ملخص الدوائر الكهربية — ثالثة إعدادي

مقدمة

الوحدة: الوحدة الثانية: الكهربية والمغناطيسية
الدرس: الثاني

لماذا لا تنطفئ كل مصابيح البيت إذا احترق مصباح واحد، بينما تنطفئ بعض سلاسل الزينة كلها إذا تلف مصباح منها؟ الإجابة في طريقة التوصيل: توالٍ أم توازٍ.

أهداف التعلم

أن تذكر مكونات الدائرة الكهربية ورموزها.
أن تميز الدائرة المغلقة من المفتوحة.
أن تقارن التوصيل على التوالي والتوصيل على التوازي.
أن تحسب المقاومة المكافئة لمقاومات موصلة على التوالي أو التوازي.

شرح الدرس

مكونات الدائرة الكهربية

مصدر كهربي: عمود جاف أو بطارية، يوفر فرق الجهد.
أسلاك توصيل: موصلات تنقل التيار.
مفتاح: يفتح الدائرة أو يغلقها.
جهاز مستهلك (مقاومة): مثل مصباح أو جرس أو محرك.

الدائرة المغلقة مسار متصل يسري فيه التيار، أما المفتوحة ففيها قطع (مفتاح مفتوح أو سلك مقطوع) فلا يسري التيار.

التوصيل على التوالي

توصل المقاومات واحدة تلو الأخرى في مسار واحد.

التيار واحد في كل المقاومات.
فرق الجهد الكلي يتوزع عليها: $V = V_1 + V_2 + \cdots$ .
المقاومة المكافئة أكبر من أي مقاومة منفردة:

R = R_1 + R_2 + R_3 + \cdots

إذا انقطع أي جزء انقطع التيار عن الدائرة كلها.

التوصيل على التوازي

توصل المقاومات في فروع مستقلة بين النقطتين نفسيهما.

فرق الجهد واحد على كل الفروع.
التيار الكلي يتوزع على الفروع: $I = I_1 + I_2 + \cdots$ .
المقاومة المكافئة أصغر من أصغر مقاومة منفردة:

\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \cdots

وفي حالة مقاومتين فقط: $R = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$ .
إذا تلف فرع يستمر التيار في بقية الفروع.

دائرتان بمصباحين وبطارية: على التوالي مسار واحد للتيار، وعلى التوازي فرعان مستقلان بينهما فرق الجهد نفسه

مقارنة سريعة

وجه المقارنة	التوالي	التوازي
شدة التيار	ثابتة في كل الأجزاء	تتوزع على الفروع
فرق الجهد	يتوزع على المقاومات	ثابت على كل فرع
المقاومة المكافئة	تزداد بإضافة مقاومات	تقل بإضافة مقاومات
تلف جهاز	تتوقف الدائرة كلها	تعمل بقية الأجهزة

التوصيلات المنزلية

توصل الأجهزة في المنازل على التوازي حتى يعمل كل جهاز على فرق الجهد الكامل للشبكة ويمكن تشغيله وإطفاؤه مستقلًا. ويوصل المصهر (الفيوز) أو القاطع الكهربي على التوالي مع الدائرة لقطع التيار إذا زادت شدته عن الحد الآمن.

أمثلة وتطبيقات

مثال 1: ثلاث مقاومات $2$ و $3$ و $5$ أوم على التوالي مع مصدر $20$ فولت. احسب المقاومة المكافئة والتيار.

الحل: $R = 2 + 3 + 5 = 10$ أوم، و $I = \frac{20}{10} = 2$ أمبير.

مثال 2: مقاومتان $6$ و $3$ أوم على التوازي. احسب المقاومة المكافئة.

الحل: $R = \frac{6 \times 3}{6 + 3} = \frac{18}{9} = 2$ أوم.

مثال 3: في المثال 2 إذا كان فرق الجهد $12$ فولت، فاحسب تيار كل فرع والتيار الكلي.

الحل: $I_1 = \frac{12}{6} = 2$ أمبير، و $I_2 = \frac{12}{3} = 4$ أمبير، والتيار الكلي $6$ أمبير، وهو يساوي $\frac{12}{2}$ ✓.

ملاحظات مهمة

إضافة مصباح على التوالي تُضعف إضاءة كل المصابيح، أما على التوازي فتبقى الإضاءة كما هي تقريبًا.
لا تحمّل مشترك الكهرباء (المشترك متعدد المقابس) بأجهزة كثيرة؛ زيادة التيار الكلي قد تسبب ارتفاع حرارة الأسلاك.

المفاهيم الأساسية

الدائرة المغلقة شرط لسريان التيار.
التوالي: تيار ثابت، $R = R_1 + R_2 + \cdots$ .
التوازي: جهد ثابت، $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots$ .
الأجهزة المنزلية على التوازي والمصهر على التوالي.

ملخص الدرس

تتكون الدائرة الكهربية من مصدر وأسلاك ومفتاح وأجهزة مستهلكة، ويسري التيار فقط إذا كانت مغلقة. في التوصيل على التوالي يمر التيار نفسه في كل المقاومات وتُجمع قيمها، وفي التوصيل على التوازي يثبت الجهد وتقل المقاومة المكافئة، ولذلك تُوصل أجهزة المنزل على التوازي.

أسئلة للتدريب

ارسم دائرة بها مصباحان على التوازي مع عمود ومفتاح.
احسب المقاومة المكافئة لأربع مقاومات كل منها $8$ أوم موصلة على التوازي.
علّل: توصل الأجهزة الكهربية في المنازل على التوازي.
مقاومتان $4$ و $12$ أوم على التوالي مع مصدر $8$ فولت. احسب فرق الجهد على كل منهما.
ما وظيفة المصهر؟ ولماذا يوصل على التوالي؟