الدوائر الكهربائية في فيزياء IGCSE: التيار والجهد والمقاومة

التوالي والتوازي باختصار

الأفكار الأساسية في كل منهج

يغطي المستوى الأساسي في كامبريدج الشحنات الموجبة والسالبة والشحن بالدلك، والتيار كتدفق للشحنة، وأجهزة الأميتر والفولتميتر، وتعريف القوة الدافعة الكهربائية وفرق الجهد، والمعادلة R = V/I، وأثر طول السلك ومساحة مقطعه على المقاومة، وP = IV وE = IVt، والكيلوواط ساعة، ورموز الدوائر، وقواعد التوالي والتوازي، والسلامة الكهربائية. ويضيف المستوى الموسع Q = It، واتجاه التيار الاصطلاحي، وE = W/Q وV = W/Q، ومنحنيات التيار والجهد للمقاوم والمصباح والثنائي، وحساب المقاومة على التوازي، ومعادلة مجزئ الجهد.

يغطي إدكسل السلامة وP = IV واختيار المصهر، ودوائر التوالي والتوازي، ومنحنيات التيار والجهد وتجربتها، والمقاومة الضوئية والحرارية، وV = IR وQ = It، وحفظ التيار عند التفرع، وحسابات مكونين على التوالي، والجهد كطاقة لكل وحدة شحنة مع E = QV. ويطلب الملحق ٧ حفظ Q = It وV = IR وP = IV وE = QV، أما E = IVt فللاستخدام وليست في قائمة الحفظ. والكهرباء الساكنة في إدكسل للورقة الثانية فقط.

مثال محلول ١: دائرة توالي

بطارية ٦٫٠ فولت موصلة على التوالي مع مقاومتين ٤٫٠ و٨٫٠ أوم. المقاومة الكلية ١٢ أوم، والتيار = ٦٫٠ ÷ ١٢ = ٠٫٥٠ أمبير في المقاومتين.

فرق الجهد على مقاومة ٤٫٠ أوم = ٠٫٥٠ × ٤٫٠ = ٢٫٠ فولت، وعلى مقاومة ٨٫٠ أوم = ٤٫٠ فولت، والمجموع ٦٫٠ فولت. المقاومة الأكبر تأخذ النصيب الأكبر من الجهد، وهذه فكرة مجزئ الجهد.

مثال محلول ٢: التوازي والشحنة والطاقة والمصهر

التوازي (موسع كامبريدج): مقاومتان ٦٫٠ و٣٫٠ أوم على التوازي. 1/R = 1/6 + 2/6 = 3/6، فتكون R = ٢٫٠ أوم، أقل من كل منهما.

الشحنة والطاقة: تيار ٠٫٥٠ أمبير لمدة دقيقتين (١٢٠ ثانية) من مصدر ٦٫٠ فولت. Q = ٠٫٥٠ × ١٢٠ = ٦٠ كولوم، والطاقة = ٦٠ × ٦٫٠ = ٣٦٠ جول.

المصهر: غلاية قدرتها ٢٣٠٠ واط على جهد ٢٣٠ فولت، فالتيار = ٢٣٠٠ ÷ ٢٣٠ = ١٠ أمبير، فاختر من الخيارات المعطاة أقل مصهر أعلى من التيار العادي، مثل ١٣ أمبير.

أخطاء شائعة

• القول إن المصباح "يستهلك" التيار، والصحيح أن التيار نفسه قبل المكون وبعده وأن الطاقة هي التي تنتقل.
• توصيل الفولتميتر على التوالي أو الأميتر على التوازي.
• جمع المقاومات على التوازي كأنها على التوالي.
• نسيان أخذ مقلوب 1/R بعد الجمع.
• استخدام الدقائق بدل الثواني، أو الواط بدل الكيلوواط في حساب الكيلوواط ساعة.
• القول إن مقاومة مصباح الفتيل ثابتة، فهي تزداد بارتفاع حرارته.
• اختيار مصهر قيمته أقل من التيار العادي أو أعلى منه بكثير.

أسلوب الإجابة ولغة سلم التصحيح

شرح منحنيات التيار والجهد يكسب الدرجات بالسبب والنتيجة: "مع زيادة التيار يسخن الفتيل وتهتز الأيونات أكثر فتزداد المقاومة ويقل ميل المنحنى". وللثنائي: "يمر التيار في اتجاه واحد فقط". وللمقاومة الحرارية والضوئية اذكر الاتجاه: تقل المقاومة بارتفاع الحرارة وبزيادة شدة الضوء.

أسئلة السلامة تريد الآلية: ينصهر المصهر عند زيادة التيار فتنقطع الدائرة، والسلك الأرضي يوفر مسارًا منخفض المقاومة إذا لامس السلك الحي الغلاف المعدني، فيمر تيار كبير ويحترق المصهر. ويوضع المفتاح والمصهر في السلك الحي.

كيف تساعد الدروس الفردية في هذا الموضوع

تكافئ الدوائر النموذج الذهني الواضح أكثر من القواعد المحفوظة. يبني المدرس هذا النموذج على السبورة المشتركة برسم الدوائر وتوقع قراءات الأجهزة ثم التحقق بالحساب، ثم ينتقل إلى أسئلة امتحانات سابقة موقوتة، بما فيها تجارب التيار والجهد وحسابات التوازي ومجزئ الجهد.

قائمة التحقق الذاتي

1. أعرّف التيار وفرق الجهد والقوة الدافعة والمقاومة مع الوحدات.
2. أذكر قواعد التيار والجهد في التوالي والتوازي.
3. أستخدم V = IR وP = IV وE = IVt وQ = It وE = QV.
4. أحسب المقاومة الكلية على التوالي و(موسع كامبريدج) لمقاومتين على التوازي.
5. أرسم منحنيات التيار والجهد للمقاوم والمصباح والثنائي وأشرحها.
6. أصف تغير مقاومة المقاومة الحرارية والضوئية.
7. أشرح كيف يحمي المصهر والسلك الأرضي المستخدم وأختار قيمة المصهر.
8. أحسب تكلفة تشغيل جهاز بالكيلوواط ساعة.