مختبر الفيزياء
مختبر الفيزياء
الجهد والتيار والمقاومة
درست في هذا الفصل العلاقات بين الجهد والتيار والمقاومة في دوائر كهربائية بسيطة. فالجهد هو فرق الجهد الذي يدفع التيار خلال الدائرة، في حين تحدد المقاومة التيار الذي يمر عند تطبيق فرق جهد.
وستجمع في هذه التجربة البيانات، وتعد رسومًا بيانية لاستقصاء العلاقات الرياضية بين الجهد والتيار، وكذلك بين المقاومة والتيار.
سؤال التجربة
ما العلاقة بين الجهد والتيار؟ وما العلاقة بين المقاومة والتيار؟
الأهداف
- تقيس التيار وفقًا للنظام الدولي SI.
- تصف العلاقة بين مقاومة دائرة كهربائية والتيار الكهربائي الكلي المار فيها.
- تصف العلاقة بين الجهد والتيار الكلي المار في الدائرة الكهربائية.
- تنشئ رسومًا بيانية وتستخدمها لتبين العلاقة بين التيار والمقاومة، وبين التيار والجهد.
احتياطات السلامة
- تحذير: قد تسخن الدوائر الكهربائية والمقاومات.
- تحذير: الأسلاك حادة، وقد تجرح الجلد.
المواد والأدوات
| المواد والأدوات |
| --------------------------------------- |
| أربع بطاريات من نوع D جهد كل منها 1.5 V |
| أربع حوامل للبطاريات |
| أميتر 500 µA |
| مقاومة 10 kΩ |
| مقاومة 20 kΩ |
| مقاومة 30 kΩ |
| مقاومة 40 kΩ |
| خمسة أسلاك مزودة بمشابك فم التمساح |
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_الجهد_والتيار_والمقاومة_الدائرة_والأدوات.png
الخطوات
الجزء A
1
ضع البطارية في حاملها.
2
ركب دائرة تحتوي على بطارية، ومقاومة 10 kΩ، وأميتر 500 µA.
3
دون مقداري المقاومة والتيار في جدول البيانات 1، على أن تدون مقدار المقاومة في عمود المقاومة، أما لعمود التيار فاستخدم قراءة الأميتر.
4
ضع المقاومة 20 kΩ بدلًا من المقاومة 10 kΩ.
5
دون مقداري المقاومة والتيار في جدول البيانات 1.
6
كرر الخطوتين 4 و5، على أن تضع المقاومة 30 kΩ بدلًا من المقاومة 20 kΩ.
7
كرر الخطوتين 4 و5، على أن تضع المقاومة 40 kΩ بدلًا من المقاومة 30 kΩ.
الجزء B
8
أعد تركيب الدائرة التي ركبتها في الخطوة 2، ثم تحقق من مرور التيار في الدائرة، ودون مقداري الجهد والتيار في جدول البيانات 2.
9
أضف بطارية ثانية جهدها 1.5 V إلى الدائرة، ودون مقداري الجهد والتيار في جدول البيانات 2.
عندما تستعمل أكثر من بطارية واحدة دون مجموع جهود البطاريات بوصفها قيمة للجهد في جدول البيانات 2.
10
كرر الخطوة 9 مع ثلاث بطاريات جهد كل منها 1.5 V.
11
كرر الخطوة 9 مع أربع بطاريات جهد كل منها 1.5 V.
جدول البيانات 1
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_جدولا_بيانات_الجهد_والتيار_والمقاومة.png
| الجهد (V) | المقاومة (kΩ) | التيار (µA) |
| --------: | ------------: | ----------: |
| 1.5 | | |
| 1.5 | | |
| 1.5 | | |
| 1.5 | | |
جدول البيانات 2
| الجهد (V) | المقاومة (kΩ) | التيار (µA) |
| --------: | ------------: | ----------: |
| | 10 | |
| | 10 | |
| | 10 | |
| | 10 | |
التحليل
1. أنشئ رسومًا بيانية واستخدمها
ارسم التيار بوصفه متغيرًا مقابل المقاومة، على أن تضع المقاومة على المحور x، والتيار على المحور y.
2. أنشئ رسومًا بيانية واستخدمها
ارسم التيار بوصفه متغيرًا مقابل الجهد، على أن تضع الجهد على المحور x، والتيار على المحور y.
3. حلل الخطأ
ما العوامل التي تؤثر في التيار في الجزء A إضافة إلى قيم المقاومات؟ وكيف يمكن التقليل من تأثير هذه العوامل؟
4. حلل الخطأ
ما العوامل التي تؤثر في التيار في الجزء B إضافة إلى البطاريات المضافة؟ وكيف يمكن التقليل من تأثير هذه العوامل؟
الاستنتاج والتطبيق
1
صف العلاقة بين المقاومة والتيار بالنظر إلى الرسم البياني الأول الذي أنشأته؟
2
لماذا افترضت وجود هذه العلاقة بين المقاومة والتيار؟
3
كيف يمكنك وصف العلاقة بين الجهد والتيار بالنظر إلى الرسم البياني الثاني الذي أنشأته؟
4
لماذا افترضت وجود هذه العلاقة بين الجهد والتيار؟
التوسع في البحث
1
ما مقدار التيار الكهربائي الذي يمر في دائرة كهربائية إذا كان الجهد 3.0 V والمقاومة 20 kΩ؟ كيف حددت هذا التيار؟
2
بالاستعانة ببياناتك التي حصلت عليها في التجربة، هل يمكنك اشتقاق علاقة بين الجهد والتيار والمقاومة؟
مساعدة: انظر إلى العلاقة البيانية بين التيار وفرق الجهد، وافترض أنها خط مستقيم تمر في نقطة الأصل.
3
كيف تتفق بياناتك مع هذه العلاقة؟ وضح إجابتك.
الفيزياء في الحياة
1
اذكر بعض التطبيقات الشائعة التي تستخدم فرق جهد 220 V بدلًا من 127 V.
2
لماذا تحتاج التطبيقات التي ذكرتها إلى 220 V؟ وما العواقب التي تترتب على تشغيل مثل هذه التطبيقات على جهد 127 V؟
التقنية والمجتمع
السيارات المهجنة
Hybrid Cars
السيارات المهجنة ذات كفاءة عالية في استهلاك الوقود ومريحة وآمنة وهادئة وغير ملوثة للبيئة، وتتسارع بصورة جيدة. لذا فإن مبيعات السيارات المهجنة آخذة في الازدياد.
لماذا تسمى المهجنة؟
يطلق على السيارة اسم مهجنة إذا كانت تستخدم مصدرين أو أكثر من مصادر الطاقة. فمثلًا يطلق على قاطرات الديزل الكهربائية اسم العربات المهجنة. ولكن مصطلح السيارة المهجنة يطلق عادة على السيارة التي تستخدم الوقود والكهرباء.
للسيارات التقليدية محركات كبيرة تمكنها من التسارع جيدًا وصعود التلال الحادة، إلا أن حجم محركها يجعلها تستهلك في الغالب كميات كبيرة من الوقود، إضافة إلى تدني كفاءة استفادتها من الوقود مقارنة بالسيارات المهجنة التي يكون وزن محرك البنزين فيها قليلًا وأكثر فاعلية، مما يجعله يلبي معظم احتياجات القيادة وضروراتها.
وعند الحاجة إلى مزيد من الطاقة يمكن الحصول عليها من الكهرباء المخزنة في البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
كيف تعمل السيارات المهجنة؟
يبين الرسم التوضيحي أحد أنواع السيارات المهجنة، الذي يسمى التهجين المتوازي.
حيث يشغل محرك الاحتراق الداخلي الصغير (1) السيارة خلال معظم أوضاع القيادة.
ويتصل محرك الوقود والمحرك الكهربائي (2) مع العجلات (3) على جهاز ناقل الحركة نفسه.
وتعمل الأدوات الإلكترونية المبرمجة (4) على تحديد وقت استعمال محرك الكهرباء، ووقت استعمال محرك الوقود، ووقت استعمالهما معًا.
ولا يحتاج هذا النوع من التهجين إلى مصدر قدرة خارجي إلى جانب الوقود في خزان الوقود (5)؛ فأنت لا تحتاج إلى توصيل السيارة المهجنة بمصدر كهربائي لإعادة شحن البطاريات (6)، بخلاف السيارة الكهربائية.
وبدلًا من ذلك يتم إعادة شحن البطاريات بعملية تسمى الكبح المتجدد، كما هو موضح في الرسم التخطيطي.
حيث يعمل المحرك الكهربائي فيها مولدًا. فعندما يعمل المحرك الكهربائي على إبطاء حركة السيارة يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، تعمل بدورها على إعادة شحن البطاريات.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
التقنية_والمجتمع_السيارات_المهجنة_مكونات_النظام.png
توضيح الرسم
| الرقم | الجزء |
| ----: | ---------------------------- |
| 1 | محرك الوقود |
| 2 | محرك كهربائي / مولد |
| 3 | العجلات |
| 4 | الأدوات الإلكترونية المبرمجة |
| 5 | خزان الوقود |
| 6 | البطاريات |
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
التقنية_والمجتمع_السيارات_المهجنة_الكبح_المتجدد.png
دلالة الأسهم في الرسم
| لون السهم | الدلالة |
| --------- | ------------------------------------------- |
| الأزرق | طاقة وضع من الوقود والبطارية |
| الرمادي | يدور محرك الوقود والمحرك الكهربائي العجلات |
| الأحمر | تعمل الطاقة الحركية على إعادة شحن البطاريات |
تعمل الطاقة الحركية للسيارة في عملية الكبح المتجدد على إعادة شحن البطاريات.
هل تفيد السيارات المهجنة المجتمع؟
زادت السيارات المهجنة من المسافات التي تقطعها السيارات بكمية معينة من الوقود، لذا قللت من تكلفة تشغيل السيارة ومن الغازات المنبعثة من العوادم، ومنها غازا ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون، إضافة إلى مختلف الهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين.
حيث تسهم هذه الانبعاثات في حدوث بعض المشكلات البيئية كالضبخن، الضباب الدخاني.
ولأن السيارات المهجنة تزيد المسافات المقطوعة وتقلل الغازات المنبعثة من العوادم، فإن الكثير من الناس يشعرون أن استخدام هذه السيارات من الطرائق الفعالة للمساعدة على حماية الهواء من التلوث، بالإضافة إلى المحافظة على مصادر الوقود.
التوسع
1. حلل واستنتج
ما الكبح المتجدد؟
2. توقع
هل يفيد زيادة مبيعات السيارات المهجنة المجتمع؟ ادعم إجابتك.
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.