الخلية ال�شم�سية‬ ‫‪Solar cell‬‬ ‫طاقة الرياح‬ ‫‪Wind energy‬‬ ‫طاقة الوقود الحيوي‬ ‫‪Biofuel energy‬‬ ‫طاقة المد والجزر‬ ‫‪Tidal energy‬‬ ‫التيار المتناوب‬ ‫)‪Alternating current (AC‬‬ ‫التيار الم�ستمر‬ ‫)‪Direct current (DC‬‬ ‫‪1-8‬‬ ‫الطاقة في حياتنا‬ ‫الطاقة هي اح ــدى المقومــات الرئي�سة‬ ‫للمجتمعات المتح�ضرة ونحتاج اليها في‬ ‫ت�سيير حياتنا اليومية حيث ت�ستعمل الطاقة في‬ ‫ت�شغيل كثير من الم�صانع وفي تحريك و�سائط‬ ‫النقل المختلفة وفي ت�شغيل االدوات المنزلية‬ ‫وغير ذلك من االغرا�ض‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )1‬اجهزة مختلفة م�ستهلكة للطاقة ت�ستعمل في حياتنا اليومية‬ ‫وكما هو معروف ان هناك �صور متعددة للطاقة الحظ ال�شكل (‪ )2‬كال�ضوء والحرارة وال�صوت والطاقة الميكانيكية‬ ‫التي تحرك الآالت والطاقة الكيميائية المخزونة في �أوا�صر الذرات والجزيئات والطاقة النووية والتي يمكن تحويلها‬ ‫�إلى طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )2‬انواع الطاقات‬ ‫‪149‬‬ ‫وقد تعرفنا في ف�صول �سابقة انه يمكن تحويل الطاقة من �صورة �إلى اخرى وان الطاقة هي المقدرة على انجاز‬ ‫�شغل‪ .‬ون�ستعمل وحدات متعددة لقيا�س مقدار الطاقة وح�سب نوع الطاقة الم�ستعملة واهم وحدات الطاقة هي‪:‬‬ ‫الجول (‪)Joule‬‬ ‫‪ 1‬جول = ‪ 1‬نيوتن × ‪ 1‬متر‬ ‫وهناك وحدات اخرى مث ًال‪:‬‬ ‫)‪(1 Joule) = (1 Newton) × (1 meter‬‬ ‫‪1 (Kilowatt - hour) = 3.6 × 106 Joule‬‬ ‫‪1 (Horse power - hour) = 2.68 × 106 Joule‬‬ ‫اما الوحدات االخرى للطاقة والتي ت�ستعمل فـي حاالت الج�سيمات الأولية كالجزئيات والذرات ومكوناتها هي‬ ‫(االلكترون ‪ -‬فولـط) (‪ )electron volt‬ومخت�صرها ‪ eV‬وان‪:‬‬ ‫‪1 e V = 1.6 ×10-19 joule‬‬ ‫‪2-8‬‬ ‫المصادر الحالية للطاقة‬ ‫لم يدخر االن�سان جهد ًا منذ فجر التاريخ في ا�ستثمار كافة م�صادر الطاقة المحيطة به والتي تزوده بالجزء اال�سا�س‬ ‫واالكبر من احتياجاته من الطاقة مثل الح�صول على الطاقة من م�ساقط المياه �أو من حركة الرياح وكذلك ا�ستثمار‬ ‫الطاقة ال�شم�سية‪ ،‬وحتى االن ومايزال بع�ض النا�س ي�ستعملون اخ�شاب اال�شجار في تلبية جزء من متطلباتهم من‬ ‫الطاقة‪.‬‬ ‫ويمكن تق�سيم م�صادر الطاقة الحالية في العالم �إلى ثالثة اق�سام رئي�سة وهي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الم�صادر االحفورية‪.‬‬ ‫‪ -2‬م�صادر الطاقة المائية‪.‬‬ ‫‪ -3‬م�صادر الطاقة النووية‪.‬‬ ‫ويمكن و�صفها ح�سب المخطط االتي‪:‬‬ ‫م�صادر‬ ‫الطاقة احلالية‬ ‫م�صادر‬ ‫الطاقة االحفورية‬ ‫النفط‬ ‫‪150‬‬ ‫م�صادر‬ ‫الطاقة المائية‬ ‫الفحم‬ ‫م�صادر‬ ‫الطاقة النووية‬ ‫الغاز الطبيعي‬ ‫‪1-2-8‬‬ ‫م�صادر الطاقة االحفورية‬ ‫ان م�صادر الطاقة االحفورية ت�شترك في انها تتكون من عن�صري الكاربون والهيدروجين‪� ،‬أي المواد‬ ‫الهيدروكاربونية ا�ضافة �إلى ن�سب مختلفة من الماء والكبريت والأوك�سجين والنتروجين واكا�سيد الكاربون‪ .‬وتُعد‬ ‫م�صادر الطاقة االحفورية من م�صادر الطاقة غير المتجددة بمعنى اخر ان احتياطي العالم منها يتناق�ص ب�شكل م�ستمر‬ ‫الن معدل تكونها اقل بكثير من معدل ا�ستهالكها‪ .‬وم�صادر هذه الطاقة هي النفط والفحم والغاز الطبيعي‪ ،‬الحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)3‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫ومن �أهم ا�ستعماالت الوقود االحفوري هي‪:‬‬ ‫‪ -a‬توليد الكهرباء حيث ت�ستعمل الحرارة الناتجة من حرق الوقود في ت�سخين الماء النتاج البخار الذي ي�ستعمل‬ ‫في �إدارة التوربينات المو�صلة بمولدات الكهرباء‪.‬‬ ‫‪ -b‬ت�شغيل و�سائل النقل المختلفة‪.‬‬ ‫‪ -c‬ي�ستعمل كوقود مبا�شر الغرا�ض الطهي والت�سخين‪.‬‬ ‫‪151‬‬ ‫‪2-2-8‬‬ ‫م�صادر الطاقة المائية‬ ‫ان مفهوم م�صادر الطاقة المائية يعتمـد‬ ‫باال�سا�س على مبد�أ تحويل طاقة الو�ضـع‬ ‫(‪ )Potential energy‬المختزنـ ــة‬ ‫(الكامنة) في المياه المحفوظة خلف‬ ‫ال�سدود �أو في اماكن مرتفعة وتحولها �إلى‬ ‫طاقة ميكانيكية (حركية) في اثناء �سقوط‬ ‫الماء اذ يتدفق الماء خالل مجرى �أو انبوب‬ ‫�إلى توربين مائي �أو توربين هايدروليكي‪،‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪ )4‬وعندما يندفع الماء خالل‬ ‫التوربين يدور محور التوربين الذي بدوره‬ ‫يقوم بتدوير المولدات الكهربائية الكبيرة‬ ‫المرتبطة به فتنتج الطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )4‬يو�ضح مكونات احدى المحطات الكهرومائية لتوليد الطاقة الكهربائية (ال�شكل‬ ‫لالطالع فقط)‬ ‫هل تعلم‬ ‫هناك محطات بخارية (حرارية) تولد الطاقة الكهربائية وهي تعمل بالوقود حيث يحرق الوقود‪ ،‬والحرارة‬ ‫المتولدة تحول بدورها الماء �إلى بخار في غاليات (مراجل) �ضخمة وبعدها ي�ستعمل البخارالناتج عالي ال�ضغط‬ ‫الدارة توربينات �ضخمة التي بدورها تقوم بتدوير مولدات كبيرة تعمل على توليد الكهرباء‪ .‬الحظ ال�شكل‪.‬‬ ‫مخطط يو�ضح مكونات احد المحطات البخارية (المحطات الحرارية لتوليد الطاقة الكهربائية) (ال�شكل لالطالع فقط)‬ ‫‪152‬‬ ‫‪3-2-8‬‬ ‫م�صادر الطاقة النووية‬ ‫تنتج محطات الطاقة النووية الطاقة الكهربائية‬ ‫باال�سلوب المتبع نف�سه في المحطات البخارية‬ ‫(الحرارية) ولكنها ت�ستعمل منظومة ت�سمى المفاعل‬ ‫النووي (‪ )nuclear reactor‬بد ًال من غرفة احتراق‬ ‫الوقود‪ .‬اذ ينتج المفاعل النووي طاقة حرارية هائلة‬ ‫جد ًا عن طريق ان�شطار (‪ )fission‬نوى ذرات عن�صر‬ ‫ثقيل مثل عن�صر اليورانيوم (‪ )235‬والذي ي�ستعمل‬ ‫كوقود نووي للمفاعل وي�ستفاد من الحرارة الناجمة عن‬ ‫االن�شطار النووي لتحويل الماء �إلى بخار وي ُدور البخار‬ ‫التوربين البخاري الحظ ال�شكل (‪ )5‬الذي بدوره يقوم‬ ‫بتدوير المولد الكهربائي الذي يولد الكهرباء‪.‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫اليورانيوم عن�صر م�شع رمزه الكيميائي ‪U‬‬ ‫يتكون في الطبيعة من ثالثة نظائر هي‪U-238 :‬‬ ‫و ‪ U-235‬و ‪ .U-234‬ونظير ‪ U-238‬يتواجد‬ ‫بكثرة في الطبيعة بن�سبة تقارب ‪ %99.3‬من‬ ‫خام اليورانيوم‪ ،‬اما ‪ U-235‬فهو النظير المهم‬ ‫والفعال والقابل لالن�شطار ون�سبته هي اقل من‬ ‫‪ ،%1‬وتتم عملية ف�صله وتجميعه في عملية يطلق‬ ‫عليها التخ�صيب ويتم بطرائق عدة منها‪ ،‬الليزر او‬ ‫االنت�شار الغازي او جهاز الطرد المركزي‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )5‬يو�ضح توليد الطاقة الكهربائية من الطاقة النووية (ال�شكل لالطالع فقط)‬ ‫‪153‬‬ ‫‪3-8‬‬ ‫المصادر البديلة للطاقة (مصادر الطاقة المتجددة)‬ ‫‪Renewable energy sources‬‬ ‫نعي�ش االن مرحلة العد التنازلي لم�صادر الطاقة االحفورية من فحم وغاز ونفط وهذه الم�صادر التي ا�سهمت ب�شكل‬ ‫فعال في ت�شكيل نمط حياتنا الحالية ف�ض ًال عن محدودية هذه الم�صادر فان م�شكالت التلوث المرافقة ال�ستعمالها‬ ‫تتزايد يوما بعد يوم‪ ،‬وقد بذلت وما زالت تبذل محاوالت كثيرة للبحث عن م�صادر بديله للطاقة تكون اكثر ديمومة‬ ‫من م�صادر الطاقة االحفورية القابلة للنفاذ‪ ،‬واال�سباب االتية جعلت ا�ستعمال الطاقة المتجددة تُف�ضل على انواع من‬ ‫الطاقة غير المتجددة‪:‬‬ ‫‪1-1‬النها طاقة ال ت�ستنفذ‪.‬‬ ‫‪2-2‬النها طاقة نظيفة (غير ملوثة) على عك�س انواع الوقود االحفوري الذي ينبعث منه عند احتراقه مواد هيدروكاربونية‬ ‫ت�ؤثر في البيئة‪.‬‬ ‫‪3-3‬يمكن ان تكون متاحة محليا خالفا للوقود االحفوري‪.‬‬ ‫‪4-4‬قلة تكاليف انتاج الطاقة منها‪.‬‬ ‫�أن اهم م�صادر الطاقة المتجددة (الطاقة البديلة) مو�ضحة في المخطط الآتي‪:‬‬ ‫م�صادر الطاقة المتجددة‬ ‫‪Renewable energy sources‬‬ ‫الطاقة ال�شم�سية‬ ‫(‪)2‬‬ ‫(‪)3‬‬ ‫(‪)4‬‬ ‫طاقة الرياح‬ ‫طاقة الوقود الحيوي‬ ‫طاقة المد والجزر‬ ‫‪Solar energy‬‬ ‫‪Wind energy‬‬ ‫‪Biofuel energy‬‬ ‫‪Tidal energy‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫‪154‬‬ ‫‪1-3-8‬‬ ‫تكنولوجيا الطاقة ال�شم�سية‬ ‫الطاقة ال�شم�سية التي ت�ستقبلها االر�ض هي م�صدر الحياة على �سطحها والم�صدر المبا�شر وغير المبا�شر لمختلف‬ ‫انواع الطاقات المتوافرة عليها‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫وتُعد تكنولوجيا الطاقة ال�شم�سية �أحد اهم اال�ساليب المتبعة علمي ًا لتوفير بع�ض الطلب العالمي على م�صادر الطاقة‬ ‫التي يحتاجها االن�سان في حياته اليومية‪.‬‬ ‫وقد �شهد هذا القطاع تطورات تقنية وت�صاميم هامة جدا اهلته ان يكون في طليعة م�صادر الطاقة المتجددة‪.‬‬ ‫تتميز الطاقة ال�شم�سية ب�سهولة توفرها في الكثير من بقاع العالم وخلوها من �أي تاثيرات �سلبية على البيئة حيث‬ ‫التت�سبب في انطالق غازات �أو مواد كيميائية �ضارة بالبيئة �أو االن�سان‪.‬‬ ‫ويمكن تو�ضيح مجاالت ا�ستثمار الطاقة ال�شم�سية في حياتنا اليومية من خالل المخطط الآتي‪:‬‬ ‫استعماالت الطاقة الشمسية‬ ‫تقنية توليد الكهرباء‬ ‫تقنية التطبيقات الحرارية‬ ‫تقنية تحلية المياه المالحة‬ ‫تقنية تسخين المياه والتدفئة‬ ‫‪155‬‬ ‫ا�ستثمارات الطاقة ال�شم�سية في توليد الكهرباء‬ ‫الخلية ال�شم�سية ‪Solar cell‬‬ ‫ان الخاليا ال�شم�سية التي ت�سمى اي�ض ًا بخاليا‬ ‫الفوتوفـ ــولطي ـ ــك (‪ )photovoltaic cells‬وكلم ـ ـ ــة‬ ‫فوتوفولطيك هو ا�سم م�شتق من طبيعة عمل الخلية ال�شم�سية‪،‬‬ ‫فكلمة فوتو (‪ )photo‬تعني �ضوء وفولطيك (‪)voltaic‬‬ ‫تعني فرق جهد كهربائي‪.‬‬ ‫وعلى هذا اال�سا�س فان مبد�أ عمل الخلية ال�شم�سية يقوم‬ ‫على تحويل طاقة �ضوء ال�شم�س �إلى طاقة كهربائية الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)7‬‬ ‫وتُ�صنع الخلية ال�شم�سية (خلية الفوتوفولطيك) من طبقة‬ ‫رقيقة من المواد �شبه المو�صلة (‪)semiconductors‬‬ ‫مثل ال�سيليكون (‪ )silicon‬م�ضاف ًا اليه بع�ض ال�شوائب‬ ‫كالف�سفور (‪� )phosphorous‬أو البورون (‪)boron‬‬ ‫بن�سب معينة للح�صول على تركيبة معينة تحول ال�ضوء الى‬ ‫طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫من ال�شكل (‪ )8‬نالحظ ان الطبقة العليا من الخلية ال�شم�سية‬ ‫تتكون من ال�سيليكون الم�شوب بالف�سفور (ي�سمى نوع ‪� N‬أي‬ ‫يوفر الكترونات) والطبقة ال�سفلى منها هي من ال�سيليكون‬ ‫الم�شوب بالبورون (ي�سمى نوع ‪� p‬أي يكت�سب الكترونات)‬ ‫ثم تو�ضع طبقة رقيقة جدا على وجه الخلية ال�شم�سية لتمنع‬ ‫انعكا�س ال�ضوء وتغطى الخلية ال�شم�سية بلوح زجاجي‬ ‫لحمايتها من التاثيرات الجوية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪156‬‬ ‫كما توجد نقطتان للتو�صيل الخارجي بالدائرة الخارجية‪.‬‬ ‫من الجدير بالذكر ان الخاليا ال�شم�سية تجهزنا بالقدرة الكهربائية الم�ستمرة‪( ،‬تيار كهربائي م�ستمر ‪ )DC‬كما‬ ‫هوالحال عند ا�ستعمال البطاريات الجافة التي تعطينا التيار الم�ستمــر ولكن اختالفهما يكمـ ــن في ان البطارية‬ ‫الجافة تعمل على وفق طاقة التفاعل الكيميائي الكهربائي (‪ )Electro-chemical reaction‬حيث تتحول‬ ‫�إلى تيار كهربائي في حين تعمل الخلية ال�شم�سية على طاقة ا�شعة ال�شم�س للح�صول على تيار كهربائي‪ ،‬الحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)9-a , b‬‬ ‫�شكل(‪ )9-a‬خلية �شم�سية ب�سيطة‬ ‫�شكل (‪ )9-b‬بطارية جافة‬ ‫ال�شكل (‪)9‬‬ ‫ان التيار والجهد الكهربائي المتولد من‬ ‫خلية واحدة ال يكفي للتغذية بالقدرة الكهربائية‬ ‫الالزمة‪ ،‬اذ ان الخلية الواحدة تولد ما بين‬ ‫)‪ )1-2 watt‬وهي قدرة قليلة‪ ،‬لذلك ي�ستعمل‬ ‫عدد من هذه الخاليا تو�صل فيما بينها على �شكل‬ ‫الواح �شم�سية (‪ )panles‬الحظ ال�شكل (‪.)10‬‬ ‫ال�شكل (‪)10‬‬ ‫‪157‬‬ ‫تربط عادة اما على التوالي مع بع�ضها لغر�ض زيادة الفولطية الناتجة من المنظومة �أو على التوازي لزيادة التيار‬ ‫الناتج الحظ ال�شكل (‪.)11-a , b‬‬ ‫(‪ )a‬ربط توالي‬ ‫(‪ )b‬ربط توازي‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫كما ان الفولطية التي يجهزها اللوح ال�شم�سي تتغير مع تغيرمقاومة الحمل الم�ستعمل مثل م�صباح كهربائي �أو‬ ‫محرك كهربائي يعمالن بالتيار الم�ستمر وغيرها‪ .‬ومن ذلك ن�ستطيع القول ان القدرة الم�ستمرة التي تجهزنا بها‬ ‫الخلية ال�شم�سية تعطى بالعالقة االتية‪:‬‬ ‫القدرة الم�ستمرة (‪ = )Watt‬التيار (‪ × )Ampere‬الفولطية (‪)Volt‬‬ ‫)‪DC Power (Watt) = Current (Ampere) × Voltage (Volt‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫‪158‬‬ ‫يمكن ا�ستعمــال الخاليا ال�شم�سية العــادة �شحـن البطاريات (‪ )rechargable batteries‬والتي يمكن‬ ‫ا�ستعمالها في �أي وقت نحتاج الكه ــرباء‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪ )12‬اذ تتالف الدائرة من جهاز ي�سمـ ــى العاك ـ ــ�س‬ ‫(‪ )Inverter‬يقوم بتحويل التيار الم�ستمر ‪ DC‬المجهز من البطارية الم�شحونة �إلى تيار متناوب ‪ AC‬لت�شغيل‬ ‫االجهزة الكهربائية المختلفة في البيوت‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )12‬ا�ستعمال الخاليا ال�شم�سية في البيوت‬ ‫ويعتمد زمن �شحن البطارية على قدرة الألواح‬ ‫ال�شم�سية من حيث عدد خالياها وم�ساحتها الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫�شكل (‪ )13‬الواح الخاليا ال�شم�سية‬ ‫‪159‬‬ ‫وان انتاج الطاقة الكهربائية في الخاليا ال�شم�سية يتنا�سب‬ ‫طرديا مع �شدة اال�شعاع ال�شم�سي ال�ساقط عليها وبحدود‬ ‫معينة‪ .‬واليجاد القدرة القادمة من ال�شم�س والتي ت�سقـط على‬ ‫خليـة �شم�سية معينة يتم ب�ض ــرب م�ساح ــة الخلي ــة ال�شم�سية‬ ‫‪ A‬بوحدات (‪ )m2‬في �شدة اال�شعاع ال�شم�سي ال�ساقط‬ ‫على تلك الخلية والتي هي بحدود‬ ‫ال�شكل(‪.)14‬‬ ‫‪Watt‬‬ ‫‪m2‬‬ ‫‪ .1400‬الحظ‬ ‫الشكل (‪)14‬‬ ‫اي ان ‪:‬‬ ‫القدرة ال�شم�سية القادمة من ال�شم�س (القدرة الداخلة) =‬ ‫�شدة اال�شعاع ال�شم�سي ال�ساقط × الم�ساحة ال�سطحية للخلية ال�شم�سية‬ ‫‪Input solar power = incident radiation intensity × solar cell surface area‬‬ ‫كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�شم�سية‬ ‫‪The Conversion Efficiency of Solar Cell Energy‬‬ ‫ان كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�شم�سية هي الن�سبة بين القدرة الخارجة �إلى القدرة الداخلة‪ ،‬اي ان‪:‬‬ ‫كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�شم�سية =‬ ‫=‬ ‫القدرة الخارجة‬ ‫القدرة الداخلة‬ ‫×‪% 100‬‬ ‫القدرة الخارجة‬ ‫�شدة اال�شعاع ال�ساقط × الم�ساحة ال�سطحية للخلية ال�شم�سية‬ ‫× ‪% 100‬‬ ‫‪Output Power‬‬ ‫‪Solar Cell convertion efficiency = Input Power # 100%‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪h = Pout # 100%‬‬ ‫‪in‬‬ ‫‪160‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫اإذا علمت ان ابعاد خلية �ضم�ضية (‪ )4cm × 6cm‬لحظ ال�ضكل التالي‪ .‬اح�ضب القدرة الم�ضتلمة من قبل الخلية‬ ‫ال�ضم�ضية (القدرة الداخلة) اإذا كانت �ضدة ال�ضعاع ال�ضم�ضي ال�ضاقط على الخلية ت�ضاوي ‪.1400 Watt‬‬ ‫‪m2‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫الم�ضاحة = ‪Area‬‬ ‫‪Area = 4 cm × 6 cm = 0.04 m × 0.06 m‬‬ ‫‪= 0.0024 m2‬‬ ‫القدرة الم�ضتلمة(الداخلة) = �ضدة ال�ضعاع ال�ضم�ضي ال�ضاقط × الم�ضاحة الكلية للخلية ال�ضم�ضية‬ ‫‪Watt‬‬ ‫‪m2‬‬ ‫‪Input Power = 0.0024 m2 × 1400‬‬ ‫مقدار القدرة الداخلة ‪= 3.36 watt‬‬ ‫‪161‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫خلية �ضم�ضية ب�ضكل مربع ابعادها (‪ )0.2m × 0.2m‬فاذا كان مقدار�ضدة ال�ضعاع ال�ضم�ضي ال�ضاقط على‬ ‫الخلية ي�ضاوي ‪ 1400 Watt‬وان التيار المتولد من قبل الخليـة ال�ضم�ضية ‪ 0.16 A‬وبفرق جهد مقداره‬ ‫‪m‬‬ ‫‪ 12V‬لحظ ال�ضكل التالي‪ .‬اح�ضب كفاءة الخلية ال�ضم�ضية لتحويل الطاقة ال�ضم�ضية اإلى طاقة كهربائية ؟‬ ‫‪2‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫القدرة الكهربائية الخارجة = التيار × الفولطية‬ ‫‪Output power = current × voltage‬‬ ‫‪= 0.16A × 12 V‬‬ ‫‪= 1.92 watt‬‬ ‫القدرة الخارجة‬ ‫كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�ضم�ضية =‬ ‫القدرة الداخلة‬ ‫‪P‬‬ ‫‪h = Pout # 100%‬‬ ‫‪in‬‬ ‫‪1.92‬‬ ‫‪= 1400 # 0.2 # 0.2 # 100%‬‬ ‫‪1.92‬‬ ‫‪= 56 # 100%‬‬ ‫‪=3.42 × 10-2 × 100%‬‬ ‫‪= 0.0342× 100%‬‬ ‫كﻔاءﺓ اخللية الشمسية ‪η= 3.4%‬‬ ‫‪162‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫اإذا كانت كفاءة تحويل خلية �ضم�ضية هـي ‪( 0.12‬اأي ‪ )12%‬وبم�ضاحة �ضطحية للخلية ال�ضم�ضية بحدود‬ ‫‪ 0.01m2‬اح�ضب القدرة الخارجة علما ان مقدار �ضدة ال�ضعاع ال�ضم�ضي ال�ضاقط على هذه الخلية ت�ضاوي‬ ‫‪Watt‬‬ ‫‪. 1400‬‬ ‫‪m2‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫القدرة الخـارجة‬ ‫كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�ضم�ضية =‬ ‫القدرة الداخلة‬ ‫‪P‬‬ ‫‪= Pout # 100%‬‬ ‫‪in‬‬ ‫× ‪% 100‬‬ ‫‪h‬‬ ‫‪Pout‬‬ ‫‪Watt‬‬ ‫‪1400‬‬ ‫‪# 0.01 m 2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪m‬‬ ‫مقدار القدرة الخارجة‬ ‫= ‪0.12‬‬ ‫‪Pout = 1.68 watt‬‬ ‫‪163‬‬ ‫التطبيقات الحرارية للطاقة ال�شم�سية‬ ‫ت�شكل الطاقة الحرارية جزء ًا كبير ًا من ا�ستعماالت الإن�سان للطاقة لذلك �شاعت التطبيقات الحرارية المبنية على‬ ‫مبد�أ ا�ستثمار الطاقة ال�شم�سية ومن هذه التطبيقات‪:‬‬ ‫تكنولوجيا ت�سخين الماء والتدفئة (ال�سخان ال�شم�سي)‬ ‫�إن ال�سخان ال�شم�سي عبارة عن منظومة متكاملة‬ ‫تتكون من اجزاء عدة ت�ستعمل في تجميع اال�شعة ال�شم�سية‬ ‫ال�ساقطة وا�ستثمار طاقتها الحرارية حيث ي�ستفاد منها في‬ ‫ت�سخين المياه خالل فترة �سطوع ال�شم�س الحظ ال�شكل‬ ‫(‪ )15‬وكذلك في تدفئة المنازل والبيوت‪.‬‬ ‫وت�ستعمل معادن معينة في هذه المنظومات وهي عبارة‬ ‫عن معادن غير قابلة لل�صد�أ مطلية باللون اال�سود لغر�ض‬ ‫امت�صا�ص اكبر كمية ممكنة من اال�شعة ال�شم�سية مثل‬ ‫اكا�سيد الكروم والكوبلت‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )15‬ال�سخان ال�شم�سي‬ ‫وهناك انواع اخرى ت�ستعمل فيها المرايا ب�شكل قطع‬ ‫مكافئ للح�صول على حرارة الت�سخين‪ .‬الحظ ال�شكل‬ ‫(‪.)16‬‬ ‫ال�شكل (‪)16‬‬ ‫‪164‬‬ ‫تكنولوجيا تحلية المياه با�ستعمال الطاقة ال�شم�سية‬ ‫‪Water Purification by Solar Technology‬‬ ‫ان من اهم الو�سائل الم�ستعملة حاليا لتحلية المياه بالطاقة ال�شم�سية هي‪:‬‬ ‫ الطريقة غير المبا�شرة لتحلية المياه بالطاقة ال�شم�سية‪:‬‬ ‫وتعتمد هذه الطريقة على توفير الطاقة الالزمة لوحدات‬ ‫التحلية وت�شغيلها با�ستعمال الخـ ــاليا ال�شم�سية اذ بو�ساطتها‬ ‫يمكن الح�صول على طاقة حرارية �أو طاقة كهربائية �أو ميكانيكية‪،‬‬ ‫الحظ ال�شكل (‪.)17‬‬ ‫ الطريقة المبا�شرة لتحلية المياه بالطاقة ال�شم�سية‪:‬‬ ‫وفي هذه الطريقة ت�ستعمل ا�شعة ال�شم�س كم�صدر حراري‬ ‫لرفع درجة حرارة الماء غير النقي ومن ثم تبخيره وتحويله �إلى‬ ‫ماء نقي با�ستعمال المقطر ال�شم�سي‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)18‬‬ ‫ال�شكل (‪)17‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ت�ستعمل الخاليا ال�شم�سية لتوليد الطاقة‬ ‫الكهربائية وت�ستثمر الطاقة المتولدة لرفع‬ ‫مياه االبار الحظ ال�شكل الآتي‪.‬‬ ‫‪ :A‬دخول الماء المالح‬ ‫‪ :B‬المراة‬ ‫‪ :C‬غطاء زجاجي‬ ‫‪ :D‬خروج الماء المقطر‬ ‫‪ :E‬ماء مالح‬ ‫‪ :F‬طبقة خا�صة‬ ‫‪� :G‬صفيحة �سوداء‬ ‫ال�شكل (‪)18‬‬ ‫‪165‬‬ ‫‪ 2-3-8‬تكنولوجيا طاقة الرياح (�أو الطاقة الهوائية) ‪Wind Energy Technology‬‬ ‫�أن مبد�أ عمل تقنية الرياح يعتمد على ا�ستثمار قوة‬ ‫الرياح في تدوير المروحة الهوائية اذ ت�ؤثر الرياح‬ ‫بقوة وتحرك ري�ش المراوح وتجعلها تدور‪ ،‬وتت�صل‬ ‫المروحة مع مولد كهربائي فتدور نواة المولد وتتولد‬ ‫نتيجة لذلك الطاقة الكهربائية الحظ ال�شكل (‪ )19‬علما‬ ‫ان حركة الهواء متغيرة ح�سب المواقع فتكون �سريعة‬ ‫في المناطق ال�ساحلية والمناطق ال�صحراوية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )19‬مبد�أ عمل تكنولوجيا طاقة الرياح‬ ‫م�صدر طاقة الرياح يعتمد على �سرعة الرياح والتي‬ ‫يجب ان تكون بمعدالت التقل عن‬ ‫‪m‬‬ ‫‪s‬‬ ‫‪ 5.4‬وعلى‬ ‫ان يجري هبوبها ل�ساعات طويلة خالل اليوم‪ ،‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)20‬‬ ‫ال�شكل (‪ )20‬طاقة الرياح لطواحين هوائية‪.‬‬ ‫‪3-3-8‬‬ ‫تكنولوجيا طاقة الوقود الحيوي ‪Biofuel Energy‬‬ ‫الوقود الحيوي هو الطاقة الم�ستثمرة من الكائنات الحية �سواء النباتية �أو الحيوانية منها‪ .‬وهو اهم م�صادر‬ ‫الطاقة المتجددة‪ .‬ويت�صدر الوقود الحيوي ال�سائل ليكون اهم م�صادر انتاج هذا النوع من الطاقة‪ .‬وينتج الوقود‬ ‫ال�سائل بنوعين هما‪:‬‬ ‫‪166‬‬ ‫‪1 .1‬وقود االيثانول ال�سائل ‪ :Ethanol fuel‬حيث ي�ستخرج من ق�صب ال�سكر‪ ,‬البطاطا الحلوة‪ ،‬الذرة والتمر‪،‬‬ ‫بعدها يتم معالجته بعمليات وبن�سب محددة لال�ستعمال في مجاالت عدة الحظ ال�شكل (‪ .)21‬وي�ستعمل هذا‬ ‫الوقود اي�ضا في ت�شغيل بع�ض �أنواع ال�سيارات‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )21‬انتاج وقود االيثانول ال�سائل‬ ‫‪2 .2‬وقود الديزل الحيوي ‪ :Biodiesel fuel‬ي�ستخرج من النباتات الحاوية على الزيوت مثل فول ال�صويا‪،‬‬ ‫وزيت النخيل وعباد ال�شم�س وغيرها‪ ،‬بعد معالجتها كيميائيا الحظ ال�شكل (‪.)22‬‬ ‫ال�شكل (‪ )22‬انتاج وقود الديزل الحيوي‬ ‫هل تعلم‬ ‫يمكن الح�صول على الوقود الحيوي الغازي ( غاز الميثان) من‬ ‫التحلل الكيميائي للمزروعات والف�ضالت ومخلفات الحيوانات وتحلل‬ ‫النفايات والمجاري ومخلفات االغذية عن طريق اله�ضم الالهوائي‪.‬‬ ‫‪167‬‬ ‫‪4-3-8‬‬ ‫تكنولوجيا طاقة المد والجزر ‪Tidal energy‬‬ ‫هي عملية ا�ستثمار حركة المد والجزر في توليد الطاقة الكهربائية وتقوم الفكرة على ان من�سوب الماء يرتفع وقت‬ ‫المد الحظ �شكل (‪ )23-a‬وينخف�ض وقت الجزر الحظ ال�شكل (‪ )23-b‬في البحار والمحيطات وفي �ضوء ذلك ي�شكل‬ ‫فارق ارتفاع وانخفا�ض من�سوب المياه وحركته م�صدرا كبيرا للطاقة �إذا اخذنا بنظر االعتبار ماليين االمتار المكعبة‬ ‫التي تتعر�ض لهذه الحركة حيث يمكن االفادة منها في ت�شغيل التوربينات لتوليد الطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫الشكل (‪ )b‬حالة الجزر‪.‬‬ ‫الشكل (‪ )a‬حالة المد‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)23‬‬ ‫‪168‬‬ ‫أسئلة الفصل الثامن‬ ‫�س‪1/‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬من م�صادر الطاقة غير المتجددة هي‪:‬‬ ‫‪ -a‬طاقة المد والجزر‪.‬‬ ‫‪ -b‬طاقة الرياح‪.‬‬ ‫‪ -c‬طاقة الفحم الحجري‪.‬‬ ‫‪ -d‬طاقة الهيدروجين‪.‬‬ ‫‪� -2‬أي االمثلة الآتية هو من م�صادر الطاقة المتجددة‪:‬‬ ‫‪ -a‬الغاز الطبيعي‪.‬‬ ‫‪-b‬النفط‪.‬‬ ‫‪ -c‬طاقة الخاليا ال�شم�سية‪.‬‬ ‫‪ -d‬الطاقة النووية‪.‬‬ ‫‪ -3‬الخلية ال�شم�سية ت�صنع من‪:‬‬ ‫‪ -a‬التيتانيوم‪.‬‬ ‫‪ -b‬االلمنيوم‪.‬‬ ‫‪ -c‬الكاربون‪.‬‬ ‫‪ -d‬ال�سيليكون‪.‬‬ ‫‪169‬‬ ‫‪ -4‬الخلية ال�شم�سية تحول الطاقة‪:‬‬ ‫‪ -a‬الحرارية الى طاقة كهربائية‬ ‫‪ -b‬الحرارية الى طاقة �ضوئية‬ ‫‪ -c‬ال�شم�سية الى طاقة �ضوئية‬ ‫‪ -d‬ال�ضوئية الى طاقة كهربائية‬ ‫‪ -5‬المولدات الطافية ت�ستعمل في البحر لغر�ض توليد‪:‬‬ ‫‪ -a‬طاقة الهيدروجين‬ ‫‪ -b‬طاقة المد والجزر‬ ‫‪ -c‬طاقة الرياح‬ ‫‪ -d‬الطاقة ال�شم�سية‬ ‫‪ -6‬الوقود الم�ستعمل في المفاعالت النووية هو‪:‬‬ ‫‪ -a‬الكادميوم‬ ‫‪ -b‬الراديوم‬ ‫‪ -c‬الثوريوم‬ ‫‪ -d‬اليورانيوم‬ ‫‪ -7‬الطاقة المتولدة من حركة �أو �سقوط المياه تدعى‪:‬‬ ‫‪ -a‬الطاقة الحيوية‬ ‫‪ -b‬الطاقة المائية‬ ‫‪ -c‬الطاقة ال�شم�سية‬ ‫‪ -d‬الطاقة النووية‬ ‫‪170‬‬ ‫‪ -8‬معدل الطاقة العظمى الم�ضتلمة في الثانية الواحدة لكل متر مربع (�ضدة ال�ضعاع ال�ضم�ضي) على �ضطح‬ ‫الخلية ال�ضم�ضية ت�ضاوي ‪:‬‬ ‫‪ -9‬خلية �ضم�ضية كفاءة تحويلها (‪ )0.17‬وبم�ضاحة �ضطحية (‪ )0.01m2‬وكانت �ضدة الأ�ضعاع ال�ضم�ضي‬ ‫ال�ضاقط عليها (‬ ‫‪Watt‬‬ ‫‪m2‬‬ ‫‪ ) 1400‬فالقدرة الناتجة هي‪:‬‬ ‫‪2.2Watt -a‬‬ ‫‪1.8 Watt -b‬‬ ‫‪2.38 Watt -c‬‬ ‫‪2 Watt -d‬‬ ‫‪-10‬اذا كان مقدارالتيار الذي ولده لوح �ضم�ضي (‪ )0.5A‬بفرق جهد (‪ )10V‬فاأن مقدار القدرة الخارجة‬ ‫هي‪:‬‬ ‫‪6Watt -a‬‬ ‫‪5Watt -b‬‬ ‫‪8Watt -c‬‬ ‫‪4Watt -d‬‬ ‫‪171‬‬ ‫‪ -11‬اذا كانت القدرة الخارجة لخلية �شم�سية (‪ )4 Watt‬والقدرة الداخلة (‪ )32 Watt‬ف�أن كفاءة‬ ‫تحويل الطاقة للخلية ال�شم�سية هي‪:‬‬ ‫‪4.5%a-a‬‬ ‫‪12.5%b-b‬‬ ‫‪5%c-c‬‬ ‫‪5.5%d-d‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫اذا �إزداد عدد الخاليا ال�شم�سية المربوطة على التوالي مع بع�ضها‪ .‬و�ضح كيف يتغير مقدار‬ ‫الفولطية الخارجة منها ؟‬ ‫�س‪3‬‬ ‫تو�ضع طبقة من الزجاج على لوح الخلية ال�شم�سية عند �صناعتها ؟ ما الفائدة من ذلك ؟‬ ‫�س‪4‬‬ ‫تف�ضل الطاقة المتجددة على �أنواع الطاقة غير المتجددة ؟ و�ضح ذلك ؟‬ ‫�س‪5‬‬ ‫اذكر مبد�أ عمل ك ٍل من‪:‬‬ ‫‪ -1‬تكنولوجيا الخاليا ال�شم�سية‪.‬‬ ‫‪ -2‬تكنولوجيا طاقة الرياح‪.‬‬ ‫‪172‬‬ ‫الفصل‬ ‫التاسﻊ‬ ‫‪9‬‬ ‫فيﺰياء الجو وتقنية االتصاالت الحديثة‬ ‫‪Physics of Atomosphere and Modren Communication Technology‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-9‬جو الأر�ض ومكوناته‪.‬‬ ‫‪ 2-9‬طبقات الغالف الجوي‪.‬‬ ‫‪ 3-9‬تقنية الت�ضالت الحديثة‪.‬‬ ‫‪ 4-9‬انت�ضار الموجات األال�ضلكية‪.‬‬ ‫‪ 5-9‬الهاتف النقال‪.‬‬ ‫‪ 6-9‬الأقمار ال�ضناعية‪.‬‬ ‫‪173‬‬ ‫األهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي ان يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫‬ ‫ي�شرح مكونات جو الأر�ض‪.‬‬ ‫يذكر طبقات الغالف الجوي‪.‬‬ ‫يعرف طبقة الأوزون‪.‬‬ ‫يعدد �أنواع قنوات االر�سال ال�سلكية‪.‬‬ ‫يذكر مكونات الليف الب�صري‪.‬‬ ‫يميز بين الموجات الأر�ضية والموجات ال�سماوية‪.‬‬ ‫يعدد مكونات الهاتف النقال‪.‬‬ ‫يحدد �أ�ستعماالت االقمار ال�صناعية‪.‬‬ ‫المصطلحات العلمية‬ ‫‪174‬‬ ‫جو الأر�ض ومكوناته‬ ‫‪Atmosphere and its Contents‬‬ ‫طبقات الغالف الجوي‬ ‫‪Atmospheric Layers‬‬ ‫تقنية االت�صاالت الحديثة‬ ‫‪Modern Communications Technology‬‬ ‫قنوات االت�صال ال�سلكية‬ ‫‪Wired Channels‬‬ ‫قنوات االت�صال �ألال�سلكية‬ ‫‪Wireless Channels‬‬ ‫انت�شار الموجات �ألال�سلكية‬ ‫‪Wireless Waves Propagation‬‬ ‫الهاتف النقال‬ ‫‪Mobile phone‬‬ ‫الأقمار ال�صناعية‬ ‫‪Satellites‬‬ ‫‪1-9‬‬ ‫جو األرض ومكوناته ‪Atmosphere and its Contents‬‬ ‫تطلق عبارة جو الأر�ض على غالف الهواء‬ ‫المحيط بالكرة الأر�ضية �إحاطة تامة‪ ،‬و�سمك‬ ‫الغالف الجوي يعد �صغيرا جدا مقارنة بقطر‬ ‫الأر�ض‪ .‬فُيرى من الف�ضاء ك�أنه طبقة رقيقة من‬ ‫ال�ضوء الأزرق الغامق في الأفق الحظ ال�شكل (‪.)1‬‬ ‫الغالف الجوي عبارة عن طبقة مكونة من خليط‬ ‫من الغازات التي تحيط بالكرة االر�ضية مرتبط بها‬ ‫بفعل الجاذبية الأر�ضية‪ .‬ويت�ألف من خليط من‬ ‫الغازات موجود بع�ضها بن�سب ثابتة مثل الهواء‬ ‫الجاف الذي تكون مكوناته على �سطح الأر�ض‬ ‫بن�سبة مئوية ثابتة المبينة في الجدول رقم (‪.)1‬‬ ‫وينتج عن الن�شاط الب�شري غير المتوازن‬ ‫�إف�سادا للغالف الجوي‪ ،‬وذلك بتغيير هذه الن�سب‬ ‫عن حالتها الطبيعية‪ ،‬مما ادى الى تزايد االحتبا�س‬ ‫الحراري‪ .‬فترتب عنه تغيرات مناخية وفي�ضانات‬ ‫وان�صهار ن�سب من الجليد في القطبين و�أعا�صير‬ ‫غير م�ألوفة‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪.)2‬‬ ‫ال�شكل (‪)1‬‬ ‫جدول (‪)1‬‬ ‫العنصر (الغاز)‬ ‫الصيغة النسب المئوية (‪ )%‬لتواجد‬ ‫الكيميائية الغازات في الغالف الجوي‬ ‫(لالطالع)‬ ‫النتروجني‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪78.08‬‬ ‫اوكسجني‬ ‫‪O2‬‬ ‫‪20.94‬‬ ‫أركون‬ ‫‪Ar‬‬ ‫‪0.9325‬‬ ‫ثنائي أكسيد الكاربون‬ ‫نيون‬ ‫هليوم‬ ‫كريبتون‬ ‫ميثان‬ ‫هيدروجني‬ ‫ثنائي أوكسيد النتروجني‬ ‫األوزون‬ ‫زينون‬ ‫‪CO2‬‬ ‫‪Ne‬‬ ‫‪He‬‬ ‫‪Kr‬‬ ‫‪CH4‬‬ ‫‪H2‬‬ ‫‪N 2O‬‬ ‫‪O3‬‬ ‫‪Xe‬‬ ‫‪0.036‬‬ ‫‪0.0018‬‬ ‫‪0.0005‬‬ ‫‪0.0001‬‬ ‫‪0.00017‬‬ ‫‪0.00005‬‬ ‫‪0.00003‬‬ ‫‪0.000004‬‬ ‫‪0.000009‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫�شكل (‪ )2‬فيا�ضانات وذوبان الجليد نتيجة لتزايد‬ ‫االحتبا�س الحراري‬ ‫االحترار العالمي هو ظاهرة ازدياد معدل الحرارة في جو‬ ‫الأر�ض �أكثر من المعدل الطبيعي وعدم ت�سربها �إلى خارج الغالف‬ ‫الجوي نتيجة امت�صا�ص غاز ثنائي �أوك�سيد الكاربون المنبعث من‬ ‫الم�صانع واالن�شطة الب�شرية المختلفة‪.‬‬ ‫‪175‬‬ ‫‪2-9‬‬ ‫طبقات الغالف الجوي ‪Atmospheric Layers‬‬ ‫الغالف الجوي للأر�ض هو كتلة غير متجان�سة حيث يتكون من طبقات بع�ضها فوق بع�ض‪ ،‬وتُح ّدد هذه الطبقات‬ ‫ح�سب ما تحتويه كل طبقة من غازات اعتماد ًا على �ضغطها ودرجة حرارتها‪ ،‬فهي تتغير مع االرتفاع عن �سطح االر�ض‬ ‫ب�شكل يميز كل طبقة عن غيرها‪ ،‬ويتكون الغالف الجوي من خم�س طبقات رئي�سة وهي‪:‬‬ ‫‪ -1‬التروبو�سفير (‪.)Troposphere‬‬ ‫‪ -2‬ال�ستراتو�سفير(‪.)Stratosphere‬‬ ‫‪ -3‬الميزو�سفير (‪.)Mesosphere‬‬ ‫‪ -4‬الثرمو�سفير (‪.)Thermosphere‬‬ ‫‪ -5‬الإك�سو�سفير (‪.)Exosphere‬‬ ‫‪ -1‬التروبو�سفير (‪:)Troposphere‬‬ ‫وهي الطبقة االولى من الغالف الجوي القريبة من �سطح االر�ض وتمتد الى ارتفاع ‪ 14km‬تقريب ًا من م�ستوى‬ ‫�سطح االر�ض وت�شكل ‪ 80%‬من الغالف الجوي‪ .‬وتمتاز بانها �أكثر الطبقات ا�ضطراب ًا ففيها تحدث جميع الظواهر‬ ‫المناخية والتغيرات الجوية‪.‬‬ ‫وفي هذه الطبقة يتناق�ص �سريع ًا كل من ال�ضغط والكثافة مع االرتفاع عن �سطح الأر�ض كما تتناق�ص درجة‬ ‫‪0‬‬ ‫الحرارة بمعدل ثابت ي�سمى ثابت التناق�ص حيث تهبط درجة الحرارة حوالي ‪ 6.5 C‬لكل كيلو متر واحد‪ .‬الحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫�شكل (‪ )3‬لالطالع‬ ‫‪176‬‬ ‫‪ -2‬ال�ستراتو�سفير (‪:)Stratosphere‬‬ ‫وهي الطبقة التي تقع فـ ــوق طبقة التروبو�سفير الح ـ ــظ ال�شكل (‪ ،)4‬وتمتد من ارتفـ ـ ــاع (‪ )14 km‬حتى‬ ‫(‪ )50 km‬وتمتاز باحتوائها على طبقة الأوزون (‪ )Ozone Layer‬ويكون اكبر تركيز للأوزون على ارتفاع‬ ‫(‪ )25 km‬عن �سطح الأر�ض (‪ .)91%‬وهي تقريب ًا عند منت�صف طبقة ال�ستراتو�سفير‪.‬‬ ‫وتمتاز طبقة ال�ستراتو�سفير بازدياد درجة الحرارة الن�سبي مع زيادة االرتفاع عن �سطح االر�ض حيث ترتفع‬ ‫بمدى (‪ )-60oC‬عند الحافة ال�سفلى �إلى (‪ )-15oC‬عند الحافة العليا لها من هذه الطبقة‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫‪177‬‬ ‫طبقة الأوزون ‪Ozone Layer‬‬ ‫يتولد الأوزون الموجود في طبقة ال�ستراتو�سفير بو�ساطة الأ�شعة فوق البنف�سجية (‪ )Ultraviolet‬التي‬ ‫م�صدرها ال�شم�س‪ .‬ومن مالحظتك لل�شكــل (‪ )5‬يمكن ت�صني ـ ــف الأ�شعة فوق البنف�سجية �إلى ثالثة �أنواع وهـ ــي‬ ‫(‪ A‬و ‪ B‬و ‪ .)C‬والت�أثير ال�سلبي لهذه الأ�شعة يكمن في النوع ‪� C‬إذ ي�ؤثر في الأحياء الموجودة على �سطح الأر�ض‪،‬‬ ‫وقد حبانا اهلل �سبحانه وتعالى بطبقة الأوزون التي تعتبر مظلة واقية لكل كائن حي على �سطح الأر�ض‪� ،‬إذ تقوم‬ ‫هذه الطبقة بحجب الإ�شعاع الم�ؤذي نوع (‪ )C‬من الو�صول �إلى �سطح الأر�ض‪ ،‬في حين �إن نوعي الأ�شعة فوق‬ ‫َ�ص الأ�شعة فوق البنف�سجية القادمة من ال�شم�س‬ ‫البنف�سجية (‪ A‬و ‪ )B‬لها دور في توليد الأوزون (‪ )O3‬حيث ُت ْمت ْ‬ ‫من قبل جزيئة الأوك�سجين (‪ )O2‬الموجودة في الجو وتفككها �إلى ذرتي اوك�سجين (‪ )O + O‬وبعدها تندمج كل‬ ‫ذرة واحدة مع جزيئة االوك�سجين (‪ )O2‬مولدة جزيئة الأوزون (‪ )O3‬ح�سب المعادلة الآتية‪:‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪o‬‬ ‫→‬ ‫‪UV‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪o2‬‬ ‫ذرة اوك�سجين ‪ +‬ذرة اوك�سجين → �أ�شعة فوق البنف�سجية نوع (‪ A‬و ‪ + )B‬جزيئة �أوك�سجين‬ ‫‪O2‬‬ ‫→‬ ‫‪O3‬‬ ‫جزيئة االوزون → جزيئة اوك�سجين‬ ‫‪O‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪ +‬ذرة اوك�سجين‬ ‫هل تعلم‬ ‫م�صطلح ثقب االوزون يدل على انخفا�ض‬ ‫في تركيز االوزون (�أو انخفا�ض‬ ‫ن�سبته)‪ ،‬ويت�ضح (الثقب) في المنطقة‬ ‫المحيطة بالقطب الجنوبي والقطب‬ ‫ال�شمالي الجغرافيين للكرة االر�ضية‬ ‫بم�ساحات كبيرة لهذين القطبين‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫ومن الجدير بالذكر �إن التعر�ض للأ�شعة فوق البنف�سجية نوع (‪)B‬‬ ‫لفترة طويلة ي�ؤدي �إلى ت�أثيرات �سلبية قد ت�سبب حروق للجلد وبع�ض‬ ‫الأحيان قد ي�سبب �سرطان الجلد‪.‬‬ ‫‪178‬‬ ‫‪ -3‬الميزو�سفير (‪: )Mesosphere‬‬ ‫طبقه الميزو�سفير موجودة في منت�صف الغالف الجوي وتمتد من ارتفاع ( ‪ )50 km‬وحتى ارتفـاع‬ ‫( ‪ )90 km‬ومكوناتها الغازية (الهليوم والهيدروجين) وهي ذات �ضغط منخف�ض وقليلة الكثافة‪� ،‬إن درجه‬ ‫الحرارة في الميزو�سفير تقل مع زيادة االرتفاع عن �سطح االر�ض‪ .‬وفي المنطقة العليا للميزو�سفير تنخف�ض‬ ‫درجة الحرارة �إلى �أق�صى ما يمكن‪ ،‬اذ تبلغ حوالي ( ‪ ،)-120oC‬الحظ ال�شكل (‪.)4‬‬ ‫‪ -4‬الثرمو�سفير (‪:)Thermosphere‬‬ ‫هي عبارة عن طبقة �ساخنة فوق الميزو�سفير‬ ‫وتعرف بالطبقة الحرارية وترتفع من (‪ )90 km‬حتى‬ ‫ارتفاع (‪ .)500 km‬وتحتوي على الكترونات حرة‬ ‫وايونات وتعرف �أي�ضا بالطبقة المت�أينة االيونو�سفير‬ ‫(‪ )Ionosphere‬وتت�صف هذه الطبقة بزيادة درجة‬ ‫الحرارة مع االرتفاع عن �سطح االر�ض حتى ت�صل �إلى‬ ‫حوالي (‪ )1000oC‬عند حافتها العليا الحظ �شكل (‪،)4‬‬ ‫وتمتاز هذه الطبقة بخا�صية عك�س الموجات الراديوية‬ ‫ذوات الـترددات الأق ــل مــن (‪ )300 KHz‬الح ـ ــظ‬ ‫ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫كل طبقة من طبقات الغالف الجوي لها مردودها‬ ‫النافع على الب�شر وطبقة االيونو�سفير على �سبيل‬ ‫المثال تعك�س موجات الراديو التي تبث من مركز‬ ‫معين الى االر�ض لت�سمح بذلك و�صول البث الى‬ ‫م�سافات بعيدة‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫‪ -5‬الإك�سو�سفير (‪:)Exosphere‬‬ ‫�أعلى طبقة من طبقات جو الأر�ض وتقع على ارتفاع‬ ‫يزيد على (‪ )500 km‬عن �سطح الأر�ض وتمثل الغالف‬ ‫الغازي الخارجي‪ ،‬الحظ ال�شكل (‪ )7‬وجزيئات الغاز فيها‬ ‫تتحرك ب�سرعة كبيرة جدا بحيث تمتلك طاقة حركية كافية‬ ‫للإفالت من قوة جذب االر�ض والهروب �إلى الف�ضاء‬ ‫الخارجي‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫‪179‬‬ ‫‪3-9‬‬ ‫تقنية االت�صاالت الحديثة ‪Modern Communications Technology‬‬ ‫منظومات االت�صاالت الحديثة تمتد عبر �أرجاء العالم كافة وتنقل �إ�شارات ال�صوت والبيانات وال�صور مع العديد من‬ ‫المعلومات المختلفة‪ ،‬وقد �أدى التطور ال�سريع في �صناعة الحوا�سيب والإلكترونيات الدقيقة �إلى تطورهذه االت�صاالت‬ ‫حيث �صار تبادل المعلومات ب�صورة تلقائية �أمر مي�سر و�سهل جدا كما في االنترنيت (ال�شبكة الدولية للمعلومات)‬ ‫الحظ �شكل (‪.)8‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫‪1-3-9‬‬ ‫وحدات منظومة االت�صاالت ‪Communication System Units‬‬ ‫تتكون منظومة االت�صاالت من ثالث وحدات �أ�سا�سية الحظ ال�شكل (‪ ،)9‬وهي كما ياتي‪:‬‬ ‫‪1-1‬وحدة الإر�سال (‪ :)Transmitting Unit‬الوحدة الم�س�ؤولة عن تحويل الإ�شارة من م�صدر المعلومات‬ ‫(�صوت ‪� ،‬صورة ‪ ،‬بيانات‪� )...‬إلى �إ�شارة كهربائية �أو �ضوئية (موجات كهرومغناطي�سية) لتكون منا�سبة للإر�سال‬ ‫عبر قناة االت�صال الم�ستعملة‪.‬‬ ‫‪180‬‬ ‫ال�شكل (‪)9‬‬ ‫‪ 2-2‬قناة االت�صال (‪ :)Communication Channel‬المق�صود بها و�سيلة الربط بين المر�سل والم�ستقبل‬ ‫ويمكن �أن تكون �سلكية �أو ال�سلكية‪.‬‬ ‫‪ 3-3‬وحدة اال�ستقبال (‪ :)Receiving Unit‬الوحدة الم�س�ؤولة عن ا�ستخال�ص �إ�شارة المعلومات الواردة من‬ ‫المر�سل وتعيدها �إلى �شكلها الأ�صلي الذي كانت عليه قبل الإر�سال‪.‬‬ ‫‪2-3-9‬‬ ‫�أنواع قنوات االت�صال ‪Types of Communications Channels‬‬ ‫قنوات االت�صال التي ت�ستعمل لنقل المعلومات بين المر�سل والم�ستقبل ويمكن �أن تكون على نوعين‪:‬‬ ‫قنوات االت�صال‬ ‫‪Communication Channels‬‬ ‫القنوات اال�سلكية‬ ‫‪Wireless Channels‬‬ ‫القنوات ال�سلكية‬ ‫‪Wired Channels‬‬ ‫زوج من اال�سالك الكهربائية القابلوات المحورية‬ ‫‪Coaxial Cables‬‬ ‫‪Twisted Pair‬‬ ‫االلياف الب�صرية‬ ‫‪Optical Fibers‬‬ ‫الموجات االر�ضية‬ ‫‪Ground Waves‬‬ ‫الموجات ال�سماوية‬ ‫‪Sky Waves‬‬ ‫مخطط (‪)2‬‬ ‫‪1-1‬قنوات االت�صال ال�سلكية (‪:)Wired Channels‬‬ ‫تعد قنوات الإر�سال ال�سلكية الو�سيلة المادية بين طرفي االت�صال‬ ‫وهما الم�صدر (المر�سل) والجهة المق�صودة (الم�ستقبل)‪ ،‬وتتكون‬ ‫من‪:‬‬ ‫‪a-a‬زوج من الأ�سالك الكهربائية (‪� :)Twisted Pairs‬سلكيين‬ ‫متوازيين معزولين عن بع�ضهما عز ًال كهربائي ًا يقومان بنقل‬ ‫الإ�شارة الحظ ال�شكل (‪.)10‬‬ ‫‪b-b‬القابلوات المح ـ ـ ــورية (‪ :)Coaxial Cables‬تت�ألف من‬ ‫ا�سطوانتين معدنيتين متحدتي المركز‪ ،‬اال�سطوانة الأولى‬ ‫عبارة عن �سلك مرن مخ�ص�ص لنقل المعلومات تحيط به مادة‬ ‫عازلة وتحاط المادة العازلة باال�سطوانة الثانية والتي هي عبارة‬ ‫عن �شبكة معدنية تمثل الأر�ضي واخيرا يغلف القابلو المحوري‬ ‫بمادة عازلة لغر�ض الحماية‪ .‬الحظ ال�شكل (‪ .)11‬وي�ستعمل‬ ‫هذا النوع في نقل الإ�شارات ذات الترددات العالية ن�سبيا‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)10‬‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫‪181‬‬ ‫‪c-c‬الألياف الب�صرية (‪ :)Optical Fibers‬م�صممة لتوجيه ال�ضوء‬ ‫لي�سير خاللها ح�سب ظاهرة االنعكا�س الكلي الداخلي لل�ضوء داخل‬ ‫الليف الب�صري‪ .‬وت�ستعمل على نطاق وا�سع في االت�صاالت الب�صرية‬ ‫التي تتيح نقل الإ�شارات لم�سافات بعيدة‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)12‬‬ ‫ويتكون الليف الب�صري من الأجزاء االتية الحظ ال�شكل (‪:)13‬‬ ‫‪1-1‬اللب (‪ :)Core‬عبارة عن زجاج �أو مادة لدنة �شفافة لل�ضوء رفيع‬ ‫ينتقل فيه ال�ضوء‪.‬‬ ‫‪2-2‬العاك�س (‪ :)Cladding‬مادة تحيط باللب الزجاجي تعمل على‬ ‫عك�س ال�ضوء �إلى مركز الليف الب�صري‪.‬‬ ‫‪3-3‬الغطاء الواقي (‪ :)Coating Buffer‬غالف يحيط بالليف الب�صري‬ ‫ليحميه من الأ�ضرار والك�سر والرطوبة‪.‬‬ ‫‪2-2‬قنوات االت�صال �ألال�سلكية (‪:)Wireless Channels‬‬ ‫و�سيلة االت�صال التي تعتمد على الموجات الكهرومغناطي�سية بين‬ ‫طرفي االت�صال (المر�سل والم�ستقبل) وتنتقل بخطوط م�ستقيمة وب�سرعة‬ ‫م�ساوية ل�سرعة ال�ضوء‪.‬‬ ‫‪4-9‬‬ ‫ال�شكل (‪)12‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫انت�شار الموجات �ألال�سلكية ‪Propagation Waves Wireless‬‬ ‫الموجات الال�سلكية تنت�شرفي الجو بطريقتين‬ ‫هما الموجات الأر�ضية والموجات ال�سماوية‪:‬‬ ‫الموجات الأر�ضية‪:‬‬ ‫موجات راديوية تنتقل قريبة من �سطح الأر�ض‬ ‫لذا ي�شار لها �أحيان ًا بالموجات ال�سطحية‪ ،‬وتكون‬ ‫ق�صيرة المدى ب�سبب انت�شارها بخطوط م�ستقيمة‪،‬‬ ‫لذا فهي غير قادرة على ت�أمين االت�صاالت �إال‬ ‫لم�سافات ق�صيرة ن�سبي ًا‪ ،‬نتيجة لتحدب �سطح‬ ‫الأر�ض‪ ،‬وتعتمد على طبيعة الهوائي وتردد الموجات‬ ‫الناقلة وقدرة جهاز االر�سال‪ .‬ويكون ترددها اقل من‬ ‫‪.200MHz‬‬ ‫‪182‬‬ ‫ال�شكل (‪)14-a‬‬ ‫الموجات ال�سماوية‪:‬‬ ‫ت�ستعمل هذه في االت�صاالت بعيدة المدى وت�سلك �أنمــاط مختلفة تبع ًا لتردداتها‪ ،‬فالموجات عالية التردد‬ ‫‪ )HF(High Frequency‬لها القابلية على االنعكا�س عن طبقة االيونو�سفير مما يمكنها االنتقال خالل‬ ‫م�سافات بعيدة لآالف الكيلومترات الحظ ال�شكلين )‪.(14-b) , (14-a‬‬ ‫�أما الموجات ذات التردد الأعلــى من ‪ HF‬فهي‬ ‫الموجات المايكروية (‪� )microwaves‬إذ تتمكـن من‬ ‫اختراق طبقة االيونو�سفير وتنفذ �إلى الف�ضاء الخارجي‪.‬‬ ‫لذا ت�ستعمل في ات�صاالت الأقمار ال�صناعية حيث يعمل‬ ‫القمر ال�صناعي على ت�سلم هذه الموجات وتقويتها و�إعادة‬ ‫بثها �إلى الأر�ض كما في ال�شكل (‪ )14-b‬وت�ستعمل اي�ضا‬ ‫في الهواتف النقالة‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)14-b‬‬ ‫‪5-9‬‬ ‫الهاتف النقال ‪Mobile Phone‬‬ ‫ُيعد جهاز الهاتف النقال من الأجهزة التقنية‬ ‫المعقدة ب�سبب تكد�س الدوائر االلكترونية على‬ ‫م�ساحة �صغيرة‪ .‬الحظ ال�شكل (‪ .)15‬وهو‬ ‫و�سيلة ات�صال ال�سلكية‪.‬‬ ‫المكونات اال�سا�سية للهاتف النقال‪:‬‬ ‫يحتوي الهاتف النقال على االجزاء التالية‬ ‫كما في ال�شكل (‪:)16‬‬ ‫ال�شكل (‪)15‬‬ ‫‪1-1‬دائرة الكترونية تحتوي رقائق المعالج‬ ‫والذاكرة‪.‬‬ ‫‪2-2‬هوائي‪.‬‬ ‫‪�3-3‬شا�شة العر�ض‪.‬‬ ‫‪4-4‬لوحة مفاتيح‪.‬‬ ‫‪5-5‬القطة ال�صوت‪.‬‬ ‫‪6-6‬ال�سماعة‪.‬‬ ‫‪7-7‬البطارية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)16‬‬ ‫‪183‬‬ ‫‪6-9‬‬ ‫األقمار الصناعية ‪Satellites‬‬ ‫القمر ال�صناعي تابع يدور حول االر�ض يحمل اجهزة‬ ‫ومعدات الكترونية‪ ،‬ت�ستعمل في االت�صاالت واالغرا�ض‬ ‫العلمية‪ .‬الحظ ال�شكل (‪.)17‬‬ ‫ومن ا�ستعماالتها‪:‬‬ ‫ال�شكل (‪)17‬‬ ‫‪�1-1‬أقمار �صناعية لالت�صاالت‪:‬‬ ‫�أقمار مخ�ص�صة لإغرا�ض االت�صاالت الهاتفية ‪ ،‬والقنوات‬ ‫الف�ضائية التلفازية ‪ ،‬ونقل المعلومات وتكون على ارتفاعات‬ ‫عالية جدا بحدود ‪ 36000 km‬عن �سطح الأر�ض (وهي‬ ‫�أعلى من بقية الأقمار) كما مو�ضح في ال�شكل (‪.)18‬‬ ‫‪� -2‬أقمار �صناعية علمية‪:‬‬ ‫الغاية منها مراقبة الطق�س ‪ ،‬الأنواء الجوية ‪ ،‬الن�شاط‬ ‫ال�شم�سي‪ ،‬و�أقمار منظومة تحديد المواقع العالمية (‪)GPS‬‬ ‫وتكون على ارتفاعات متو�سطة الحظ ال�شكل (‪.)19‬‬ ‫ال�شكل (‪)18‬‬ ‫‪� -3‬أقمار �صناعية للأغرا�ض الع�سكرية‪:‬‬ ‫تدور في مدارات خا�صة وبارتفاعات واطئة ن�سبيا لم�سح‬ ‫وت�صوير المواقع الع�سكرية لأغرا�ض التج�س�س وغيرها‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)19‬‬ ‫‪184‬‬ ‫أسئلة الفصل التاسع‬ ‫س‪1‬‬ ‫�إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي�أتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬يت�ألف الغالف الجوي من خليط من عدة غازات موجودة مع بع�ضها البع�ض بن�سبة‪:‬‬ ‫‪ -a‬متغيرة‬ ‫‪ -b‬ثابتة‬ ‫‪ -c‬متساوية‬ ‫‪-d‬‬ ‫متعادلة‬ ‫‪ -2‬ت�سمى طبقه الغالف الجوي التي تحتوي طبقة الأوزون‪:‬‬ ‫‪ -a‬الميزو�سفير‬ ‫‪ – b‬ال�ستراتو�سفير‬ ‫‪ -c‬التروبو�سفير‬ ‫‪ -d‬االك�سو�سفير‬ ‫‪� -3‬أعلى طبقه من طبقات الغالف الجوي هي‪:‬‬ ‫‪ -a‬ال�ستراتو�سفير‬ ‫‪ – b‬الثرمو�سفير‬ ‫‪ -c‬االك�سو�سفير‬ ‫‪ -d‬الميزو�سفير‬ ‫‪185‬‬ ‫‪ -4‬و�سيله الربط بين المر�سل والم�ستقبل ت�سمى قناة الأت�صال ويمكن �أن تكون ‪:‬‬ ‫‪�a-a‬سلكيه فقط‬ ‫‪b-b‬ال�سلكية فقط‬ ‫‪�c-c‬سلكيه �أو الياف ب�صرية‬ ‫‪d-d‬ال�سلكية و�سلكية‬ ‫‪ -5‬تت�ألف القابلوات المحورية من‪:‬‬ ‫‪� -a‬أ�سطوانتين معدنيتين تف�صل بينهما ماده عازلة‬ ‫‪ -b‬ثالث �أ�سطوانات تف�صل بينها ماده عازلة‬ ‫‪� -c‬شبكه معدنية محاطة بمادة عازلة‬ ‫‪� -d‬أ�سطوانة معدنية واحدة محاطة بمادة عازلة‬ ‫‪ -6‬يتركب الليف الب�صري من‪:‬‬ ‫‪� –a‬أربع طبقات‬ ‫‪ -b‬ثالث طبقات‬ ‫‪ -c‬طبقتين �أثنتين‬ ‫‪ –d‬طبقة واحدة‬ ‫‪ -7‬ت�ستعمل الموجات ال�سماوية لالت�صاالت‪:‬‬ ‫‪ -a‬بعيده المدى‬ ‫‪ -b‬ق�صيرة المدى‬ ‫‪ -c‬متو�سطة المدى‬ ‫‪ -d‬بعيدة المدى ومتو�سطة المدى‬ ‫‪186‬‬ ‫‪ -8‬الغاية من الأقمار ال�صناعية العلمية‪:‬‬ ‫‪ -a‬ت�صوير المواقع االر�ضية‬ ‫‪ -b‬مراقبه الطق�س والأنواء الجوية‬ ‫‪ -c‬لأغرا�ض االت�صاالت‬ ‫‪ -d‬لالغرا�ض الع�سكرية‪.‬‬ ‫�س‪2‬‬ ‫�صحح العبارات االتية �أذا كانت خاطئة دون تغير ماتحته خط‪:‬‬ ‫‪ -1‬يت�ألف الغالف الجوي من خليط من غازات جميعها متغير الن�سب‪.‬‬ ‫‪ -2‬الغالف الجوي للأر�ض هو كتلة متجان�سة ومن طبقات بع�ضها فوق بع�ض‪.‬‬ ‫‪ -3‬في طبقه التروبو�سفير يزداد ال�ضغط والكثافة ودرجه الحرارة مع زيادة االرتفاع عن �سطح االر�ض‪.‬‬ ‫‪ -4‬تمتاز طبقه ال�ستراتو�سفير ب�أحتوائها على الكترونات حرة و�أيونات ‪.‬‬ ‫‪ -5‬بتاثير الأ�شعة فوق البنف�سجية من نوع (‪ )A , B‬في االوك�سجين يتولد االوزون‪.‬‬ ‫‪ -6‬طبقه ال�ستراتو�سفير توجد في متن�صف الغالف الجوي‪.‬‬ ‫‪ -7‬تمتاز طبقه الثرمو�سفير بقابليتها في عك�س الموجات الراديوية‪.‬‬ ‫‪ -8‬تتكون منظومة االت�صاالت من ثالث وحدات ا�سا�سية‪.‬‬ ‫‪ -9‬يطلق احيان ًا على الموجات الراديوية ال�سطحية بالموجات ال�سماوية‪.‬‬ ‫‪� -10‬إرتفاعات الأقمار ال�صناعية لالت�صاالت عالية جد ًا عن �سطح االر�ض‪.‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫�أذكر �أربعة غازات من مكونات الغالف الجوي ؟‬ ‫‪187‬‬ ‫�س‪4‬‬ ‫اأذكر طبقات الغالف الجوي الرئي�ضة ؟‬ ‫�س‪5‬‬ ‫اذكر ميزات الطبقات الجوية التية‪:‬‬ ‫‪ -1‬التروبو�ضفير‬ ‫‪ -2‬ال�ضتراتو�ضفير‬ ‫‪ -3‬الميزو�ضفير‬ ‫‪188‬‬ ‫�س‪6‬‬ ‫ما هو الأوزون؟ و اأين يوجد ؟ وكيف يتكون ؟‬ ‫�س‪7‬‬ ‫مم تتكون منظومة الت�ضالت الحديثة ؟ وما وظيفة كل وحدة ا�ضا�ضية منها ؟‬ ‫�س‪8‬‬ ‫اذكر اأنواع قنوات الت�ضال ال�ضلكية ؟‬ ‫�س‪9‬‬ ‫ما المكونات الرئي�ضة للهاتف النقال ؟‬ ‫�س‪10‬‬ ‫اأذكر ثالث اأ�ضتعمالت لالقمار ال�ضناعية ؟‬ ‫محتويات الكتاﺏ‬ ‫الفصل األول‬ ‫الكهربائية الساكنة‬ ‫‪7‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪18‬‬ ‫‪19‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪22‬‬ ‫‪ 1-1‬الكهربائية ال�ضاكنة‬ ‫‪ 2-1‬ال�ضحنة الكهربائية‬ ‫‪� 3-1‬ضحن المادة بالكهربائية‬ ‫‪ 4-1‬الك�ضاف الكهربائي‬ ‫‪� 5-1‬ضحن الك�ضاف الكهربائي‬ ‫‪ 6-1‬بع�ض التطبيقات العملية عن الكهربائية ال�ضاكنة‬ ‫‪ 7-1‬اختالف المواد من حيث التو�ضيل الكهربائي‬ ‫‪ 8-1‬قانون كولوم‬ ‫‪ 9-1‬المجال الكهربائي‬ ‫الفصل الثاني‬ ‫المغناطيسية‬ ‫‪33‬‬ ‫‪34‬‬ ‫‪39‬‬ ‫‪42‬‬ ‫‪ 1-2‬مفهوم المغناطي�ضية‬ ‫‪ 2-2‬المواد المغناطي�ضية‬ ‫‪ 3-2‬المجال المغناطي�ضي‬ ‫‪ 4-2‬تمغنط المواد‬ ‫الفصل الثالث‬ ‫‪ 1-3‬حركة ال�ضحنات الكهربائية‬ ‫‪ 2-3‬التيار الكهربائي‬ ‫‪ 3-3‬الدائرة الكهربائية‬ ‫‪ 4-3‬قيا�ض التيار الكهربائي‬ ‫‪ 5-3‬فرق الجهد الكهربائي‬ ‫‪ 6-3‬قيا�ض فرق الجهد الكهربائي‬ ‫‪ 7-3‬المقاومة الكهربائية ووحدة قيا�ضها‬ ‫‪ 8-3‬قانون اأوم‬ ‫‪ 9-3‬طرائق ربط المقاومات الكهربائية‬ ‫‪ 10-3‬الدائرة الق�ضيرة‬ ‫‪ 11-3‬ربط الخاليا الكهربائية‬ ‫التيار الكهربائي‬ ‫‪49‬‬ ‫‪49‬‬ ‫‪54‬‬ ‫‪55‬‬ ‫‪57‬‬ ‫‪57‬‬ ‫‪59‬‬ ‫‪60‬‬ ‫‪66‬‬ ‫‪72‬‬ ‫‪73‬‬ ‫‪189‬‬ ‫الفصل الرابﻊ‬ ‫البطارية والقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪ 1-4‬مقدمة‬ ‫‪81‬‬ ‫‪ 2-4‬ت�ضنيف البطاريات‬ ‫‪82‬‬ ‫‪ 3-4‬القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫‪89‬‬ ‫الفصل الخامس‬ ‫الطاقة والقدرة الكهربائية‬ ‫‪ 1-5‬القدرة الكهربائية‬ ‫‪95‬‬ ‫‪ 2-5‬الطاقة الكهربائية وكيفية ح�ضابها‬ ‫‪101‬‬ ‫‪ 3-5‬الكهرباء في بيوتنا‬ ‫‪103‬‬ ‫‪ 4-5‬الدوائر الموؤر�ضة‬ ‫‪104‬‬ ‫‪ 5-5‬تَجنُب ال�ضعقة الكهربائية‬ ‫‪105‬‬ ‫الفصل السادس‬ ‫الكهربائية والمغناطيسية‬ ‫‪ 1-6‬المجال المغناطي�ضي للتيار الكهربائي‬ ‫‪113‬‬ ‫‪ 2-6‬المجال المغناطي�ضي المحيط ب�ضلك م�ضتقيم مو�ضل ين�ضاب فيه تيار كهربائي م�ضتمر‬ ‫‪114‬‬ ‫‪ 3-6‬المجال المغناطي�ضي النا�ضيء من اإن�ضياب تيار كهربائي م�ضتمر في حلقة مو�ضلة دائرية ‪117‬‬ ‫‪ 4-6‬المغناطي�ض الكهربائي‬ ‫‪120‬‬ ‫‪ 5-6‬ا�ضتعمالت المغانط الكهربائية‬ ‫‪121‬‬ ‫‪ 6-6‬الحث الكهرومغاطي�ضي والقوة الدافعة الكهربائية المحتثة‬ ‫‪122‬‬ ‫‪ 7-6‬تطبيقات ظاهرة الحث الكهرومغناطي�ضي‬ ‫‪125‬‬ ‫‪190‬‬ ‫المحولة الكهربائية‬ ‫الفصل السابﻊ‬ ‫‪ 1-7‬التيار المحتث‬ ‫‪135‬‬ ‫‪ 2-7‬المحولة الكهربائية وانواعها‬ ‫‪136‬‬ ‫‪ 3-7‬خ�ضائر القدرة في المحولة الكهربائية‬ ‫‪142‬‬ ‫الفصل الثامن‬ ‫تكنولوجيا مصادر الطاقة‬ ‫‪ 1-8‬الطاقة في حياتنا‬ ‫‪149‬‬ ‫‪ 2-8‬الم�ضادر الحالية للطاقة‬ ‫‪150‬‬ ‫‪ 3-8‬الم�ضادر البديلة للطاقة (م�ضادر الطاقة المتجددة)‬ ‫‪154‬‬ ‫الفصل التاسﻊ‬ ‫فيﺰياء الجو وتقنية االتصاالت الحديثة‬ ‫‪ 1-9‬جو الأر�ض ومكوناته‬ ‫‪175‬‬ ‫‪ 2-9‬طبقات الغالف الجوي‬ ‫‪176‬‬ ‫‪ 3-9‬تقنية الت�ضالت الحديثة‬ ‫‪180‬‬ ‫‪ 4-9‬انت�ضار الموجات األال�ضلكية‬ ‫‪182‬‬ ‫‪ 5-9‬الهاتف النقال‬ ‫‪183‬‬ ‫‪ 6-9‬الأقمار ال�ضناعية‬ ‫‪184‬‬ ‫‪191‬‬ ‫جدول يو�ضح بع�ض الأدوات واالجهزة الفيزيائية‬ :‫جدول يو�ضح بع�ض الكميات الفيزيائية ووحداتها‬ ‫وحدتها‬ Kg.m/s2 Kg.m2/s2 Kg.m2/s3 Kg/m.s2 s-1 A.s Kg.m2/A.s3 Kg.m2/A.s3 A2.s4/Kg.m2 Kg/A.s2 Kg.m2/A.s2 J/m N.m J/s N/m2 cycle/s J/C V/A C/V N.s/C.m T.m2 N J W Pa Hz C V Ω F T Wb Newton Joule Watt Pascal Hertz Coulomb Volt Ohm Farad Tesla Weber )‫الكمية (باالنكليزي‬ )‫الكمية (بالعربي‬ Force Energy Power Pressure Frequency Electric charge Electric potential Electric resistance Capacitance Magnetic field Magnetic flux ‫القوة‬ ‫الطاقة‬ ‫القدرة‬ ‫ال�ضغط‬ ‫التردد‬ ‫ال�شحنة الكهربائية‬ ‫الجهد الكهربائي‬ ‫المقاومة الكهربائية‬ ‫المت�سعة‬ ‫المجال المغناطي�سي‬ ‫الفي�ض المغناطي�سي‬ 192

الفيزياء

Products

Support

الفيزياء

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib