صفحة 51 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 إضافة مجسات فرق الجهد في محاكاة الدوائر

المفاهيم الأساسية

مجس فرق الجهد (Voltage probe): أداة في برنامج المحاكاة تُستخدم لمعاينة وقياس فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة الكهربائية.

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 و 44 و 45 و 46 و 47 و 48 و 49 و 50 و 51): 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 و 44 و 45 و 46 و 47 و 48 و 49 و 50 و 51)

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.

إنشاء حساب واستخدام Multisim Live

#### خطوات إنشاء حساب

الوصول للموقع: https://www.multisim.com

إنشاء حساب: الضغط على "Sign up" وملء الحقول المطلوبة.

تسجيل الدخول: بعد إنشاء الحساب، العودة للموقع والضغط على "Log in".

#### واجهة البرنامج بعد التسجيل

• الوصول إلى المشاريع: يمكن الوصول إلى الدوائر التي صممتها سابقاً.
• المشاريع المفضلة: الوصول إلى المشاريع المفضلة التي شاركها الآخرون.
• مجموعات المجتمع: الوصول إلى مجموعات المجتمع التي انضممت إليها.

#### خيارات الوصول دون تسجيل

• يمكن الوصول إلى دوائر صممها الآخرون.
• يمكن الوصول إلى مجموعات المجتمع التي انضممت إليها.

واجهة المستخدم لبرنامج ملتي سيم لايف (من الصفحة 45)

#### بدء العمل

• الخطوة الأولى: الضغط على CREATE CIRCUIT (إنشاء دائرة).

#### أجزاء الواجهة الرئيسية

• لوحة الإعدادات.
• الوضع التلقائي لتخطيط المحاكاة.
• أدوات التحكم: تراجع، وإعادة وتكبير، وتصغير.
• مساحة العمل (الرسم التخطيطي - Schematic): المكان الذي تضع فيه المكونات وتوصلها معاً، وكذلك لإضافة مجسات المحاكاة (probes).
• شريط أدوات المكونات: يقع على الجانب الأيسر من الشاشة ويتيح الوصول إلى كافة المكونات.
• قائمة تصفح الملفات.

#### أدوات التحكم بالمحاكاة

• تشغيل المحاكاة.
• إيقاف المحاكاة.

#### خيارات العرض

• Interactive Schematic Grapher Split: يعرض التخطيط والرسوم بآن واحد في شاشة واحدة.
• وضع العرض المتعدد: أداة متعددة الأغراض تتيح عرض الرسوم البيانية والمخططات، وتعديلها، وحفظها، وتصديرها.

خصائص المكونات في ملتي سيم لايف (من الصفحة 46)

#### أدوات التعديل على المكون

• الانعكاس
• الهدف
• التحليل والتعليق التوضيحي
• نسخ
• المصادر
• فتح
• مكونات غير فعالة
• الدوران
• فسخ
• مفتاح التشغيل
• مؤشرات
• المفاتيح

#### طريقة تغيير مُعرّف أو قيمة مُكوّن

• تغيير مُعرّف المكون
• تغيير قيمة المكون

تصميم دائرة أولى (من الصفحة 47 و 48 و 49)

#### خطوات توصيل مقاومة

الذهاب إلى الموقع: https://www.multisim.com/

بدء دائرة جديدة: الضغط على CREATE CIRCUIT (إنشاء دائرة).

اختيار المقاومة:

- من شريط أدوات المكونات (Components toolbar)، الضغط على علامة التبويب Passive (مكونات غير فعالة).

- سحب المكون Resistor (المقاومة) وإفلاته في مساحة العمل.

#### أمثلة على مكونات غير فعالة (Passive)

• Resistor: المقاومة
• Capacitor: المكثف
• Inductor: الملف
• Potentiometer: مقياس الجهد
• Fuse: المنصهر (الفيوز)
• Transformers...: المحولات
• Coupled Inductors: ملفات مقترنة
• Resistors...: مقاومات متنوعة

#### خطوات توصيل مصدر جهد مستمر (VCC)

الوصول إلى قائمة المصادر:

- من شريط أدوات المكونات (Components toolbar)، الضغط على علامة التبويب Sources (المصادر).

إضافة المصدر إلى الدائرة:

- سحب مكون مصدر جهد مستمر (VCC) وإفلاته في مساحة العمل.

#### أمثلة على أنواع المصادر في القائمة

• AC Voltage: جهد متردد
• AC Current: تيار متردد
• DC Voltage (VCC): جهد مستمر
• DC Current: تيار مستمر
• Clock Voltage: جهد ساعة
• Step Voltage: جهد خطوة
• AM Voltage: جهد مضروب السعة
• FM Voltage: جهد مضروب التردد
• Thermal Noise: ضوضاء حرارية
• Three Phase Delta: مصدر ثلاثي الطور دلتا
• Three Phase Wye: مصدر ثلاثي الطور واي

#### إجراء التوصيلات بين المكونات

• الخطوات:

1. توصيل العقدة الموجبة للمصدر بالعقدة اليسرى للمقاومة.

2. توصيل العقدة اليمنى للمقاومة بالعقدة السالبة للمصدر.

• تعديل الأسلاك: يمكن الضغط على السلك وتحريكه لزيادة امتداده أو تقليصه للحصول على أفضل نتيجة.

#### مفهوم الفرع (Branch)

• تعريف: جزء من الدائرة لا يوجد به أي عقدة.

إضافة مجسات القياس (من الصفحة 50 و 51)

#### إضافة مجس التيار (Current Probe)

• الهدف: معاينة القيم والقياسات داخل الدائرة.
• طريقة الإضافة:

1. من شريط أدوات المكونات (Components toolbar)، الضغط على علامة التبويب Analysis and annotation (التحليل والتعليق التوضيحي).

2. سحب Current probe (مجس التيار) وإفلاته على التوالي مع المقاومة.

#### اتجاه مجس التيار والقراءة

• الاتجاه الصحيح: يجب أن تشير أسهم المجس من الطرف السالب (-) إلى الطرف الموجب (+) للمصدر.
• القراءة السالبة: إذا كانت القراءة سالبة، فهذا يعني أن المجس متصل عكس اتجاه سريان التيار.

#### تصحيح القراءة السالبة

• الطريقة: يمكن عكس اتجاه سريان التيار المقاس عن طريق:

1. تحديد مجس التيار.

2. الانتقال إلى لوحة التكوين.

3. الضغط على خيار عكس (Flip current measurement).

#### إضافة مجس فرق الجهد (Voltage Probe)

• الهدف: معاينة قياسات فرق الجهد.
• طريقة الإضافة:

1. من شريط أدوات المكونات (Components toolbar)، الضغط على علامة التبويب Analysis and annotation (التحليل والتعليق التوضيحي).

2. سحب Voltage probe (مجس فرق الجهد) وإفلاته على الجانب الأيسر من المقاومة.

3. الضغط على Add a reference probe (إضافة مجس مرجعي)، وإفلاته على الجانب الأيمن من المقاومة.

```

نقاط مهمة

• لإضافة مجس فرق الجهد في برنامج Multisim Live، نستخدم علامة التبويب "التحليل والتعليق التوضيحي" في شريط أدوات المكونات.
• يتطلب قياس فرق الجهد عبر مكون (مثل المقاومة) استخدام مجسين: مجس القياس الرئيسي و مجس مرجعي.
• يوضع المجس المرجعي على الطرف الآخر من المكون المراد قياس فرق الجهد عليه.

يمكنك أيضًا إضافة مجسات أخرى لتتمكن من معاينة قياسات فرق الجهد: لإضافة مجس فرق الجهد: من Components toolbar (شريط أدوات المكونات)، اضغط على علامة التبويب Analysis and annotation ( التحليل والتعليق التوضيحي) . اسحب Voltage probe ) مجس فرق الجهد ) ، ثم أفلته على الجانب الأيسر من المقاومة. اضغط على Add a reference probe إضافة مجس مرجعي) ، وأفلته إلى الجانب الأيمن من المقاومة . --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: * Untitled Circuit Description: Schematic diagram of an electrical circuit with a voltage source (V1), a resistor (R1), and voltage probes (PR1). Context: Illustrates how to add voltage probes to a circuit simulation.