ملخص الوحدة الخامسة التيار والمقاومة فيزياء صف ثاني عشر متقدم فصل ثاني

ملخص الوحدة الخامسة التيار والمقاومة فيزياء صف ثاني عشر متقدم فصل ثاني

[ 5.1 التيار الكهربائي ]

أنواع الدوائر الكهربائية حسب مرور التيار :

دوائر مفتوحة : هي الدوائر التي لا يمر بها التيار الكهربائي
دوائر مغلقة : هي الدوائر التي يمر بها التيار الكهربائي

التيار الاصطلاحي : هو حركة الشحنات الموجبة من القطب الموجب للبطارية او القطب السالب عبر الأسلاك ومن السالب او الموجب داخل البطارية . وهو يعاكس حركة حاملات الشحنة وهر الالكترونات السالبة . (بنفس اتجاه المجال الكهربائي

•  توصيل المقاومات ( المصابيح ) على التوالي
  يضيء المصباحان بكثافة أقل بدرجة ملحوظة من إضاءة المصباح الواحد ( بسبب نقصان التيار المتدفق من البطارية).
• عند زيادة عدد البطاريات يزداد فرق الجهد مما يؤدي إلى زيادة شدة الإضاءة الشكل
• توصيل المقاومات (المصابيح ) على التوازي  استخدام أسلاك منفصلة لتوصيل المصابيح مما يؤدي إلى إضاءتها بنفس الشدة . ( بسبب توزع التيار )

التيار الكهربائي (i  )

مقدار الشحنة الكلية المارة عبر نقطة محددة في زمن محدد مقسومة على هذا الزمن
ويجب أن تكون حركة الالكترونات مرتبة باتجاه واحد وليست عشوائية الحركة .

قانون حفظ الشحنة ( مقدار الشحنة المتدفقة داخل أحد طرفي الموصل يساوي مقدار الشحنة الخارج من نفس الموصل)

وحدة قياس شدة التيار هي كولوم / ثانية ويطلق عليه اسم امبير

أمثلة لتيارات كهربائية تتراوح بين
10mA : كافية لانقباض العضلات الى درجة يعجز عندها الإنسان من إفلات السلك.
100mA : كافية لتوقف القلب .

• التيار المستمر (DC) هو التيار المتدفق في اتجاه واحد ولا يتغير بتغير الزمن .
• التيار المتردد (AC ) تيار يغير من اتجاهه باستمرار مع مرور الزمن

سؤال : تم تصنيف البطارية المثالية AA القابلة للشحن بمقدار 700mAh. ما المدة الزمنية التي يمكن لهذه البطارية خلالها تزويد تيار بمقدار Aر100 ؟

5.2 كثافة التيار

كثافة التيار: هي التيار المتدفق ( i ) لكل وحدة مساحة (A) عبر الموصل .

يعرف اتجاه بأنه اتجاه السرعة المتجهة للشحنات الموجبة ( أو الاتجاه المعاكس للشحنات السالبة). لذلك التيار المتدفق عبر المستوى هو
حيث تمثل عنصر المساحة التفاضلية للمستوى المتعامد .

سرعة الانسياق هي متوسط سرعة الإلكترونات بتأثير المجال الكهربائي .

• في الموصل الذي لا يسري فيه تيار تتحرك الإلكترونات بشكل عشوائي
  بسبب التصادمات بالاتجاه المقابل للمجال الكهربائي .
• تقدر سرعة الحركة العشوائية ( التصادمات ) بحوالي بينما سرعة الانسياق بطيئة مقدارها أو أقل.

ملاحظات مهمة :

1.  متجهة سرعة الانسياق موازي لمتجه كثافة التيار ومضاد له في الاتجاه
2.  اتجاه كل من المجال الكهربائي وكثافة التيار والتيار معاكس لاتجاه حاملات الشحنة من الالكترونات السالبة (معاكس لاتجاه ۷d)

المقاومة الكهربائية (R) هي معاوقة الموصل لمرور التيار الكهربائي . بسبب تصادم الإلكترونات مع ذرات الموصل .

• كل الأسلاك والأجهزة الكهربائية مثل المصابيح والسخان والمكواة تعتبر مقاومات ويرمز لها بالرمز :
• يمكن حساب المقاومة من خلال قانون أوم حيث ينص :
  (( تتناسب شدة التيار تناسب طرديا مع فرق الجهد وعكسية مع المقاومة .))

المقاومة النوعية (p) : هي قياس مدى معاوقة المادة لتدفق التيار الكهربائي .

وتعتمد على المادة المصنوع منها والتصميم الهندسي لها .
ويمكن تعريفها بدلالة المجال الكهربائي E ومقار كثافة التيار الناتج I.
وتقاس بوحدة

يمكن إيجاد مقاومة موصل من مقاومته النوعية وتصميمه الهندسي بالنسبة الى موصل من النحاس الذي طوله ( L ) وله مساحة مقطع عرضي ثابت ( A ) من المعادلة

وينتج عن إعادة ترتيب الحدود تعبير المقاومة بدلالة المقاومة النوعية وطول السلك ومساحة المقطع
العرضي .

الموصلات الفائقة :
هي ظاهرة تؤول فيها المقاومة الكهربائية لبعض الفلزات إلى الصفر عند درجات الحرارة المنخفضة وعندما تؤول المقاومة الى الصفر تصبح هذه الفلزات فائقة الموصلية . سؤال : أذكر بعض التطبيقات والاستخدامات لظاهرة الموصلية الفائقة ؟

• 1- نقل الطاقة بدون ضياع أي جزء منها .
• 2- إنتاج مجالات مغناطيسية قوية تستخدم في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) وفي القطارات السريعة جدا :
• من معوقات استعمال هذه المواد أنها تحتاج الى تبريد مستمر ويمكن تحقيق هذا الأمر
  باستعمال المبردات أو النيتروجين السائل .

الثيرموستور:
جهاز شبه موصل تعتمد مقاومته بدرجة كبيرة على درجة الحرارة ويستخدم لقياس درجة الحرارة . من خلال الشكل المقابل نلاحظ أن مقاومة الثيرموستور تنخفض كلما زادت درجة الحرارة وهذا يتناقض مع زيادة مقاومة السلك النحاسي بزيادة درجة الحرارة .

 الأساس المجهري للتوصيل في المواد الصلبة
تكون ذرات الموصل الفلزي كالنحاس مصفوفة منتظمة تسمى الشبكة البلورية حيث تتمتع الإلكترونات الخارجية للذرات بحرية الحركة وعند تعرضها لمجال كهربائي تنساق الإلكترونات في الاتجاه المضاد لاتجاه المجال الكهربائي يرافقه حدوث تصادمات مع ذرات الموصل ونتيجة التصادمات ترتفع درجة حرارة الموصل ومع ارتفاعها تزداد التصادمات مما يسبب إعاقة لمرور التيار في الموصل فتقل الموصلية وتزداد المقاومية مما يعني زيادة المقاومة .

أما شبه الموصل فالإلكترونات الخارجية ليست حرة الحركة ولكي تتحرك يجب أن تحصل على مقدار كاف من الطاقة ومن هنا تكون لشبه الموصل مقاومة أعلى من الموصل الفلزي لاحتوائه على عدد أقل من الكترونات التوصيل وعند تسخينه تكتسب الكثير من الإلكترونات طاقة كافية للتحرك بحرية فكلما زادت درجة حرارة شية الموصل تقل مقاومته.

5.4 القوة الدافعة الكهربائية وقانون أوم –

• مقدار الشغل الذي تبذله البطارية ( المصدر ) في نقل وحدة الشحنات الموجبة من القطب
  السالب إلى القطب الموجب داخل المصدر . ويرمز له بالرمز emf وتقاس بوحدة ( جول / كولوم) وتساوي فولت .
• يرمز لفرق الجهد الناتج عن جهاز القوة الدافعة الكهربائية بالرمز Vet ويطلق عليه أحيانا اسم الفولتية أو فرق الجهد .
• تعرض البطاريات القابلة للشحن تصنيفاً بوحدة mAh ( مللي أمبير ساعة) الذي يوفر معلومات عن الشحنة الكلية التي يمكن للبطارية توفيرها
  

يوفر جهاز القوة الدافعة الكهربائية فرق الجهد الذي يكون التيار المتدفق عبر المقاوم لذلك يمكن كتابة قانون أوم بالصيغة التالية

تقسم المقاومات الى قسمين :

1. مقاومات أومية : وهي المقاومات التي يتناسب فيها التيار طرديا مع فرق الجهد مثل الأسلاك التقليدية والأجهزة الكهربائية.
2. 2. مقاومات غير أومية : وهي المقاومات التي لا يتناسب التيار طرديا مع فرق الجهد على الإطلاق مثل الترانزستورات أو الصمام الثنائي

مقاومة جسم الإنسان
تقاس مقاومة الجسم من اطراف أصابع إحدى اليدين إلى أصابع اليد الأخرى وتبلغ بالمتوسط

• مصدر هذة المقاومة طبقات الجلد الخارجية الميتة .
• تقل المقاومة إذا كان الجلد مبتلا أو رطبة ( تزداد القابلية للتوصيل ) .
• إذا إخترق سلكا وعاء دموية فستقل مقاومة الجسم لأن الدم ذو ملوحة عالية ومن ثم فإنه موصل جيد للكهرباء وبالتالي سيكون لفروق الجهد الصغيرة تأثير مميت.
• إذا مر تيار يزيد عن 100mA عبر عضلة القلب في الإنسان يمكن أن تسبب الوفاة .

القدرة الكهربائية (P)
ناتج ضرب التيار في فرق الجهد
القدرة التي يوفرها مصدر القوة الدافعة الكهربائية يساوي القدرة المبددة في الدائرة الكهربائية ويوجد صيغ مختلفة لقانون القدرة نوضحها تباعا .

•  وحدة قياس القدرة هي الواط (w) .
• أما وحدة قياس الطاقة الكهربائية المستهلكة في الأجهزة
  الكهربائية وفاتورة الكهرباء في كيلواواط ساعة ( kWh) .
• تتحول الطاقة المبددة في المقاومات الى حرارة . وخصوصا في المصابيح المتوهجة .
  التوازي