ملخص الوحدة الخامسة عشرة: التيار وفرق الجهد والقوة الدافعة الكهربائية لمادة الفيزياء للصف التاسع الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

نقدم لكم ملخص الوحدة الخامسة عشرة: التيار وفرق الجهد والقوة الدافعة الكهربائية لمادة الفيزياء للصف التاسع الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني  

١-١٥ التيار الكهربائي في الدوائر الكهربائية

ربما قمت بتركيب دوائر كهربائية في المختبر، أو نظرت إلى بعض الدوائر الكهربائية في حياتك اليومية. فالدوائر الكهربائية التي جرّبت تركيبها في المختبر هي نماذج مبسّطة للدوائر الحقيقية التي لها وظائف في هذا العالم. ومن المنطقي أن تبدأ بدوائر بسيطة ليتكوّن لديك تصوّر عن كيفية تدفق التيار الكهربائي.

يتمّ «دفع» التيار في الدائرة الكهربائية بواسطة خلية (Cell) أو بطارية، أو أي مصدر جُهد كهربائي آخر. وتتكوّن الدائرة الكهربائية الكاملة (circuit) من مصدر جهد وأسلاك توصيل وعناصر كهربائية. وللتدفق يحتاج التيار الكهربائي إلى توفير شيئين: دائرة كهربائية كاملة (مغلقة)، وشيء يدفع التيار في الدائرة.

يُعبّر عن التيار الكهربائي بمفهوم الشحنة الكهربائية (Electric charge). فالتيار الكهربائي هو تدفّق الشحنات الكهربائية. توفّر البطاريات الشحنات الكهربائية، أو مصدر الجهد الكهربائي، الدفع المطلوب لجعل التيار يتدفق حول الدائرة الكهربائية، ويقال إن لها قوة دافعة كهربائية.

يُعبّر عن التيار الكهربائي في الفيزياء بالاتجاه الاصطلاحي (Conventional current) من القطب الموجب إلى القطب السالب لمصدر الجهد الكهربائي. لكن في الحقيقة الإلكترونات التي تحمل الشحنة السالبة تتحرك في الاتجاه العكسي. وسوف تتعرف المزيد عن التيار الاصطلاحي في الصف العاشر.

قياس شدة التيار الكهربائي

نستخدم جهاز الأميتر (Ammeter) لقياس شدة التيار الكهربائي. وهناك نوعان من الأميترات كما هو موضح في الصورة: الأميتر التناظري الذي يحتوي على إبرة تتحرك على لوحة تدريج، ويجب تقدير موضع الإبرة على لوحة التدريج؛ والأميتر الرقمي الذي يُعطي قراءة مباشرة بالأرقام.

يُوصَّل الأميتر في دائرة كهربائية على التوالي لقياس شدة التيار المتدفق فيها. وتكون القراءة على الأميتر بوحدة الأمبير (Ampere) وهي وحدة قياس شدة التيار الكهربائي في النظام الدولي للوحدات (SI). وتُقاس التيارات الكهربائية الأصغر بوحدة المِلّي أمبير (mA) أو الميكرو أمبير (µA):

1 mA = 0.001 A = 10⁻³ A، و1 µA = 0.000001 A = 10⁻⁶ A

التيار الكهربائي والشحنة الكهربائية

يقيس الأميتر معدّل تدفق الشحنات الكهربائية عبر نقطة في دائرة كهربائية ما. بعبارة أخرى يقيس كمية الشحنات الكهربائية التي تعبر نقطة في الدائرة الكهربائية كل ثانية. يمكننا كتابة هذه العلاقة بين شدة التيار الكهربائي ومعدّل تدفق الشحنة باستخدام المعادلة والرموز الواردة في الجدول الآتي:

شدة التيار الكهربائي = الشحنة الكهربائية ÷ الزمن، أي: I = Q ÷ t

يتضح من العلاقة أن وحدة قياس شدة التيار الكهربائي (A) تعادل 1 C في الثانية. وبالتالي إذا كان تيار كهربائي شدته 10 A يمرّ بنقطة في دائرة، يعني أن 10 C من الشحنة قد تدفقت عبر تلك النقطة في الثانية. وبعكس هذه العلاقة يمكن حساب الشحنة: Q = I × t

فرق الجهد والقوة الدافعة الكهربائية

توفّر الخلية الجهد الكهربائي (Voltage) اللازم لدفع التيار خلال الدائرة الكهربائية. وفي الحقيقة يجب أن نقول «فرق الجهد الكهربائي» (Potential difference) بين نقطتين مُتقابلتين. فرق الجهد هو الطاقة اللازمة لتحريك شحنة مقدارها 1 C بين نقطتين. ويُقاس فرق الجهد بوحدة الفولت (Volts) باستخدام الفولتميتر الذي يُوصَّل على التوازي بين طرفَي المكوّن.

هناك اسم خاص لفرق الجهد (p.d.) بين قطبَي خلية، وهو القوة الدافعة الكهربائية (Electromotive force e.m.f.). فالخلايا والبطاريات ومصادر الجهد الكهربائي الأخرى توفر في دائرة كهربائية ما يُسمى (e.m.f.) أي قوة دافعة كهربائية. وتُقاس القراءة على الفولتميتر بوحدة الفولت (Volts V).

القدرة الكهربائية وحساب الطاقة

يُثبَّت على معظم الأجهزة الكهربائية مُلصَق معلوماتي مُلصق يُظهر قدرتها التشغيلية. والقدرة (Power) هي معدّل نقل الطاقة من مكان إلى آخر أو تحويلها عند حدث ما. وتبيّن المعادلات الآتية كيف تُحسَب القدرة الكهربائية:

القدرة = شدة التيار الكهربائي × فرق الجهد، أي: P = I × V

الطاقة المتحوّلة = شدة التيار الكهربائي × فرق الجهد × الزمن، أي: E = I × V × t

تكون القراءة على الفولتميتر بوحدة الفولت (Volts). فإذا كانت القوة الدافعة الكهربائية لخلية ما 1.5 V، فإن الطاقة المتحوّلة في الدائرة كل مرة تعبر فيها الشحنة المساوية 1 C عبر الدائرة هي 1.5 جول. أي أن 1 V = 1 J/C.