الكهرباء
الدرس الثاني
الكهرباء
أنظر وأتساءل
يحتاج هذا المصباح إلى الكهرباء لكي يضيء. ما الكهرباء؟ وكيف تعمل؟
استكشف
نشاط استقصائي
كيف تتفاعل البالونات المدلوكة؟
أتوقع
كيف يتفاعل بالونان إذا دلك أحدهما بقطعة صوف؟ وكيف يتفاعلان إذا دلك كل منهما بقطعة الصوف؟ أكتب توقعاتي.
أختبر توقعاتي
- أنفخ بالونين، وأربط كلًا منهما بخيط، ثم يقوم زميلي بتعليقهما في الهواء، بحيث تكون المسافة بينهما مناسبة «حوالي نصف متر».
- ألاحظ. أدلك أحد البالونين بقطعة الصوف عشر مرات. ماذا يحدث؟ أسجل مشاهداتي.
- أدلك البالون الثاني بقطعة الصوف عشر مرات، ثم أسجل مشاهداتي.
- أضع قطعة الصوف بين البالونين، وألاحظ ما يحدث وأسجله.
- أضع يدي بين البالونين، وألاحظ ما يحدث وأسجله.
أستخلص النتائج
- أتواصل. هل اتفقت نتائجي مع توقعاتي؟ لماذا؟ وكيف تفاعل البالونان؟
- أستنتج. كيف أثرت قطعة الصوف في البالونين؟
أستكشف أكثر
أنفخ بالونًا آخر، وأربطه بقطعة الصوف، وأقربه إلى الجدار. ماذا يحدث؟ ولماذا؟
أحتاج إلى:
بالونين منفوخين
خيطين طول كل منهما ٥٠ سم
قطعة صوف
شريط لاصق
أقرأ وأتعلم
ما الشحنة الكهربائية؟
عندما نسمع صوت المؤذن ينادي للصلاة، أو نتابع برامجنا التلفزيونية المفضلة، أو نستمتع بالقراءة تحت ضوء المصباح فإننا ندرك أثر الكهرباء في حياتنا.
تتولد الكهرباء نتيجة الشحنات الكهربائية. والشحنات الكهربائية صغيرة جدًا لا يمكن رؤيتها أو شمها أو قياس وزنها، ولكن هذه الشحنات من خصائص المادة، شأنها في ذلك شأن القساوة واللون وغيرهما.
الجسيمات الموجبة والجسيمات السالبة
من المعلوم أن الذرة أصغر جزء في المادة، وهي تحتوي على جسيمات صغيرة جدًا، بعضها يحمل الشحنة الموجبة، ويرمز إليها بالرمز «+»، وبعضها الآخر يحمل الشحنة السالبة، ويرمز إليها بالرمز «-».
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
كيف تؤثر الكهرباء في حياتنا؟
المفردات
الكهرباء الساكنة
التفريغ الكهربائي
التيار الكهربائي
الدائرة الكهربائية
المقاومة
دائرة التوالي
دائرة التوازي
مهارة القراءة
الاستنتاج
أدلة من النص
استنتاجات
الشحنة الكلية
- البالون وقطعة الصوف متعادلان؛ أي إن لكل منهما عدد شحنات موجبة «+» مساوٍ للشحنات السالبة «-».
- عند دلك البالون بقطعة الصوف تتراكم عليه شحنات سالبة «-».
- الشحنات السالبة للبالون تتجاذب مع الشحنات الموجبة للجدار، فيلتصق البالون بالجدار.
تفاعل الشحنات
إننا لا نرى الشحنات الكهربائية ولا نحس بها، ولكن يمكن ملاحظة تأثير بعضها في بعض؛ فالشحنات الكهربائية المختلفة «الموجبة مع السالبة» تتجاذب.
أما الشحنات الكهربائية المتشابهة في النوع «موجبتين معًا أو سالبتين معًا» فإنها تتنافر. وفي معظم المواد يكون عدد الشحنات الموجبة مساويًا لعدد الشحنات السالبة. وفي هذه الحالة نقول إن المادة متعادلة كهربائيًا.
تجمع الشحنات
عندما يتلامس جسمان فإن الشحنات الكهربائية تتحرك من أحدهما إلى الآخر، وتتحرك الشحنات السالبة بسهولة أكثر من الشحنات الموجبة.
وهذا ما حدث عند دلك البالون بقطعة الصوف؛ حيث انتقلت الشحنات السالبة من الصوف إلى البالون. وبذلك تجمعت على البالون شحنات سالبة أكثر من الشحنات الموجبة. وتجمع الشحنات يعني أن نوعًا معينًا من الشحنات يكون أكثر على الجسم.
وفي حالة البالون وقطعة الصوف، نقول إن البالون اكتسب شحنات سالبة، أما قطعة الصوف فقد اكتسبت شحنات موجبة.
الكهرباء الساكنة
تجمع الشحنات الكهربائية على سطح جسم ما يسمى الكهرباء الساكنة. وعند دلك الأجسام معًا تتلامس سطوحها في مواقع عديدة. وبذلك يزداد تجمع الشحنات عليها فتتكون كهرباء ساكنة أكثر.
وعندما قربنا البالون المشحون بالكهرباء السالبة من الجدار فإن هذه الشحنات أبعدت الشحنات السالبة على الجدار، أي تنافرت معها، وفي الوقت نفسه تجاذبت مع الشحنات الموجبة على الجدار، وهذا ما يسبب التصاق البالون بالجدار.
- بعد فترة يعود البالون إلى حالة التعادل، ويسقط عن الجدار.
أختبر نفسي
أستنتج. يميل ورق التغليف البلاستيكي إلى اكتساب الشحنات السالبة، ماذا يحدث إذا دلكناه بالبالون؟
التفكير الناقد. لماذا تلتصق بعض أنواع الملابس بأجسامنا عند ارتدائها في بعض الأحيان؟
كيف تتحرك الشحنات الكهربائية؟
يشعر البعض بلسعة كهربائية خفيفة بعد أن يمشي على السجاد ثم يلامس مقبض الباب. ترى لماذا يحدث ذلك؟ إن هذه اللسعة الكهربائية الخفيفة سببها الحركة السريعة للشحنات الكهربائية التي تجمعت على الجسم نتيجة دلك القدمين بالسجادة.
التفريغ الكهربائي
عندما أمشي على السجادة فإن جسمي يكتسب شحنات سالبة ويحتفظ بها. هذه الشحنات انتقلت إلي من السجادة. وعندما ألمس جسمًا ما تتحرك الشحنات السالبة، وتنتقل إليه هذه الشحنات سريعًا بما يسمى عملية التفريغ الكهربائي؛ لذا أشعر باللسعة الكهربائية الخفيفة، وقد أسمع في بعض الأحيان صوت فرقعة خفيفة.
البرق
هل شاهدت يومًا البرق في السماء؟ يحدث البرق بسبب تفريغ الكهرباء الساكنة في الظروف الجوية العاصفة. فمع اصطدام السحب التي تحتوي على قطرات من الماء والجليد، ونتيجة لاحتكاك بعضها ببعض، فإن بعض قطرات الماء تكتسب شحنات موجبة، وتتحرك إلى أعلى الغيمة، بينما تكتسب قطرات أخرى الشحنة السالبة، وتتحرك إلى أسفل الغيمة. وعندما تتراكم الشحنات بدرجة كبيرة جدًا تنتقل إلى الأرض على شكل برق.
التيار الكهربائي
وقد تنتقل الشحنات الكهربائية في ظروف غير تلك التي عرفناها في حالات التفريغ الكهربائي. الشحنات الكهربائية يمكنها أن تسري عبر بعض المواد بصورة مماثلة لجريان المياه في الأنهار. وسريان الشحنات الكهربائية بهذه الطريقة يعرف بالتيار الكهربائي.
يحدث البرق بسبب التفريغ الكهربائي.
يستخدم التيار الكهربائي في الإضاءة وتشغيل الأجهزة. ما بعض استخدامات الكهرباء في هذا المتنزه؟
الدوائر الكهربائية
التيار الكهربائي لا يسري إلا في مسار مغلق يسمى الدائرة الكهربائية. ولكي يزداد تدفق التيار الكهربائي في الدائرة، فإنها يلزمها ثلاثة أجزاء أساسية، هي: مصدر كهربائي، والمقاومة، وأسلاك التوصيل.
مصدر الطاقة ـ ومنه البطارية ـ يوفر الطاقة اللازمة لتحريك الشحنات الكهربائية في الدائرة. والمقاومة هي الجهاز أو الأداة التي يزودها المصدر بالطاقة، كالمصباح الكهربائي أو المروحة مثلًا. أما أسلاك التوصيل فتنقل الشحنات الكهربائية من المصدر وإليه.
ولكن ليسري التيار الكهربائي يجب أن تكون الدائرة الكهربائية مغلقة. الدائرة المغلقة تكون جميع أجزائها متصلة معًا، وليس بها أي قطع في أسلاك توصيلها.
المفتاح الكهربائي
الكثير من الدوائر الكهربائية يوصل معها مفتاح كهربائي. وعندما يكون المفتاح في وضع توصيل تصبح الدائرة الكهربائية مغلقة، ويسري فيها التيار الكهربائي، وعندما يكون المفتاح غير موصل ينقطع التيار الكهربائي، ولا يسري في الدائرة الكهربائية.
أجزاء الدائرة الكهربائية
مصدر كهربائي
مقاومة «مصباح»
أسلاك توصيل
أقرأ الصورة
ماذا يحدث للدائرة الكهربائية عند إغلاق المفتاح؟ وماذا يحدث لها عند فتحه؟
إرشاد: أتتبع مسار الدائرة في كل مصباح.
الدوائر الكهربائية المفتوحة والمغلقة
المصباح مضاء
الدائرة مغلقة
المصباح غير مضاء
الدائرة مفتوحة
مفتاح
أختبر نفسي
أستنتج. ما الفرق بين الكهرباء الساكنة والكهرباء المتحركة؟
التفكير الناقد. ما الذي يحدث عند توصيل طرفي سلك بطرفي بطارية؟
دوائر التوالي ودوائر التوازي الكهربائية
ما دوائر التوالي الكهربائية؟ وما دوائر التوازي الكهربائية؟
الكثير من الدوائر الكهربائية تحتوي على أكثر من مقاومة، أي يمكن استخدامها لتشغيل أكثر من جهاز أو أداة معًا. هذه المقاومات توصل في الدوائر الكهربائية بطريقتين:
طريقة التوالي، وطريقة التوازي.
دائرة التوالي الكهربائية
في دائرة التوالي ـ كما هو موضح في الرسم أعلاه ـ يسري التيار الكهربائي في اتجاه ثابت في جميع أجزاء المسار دون أن يتفرع. ونلاحظ في دائرة التوالي أنه عند إغلاق الدائرة الكهربائية يضيء المصباحان، وعند احتراق أحدهما فإن المصباح الآخر ينطفئ؛ لأن الدائرة أصبحت مفتوحة.
دائرة التوازي الكهربائية
تشبه دائرة التوازي مجموعة من الطرق التي تؤدي جميعها إلى مكان واحد، ولكن عبر مسارات مختلفة. وكما هو موضح في الرسم، نلاحظ أنه في دائرة التوازي يتفرع التيار الكهربائي، ويكون سريانه في أكثر من اتجاه. كما نلاحظ أنه عند إغلاق الدائرة الكهربائية فإن المصباحين يضيئان معًا، وعند فك أحدهما يبقى المصباح الآخر مضيئًا.
تستخدم دوائر التوازي الكهربائية في المنازل؛ حيث يتم توصيل المصابيح والأجهزة الكهربائية في المنزل بهذه الطريقة، فإذا فصل التيار الكهربائي عن أحد الأجهزة أو المصابيح المتصلة تبقى بقية الأجهزة والمصابيح في المنزل تستمر في العمل.
حقيقة
البطاريات مصدر للطاقة الكهربائية.
الشرح والتفسير ١٥٤
نشاط
أعمل دائرة توازٍ
- أضع مصباحين كهربائيين في حاملين بعناية ورفق.
- أصل الحامل الأول بسلكي توصيل مع الحامل الثاني، كما في الشكل.
- ألاحظ. أستخدم سلكي توصيل آخرين مع قطبي بطارية. ماذا حدث؟
- أنزع أحد المصباحين من حامله. ماذا حدث الآن؟ ولماذا؟
أحذر. قد تصبح المصابيح ساخنة.
دائرة توازٍ
أقرأ الشكل
كيف تختلف دائرة التوالي عن دائرة التوازي؟
إرشاد: تشير الأسهم إلى سريان التيار الكهربائي.
لكن لو استخدمت دوائر التوالي الكهربائية فإن فصل أحد الأجهزة في المنزل سيؤدي إلى توقف عمل جميع الأجهزة والمصابيح الأخرى.
أختبر نفسي
أستنتج. دائرة توازٍ بها مصباح ومروحة، ماذا يحدث للمروحة في الدائرة إذا احترقت فتيلة المصباح؟
التفكير الناقد. هل المصابيح في المنزل متصلة على التوازي أم على التوالي؟ لماذا؟
نشاط أسري
ابحث مع طفلك / طفلتك عن المصابيح المتصلة على التوالي أو التوازي في إحدى غرف المنزل، بحيث تضاء أو تنطفئ بعض المصابيح أو جميعها عند فتح أو إغلاق أحد مفاتيح الغرفة الكهربائية.
كيف نستخدم الكهرباء بأمان؟
بعض المواد تسمح بمرور الكهرباء خلالها. المقاومة الكهربائية هي قدرة المواد على منع أو تقليل مرور التيار الكهربائي خلالها. إن مرور تيار كهربائي في سلك ذي مقاومة قليلة خطر جدًا؛ لأنه يسبب رفع درجة حرارته بشكل كبير، مما قد يسبب حدوث حريق. ومن الخطورة لمس الأسلاك الكهربائية وخصوصًا المكشوفة منها.
القواطع الكهربائية والمنصهرات «الفيوزات»
المنصهر أداة تساعد على منع حدوث حريق كهربائي؛ حيث يحتوي المنصهر على شريط رقيق مقاومته الكهربائية كبيرة. وإذا مر فيه تيار كهربائي كبير ارتفعت درجة حرارته وانصهر، فتفتح الدائرة الكهربائية، ويتوقف مرور التيار الكهربائي.
يوجد الآن أجهزة وأدوات تعمل عمل المنصهر تسمى القواطع الكهربائية. القاطع الكهربائي مفتاح يحمي الدائرة الكهربائية؛ حيث يفتح الدائرة الكهربائية عند مرور تيار كهربائي خطر خلالها، فلا يمر فيها التيار. المنصهر لا يستخدم إلا مرة واحدة فقط، لكن القاطع يعاد استخدامه.
موزعات الكهرباء الحديثة مزودة بقواطع تفصل التيار الكهربائي عند مرور تيار كهربائي كبير.
إذا احترق سلك المنصهر لا يمكن إعادة استخدامه.
معظم المنازل تستخدم القواطع الكهربائية.
أختبر نفسي
أستنتج. في المباني الجديدة تستخدم القواطع الكهربائية أكثر من المنصهرات. لماذا؟
التفكير الناقد. هل توصل القواطع الكهربائية في الدوائر على التوالي أم على التوازي؟ لماذا؟
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.