صفحة 43 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 محاكاة الدوائر الكهربائية

المفاهيم الأساسية

برنامج محاكاة الدوائر: برنامج يسمح للمهندس بتصميم واختبار الدوائر في بيئة خاضعة للتحكم قبل إنشائها على أرض الواقع.

برنامج ملتي سيم لايف (Multisim Live): برنامج لمحاكاة الدوائر الكهربائية والمخططات المبنية على بنية محاكاة سبايس (SPICE)، ويمكن استخدامه من خلال متصفح الإنترنت على أي جهاز حاسب.

خريطة المفاهيم

```markmap

ما أتعلمه الآن (من الصفحة 34 و 36 و 37 و 38 و 39 و 40 و 41 و 42 و 43): قانون أوم وطرق التوصيل ومحاكاة الدوائر

قانون أوم (Ohm's Law)

المكتشف

• الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم.
• اكتشف العلاقة عام 1827م.

العلاقة الرياضية

• I = \frac{V}{R}
• I: شدة التيار (يتناسب طرديًا مع V).
• V: فرق الجهد.
• R: المقاومة.

تطبيقات القانون

• يطبق على الدوائر ذات المقاومات المتعددة.
• تُحسب المقاومة الإجمالية للدائرة بأكملها.
• يُستخدم لدراسة قيم V، I، R لكل مكون في الدائرة.

حدود التطبيق

• لا يمكن تطبيقه على الأجهزة التي لا تبقى فيها المقاومة ثابتة (مثل: الصمامات الثنائية والترانزستورات).

طرق توصيل المقاومات

التوصيل على التوالي (Series)

• جميع المكونات متصلة متتالية (من طرف إلى طرف).
• يشكل مسارًا واحدًا لحركة التيار.
• لا يوجد تفرع للتيار.

#### حساب الدائرة على التوالي

• المقاومة الإجمالية: R_T = R_1 + R_2 + ...
• التيار الكلي: I = \frac{V}{R_T}
• فرق الجهد على كل مقاومة: V_n = I \times R_n

#### خصائص التوصيل على التوالي (من الصفحة 40)

• نفس شدة التيار: تيار واحد يمر عبر جميع المقاومات.

#### مثال تطبيقي

• المعطيات: R_1 = 30k\Omega, R_2 = 60k\Omega, V = 9V
• الحل:

- R_T = 30k\Omega + 60k\Omega = 90k\Omega

- I = \frac{9V}{90k\Omega} = 0.1 mA

- V_1 = 0.1mA \times 30k\Omega = 3V

- V_2 = 0.1mA \times 60k\Omega = 6V

#### تمرين تطبيقي (صفحة 39)

• عند توصيل مقاومتين متماثلتين على التوالي بمصدر ذي مقاومة داخلية ضئيلة:

- تزداد المقاومة الكلية للدائرة.

- تأثير ذلك على شدة التيار: تنخفض.

التوصيل على التوازي (Parallel)

• جميع المكونات متصلة بصورة متوازية.
• تشكل مجموعتين من النقاط الكهربائية المشتركة.
• يوجد تفرع للتيار الكهربائي.

#### حساب الدائرة على التوازي

• المقاومة الإجمالية: \frac{1}{R_T} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... أو R_T = \frac{R_1 \times R_2}{(R_1 + R_2)}
• التيار الكلي: I_T = I_1 + I_2 + ... أو I_T = \frac{V}{R_T}
• فرق الجهد: يكون متساوياً على جميع المقاومات المتوازية.

#### خصائص التوصيل على التوازي (من الصفحة 40)

• نفس فرق الجهد: نفس قيمة فرق الجهد عند أطراف جميع المقاومات.

#### مثال تطبيقي

• المعطيات: R_1 = 3k\Omega, R_2 = 6k\Omega, V = 9V
• الحل:

- R_T = \frac{3k\Omega \times 6k\Omega}{(3k\Omega + 6k\Omega)} = 2k\Omega

- I_1 = \frac{9V}{3k\Omega} = 3mA

- I_2 = \frac{9V}{6k\Omega} = 1.5mA

- I_T = 3mA + 1.5mA = 4.5mA

#### تمرين تطبيقي (صفحة 39)

• عند توصيل مقاومتين مختلفتين (R1, R2) على التوازي:

- فرق الجهد: متساوٍ عند أطرافهما.

- شدة التيار: مختلفة في كل منهما (تتناسب عكسياً مع المقاومة).

- المقاومة المكافئة: لا تساوي مجموع المقاومتين (R ≠ R1 + R2).

الأجهزة الكهربائية (من الصفحة 40)

جهاز الأميتر (Ammeter)

• الوظيفة: يقيس شدة التيار.
• طريقة التوصيل: على التوالي في الدائرة.

جهاز الفولتميتر (Voltmeter)

• الوظيفة: يقيس فرق الجهد.
• طريقة التوصيل: على التوازي في الدائرة.

الطاقة والقدرة (من الصفحة 40)

الطاقة الكهربائية

• الوحدة: الجول (J).

القدرة الكهربائية

• الوحدة: الواط (W).

مثال تطبيقي: دائرة مختلطة (توالي وتوازي)

الهدف

• إيجاد فرق الجهد بين النقطة A والنقطة B.

خطوات الحل

#### الخطوة الأولى: تبسيط الدائرة

• تحديد المقاومات المتصلة على التوالي (R3, R4, R5).
• حساب المقاومة المكافئة لها:

- R_{3,4,5} = R3 + R4 + R5

- R_{3,4,5} = 4Ω + 8Ω + 6Ω = 18Ω

#### الخطوة الثانية: رسم الدائرة المكافئة المبسطة

• استبدال R3, R4, R5 بمقاومة واحدة مكافئة (18Ω).
• تصبح الدائرة الجديدة تحتوي على:

- مصدر جهد (V).

- مقاومة R1 (11Ω) على التوالي مع...

- فرع متوازي يحتوي على R2 (18Ω) و R3,4,5 (18Ω).

#### الخطوة الثالثة: حساب المقاومة المكافئة للتوازي

• حساب المقاومة المكافئة للفرع المتوازي (R2 // R3,4,5):

- R_{2//3,4,5} = \frac{R_{3,4,5} \times R_2}{R_{3,4,5} + R_2} = \frac{18 \times 18}{18 + 18} = 9Ω

#### الخطوة الرابعة: حساب المقاومة الكلية للدائرة

• حساب المقاومة الكلية (Rₜ) بعد توصيل R1 على التوالي مع المقاومة المكافئة للتوازي:

- Rₜ = R₁ + R_{2,3,4,5} = 11 + 9 = 20Ω

#### الخطوة الخامسة: حساب التيارات وفروق الجهد

• التيار عبر R2 (I₂): 1A.
• فرق الجهد عبر R2 (V₂): V₂ = I₂ \times R₂ = 1 \times 18 = 18V
• فرق الجهد عبر R3,4,5: يساوي V₂ (لأنهما على التوازي) = 18V.
• التيار عبر R3,4,5 (I₃,₄,₅): I₃,₄,₅ = \frac{V₃,₄,₅}{R₃,₄,₅} = \frac{18}{18} = 1A
• التيار الكلي (Iₜ): Iₜ = I₂ + I₃,₄,₅ = 1 + 1 = 2A

#### الخطوة السادسة: حساب فرق الجهد بين A و B (V_AB)

• V_{AB} = Iₜ \times Rₜ = 2 \times 20 = 40V

تمارين تطبيقية (من الصفحة 41)

تمرين 5: دائرة مصباحين على التوالي

• المهمة: تحليل دائرة تحتوي على مصباحين متطابقين (X1, X2) ومصدر (V) ومفتاح (S) على التوالي.
• السؤال: هل سيصدر المصباحان نفس كمية الإضاءة عند إغلاق المفتاح؟ وضح إجابتك.

تمرين 6: دائرة مقاومات على التوازي

• المهمة: تحليل دائرة تحتوي على ثلاث مقاومات (R1=200Ω, R2=50Ω, R3=40Ω) موصلة على التوازي مع مصدر جهد 20V.
• المطلوب:

1. رسم مخطط الدائرة (يوجد شبكة رسم مخصصة).

2. إيجاد المقاومة الكلية (R).

3. إيجاد قراءة جهاز الأميتر (I) عند إغلاق المفتاح S.

تمرين تطبيقي: دائرة مختلطة (من الصفحة 42)

المعطيات

• المقاومات: R_1 = 100Ω، R_2 = 50Ω، R_3 = 50Ω.
• قراءة الأميتر (A): 0.8A.
• توصيل الدائرة: R1 على التوالي مع فرع متوازي يحتوي على R2 و R3.

المطلوب حسابياً

المقاومة الكلية للدائرة.

شدة التيار عبر كل مقاومة.

قراءة جهاز الفولتميتر (V).

المطلوب عملياً

• توضيح كيفية توصيل الأميتر والفولتميتر في الدائرة الكهربائية عملياً.

محاكاة الدوائر الكهربائية (من الصفحة 43)

أهمية محاكاة الدوائر

• الدوائر الإلكترونية مكون أساسي في الأجهزة.
• قد تتعطل الدوائر لأسباب عملية (كالتوصيل السيئ أو مشاكل الطاقة) وليس بسبب التصميم.
• التركيز على التصميم وحده غير كافٍ.
• فائدة برامج المحاكاة: كبيرة في عمليات التصميم.

برنامج ملتي سيم لايف (Multisim Live)

• الاستخدام في هذا الدرس: لتصميم الدوائر الكهربائية ومحاكاتها.
• ما هو؟: برنامج لمحاكاة الدوائر الكهربائية والمخططات المبنية على بنية محاكاة سبايس (SPICE).
• ميزة رئيسية: يمكن تشغيله من خلال متصفح الإنترنت على أي جهاز حاسب.

```

نقاط مهمة

• أعطال الدوائر قد تكون بسبب مشاكل عملية (مثل التوصيل السيئ) وليس بسبب عيب في التصميم.
• من المهم استخدام برامج محاكاة الدوائر لفوائدها الكبيرة في التصميم.
• برنامج المحاكاة يسمح للمهندس بالتصميم في بيئة خاضعة للتحكم قبل البدء بالتنفيذ الفعلي.
• برنامج ملتي سيم لايف هو البرنامج المستخدم في هذا الدرس للمحاكاة.

--- SECTION: رابط الدرس الرقمي --- www.ien.edu.sa تمثل الدوائر الإلكترونية مكونًا أساسيًا للعديد من الأجهزة المحيطة بك، وقد تواجه هذه الدوائر أعطالا لا تتعلق بتصميمها ، بل نتيجة التوصيل السيئ أو لمشاكل تتعلق بمصادر الطاقة وغيرها. لا ينبغي التركيز على تصميم الدائرة فحسب، بل من المهم استخدام أحد برامج محاكاة الدوائر، وذلك لفائدتها الكبيرة في عمليات التصميم. تتيح هذه البرامج للمهندس تصميم الدوائر في بيئة خاضعة للتحكم. وعند الحصول على التصميم المطلوب للدائرة يشرع المهندس بإنشائها على أرض الواقع. ستستخدم في هذا الدرس برنامج ملتي سيم لايف (Multisim (Live) لتصميم الدوائر الكهربائية ومحاكاتها. --- SECTION: ما برنامج ملتي سيم لايف؟ --- What is Multisim Live هو برنامج يتيح لك محاكاة الدوائر الكهربائية والمخططات المبنية على بنية محاكاة سبايس (SPICE) ، كما يتيح برنامج ملتي سيم لايف محاكاة الدوائر الإلكترونية من خلال المتصفح الإلكتروني على أي جهاز حاسب. --- SECTION: شكل 2.7 --- برنامج محاكي الدوائر ملتي سيم لايف