صفحة 238 - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المنهج السعودي - وزارة التعليم

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 2

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

📋 المحتوى المنظم

📖 محتوى تعليمي مفصّل

نوع: محتوى تعليمي

الدايودات المشعة للضوء

نوع: محتوى تعليمي

تبعث الدايودات المصنوعة من مزيج الجاليوم والألومنيوم والفسفور ضوءً عندما تكون منحازة أمامياً. فعندما تصل الإلكترونات إلى الفجوات في الوصلة فإنها تتحد معاً مُحدثةً، وتطلق الطاقة الفائضة على هيئة ضوء أحادي موجة محددة. وتعرف هذه الدايودات المشعة للضوء، أو LEDs. وقد شكلت بعض الدايودات المشعة للضوء ذات الأحادى اللون. وتُعد دايودات الليزر هذه مصادر قوية للضوء، وتستخدم في مقلّات الأقراص المدمجة CD ومؤشرات الليزر وفي الماسحات الضوئية لأشرطة التترميز المستخدمة في الأسواق التجارية، وذلك في الشكل 8-11 كما وتستخدم للدايودات استشعار الضوء والكشف عنه، والضوء الساقط على وصلة الدايود من النوع pn المنحاز عكسياً يحرر إلكترونات ويكون فجوات، مما يؤدي إلى تيار كهربائي يعتمد على شدة الضوء الساقط.

نوع: FIGURE_REFERENCE

الشكل 8-11 تعمل صمامات الليزر عمل باعثات للضوء، وكاشفات لأشرطة اللازمة للترميز.

نوع: محتوى تعليمي

مسألة تحفيز

نوع: محتوى تعليمي

يستخدم التقريب في كثير من الأحيان في الدوائر الكهربائية التي تحتوي على الصمامات الثنائية، وذلك لأن مقاومة الصمام غير ثابتة. ويتم التقريب الأول في دوائر الصمامات عند تجاهل هبوط الجهد المنحاز إلى الأمام عبر الصمام. والتقريب الثاني يأخذ في الحسبان القيمة النموذجية لهبوط جهد الصمام. أما التقريب الثالث فيستخدم المعلومات الإضافية الخاصة بالصمامات الثنائية. وكما هو موضح في الرسم البياني، فإن المنحنى يمثل خصائص منحنى التيار-الجهد للصمام. ويوضح الخط المستقيم ظروف التيار-الجهد لجميع حالات هبوط الجهد الممكنة للصمام لدائرة مقاومة مقدارها 180 Ω وبطارية جهدها 1.8 V وصمام ثنائي، وهبوط جهد الصمام وتيار مقداره 10.0 mA عند إحدى النهايات حتى هبوط جهد مقداره 1.8 V، وتيار مقداره 0.0 mA عند النهاية الأخرى.

1

نوع: QUESTION_HOMEWORK

حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الأول، وافترض هبوط جهد مقداره 0.70 V للصمام.

2

نوع: QUESTION_HOMEWORK

حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الثاني، مستخدماً التقريب الثاني، وافترض هبوط جهد مقداره 0.70 V للصمام.

3

نوع: QUESTION_HOMEWORK

حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الثالث، وذلك باستخدام الرسم البياني للصمام، وذلك باستخدام الرسم البياني للصمام، وتجاهل البطارية والمقاومة.

4

نوع: QUESTION_HOMEWORK

قدر الخطأ لكل من التقريب الثلاثة، وتجاهل البطارية والمقاومة.

🔍 عناصر مرئية

عمل باعثات للضوء، وكاشفات لأشرطة اللازمة للترميز.

Image shows a Nobel Prize medal and a close-up of a laser diode or LED component.

تيار - فرق جهد للصمام

A graph showing the relationship between current (mA) on the y-axis and voltage (V) on the x-axis for a diode. It depicts three distinct regions: a steep rise, a moderate rise, and a near-horizontal line.

📄 النص الكامل للصفحة

الدايودات المشعة للضوء

تبعث الدايودات المصنوعة من مزيج الجاليوم والألومنيوم والفسفور ضوءً عندما تكون منحازة أمامياً. فعندما تصل الإلكترونات إلى الفجوات في الوصلة فإنها تتحد معاً مُحدثةً، وتطلق الطاقة الفائضة على هيئة ضوء أحادي موجة محددة. وتعرف هذه الدايودات المشعة للضوء، أو LEDs. وقد شكلت بعض الدايودات المشعة للضوء ذات الأحادى اللون. وتُعد دايودات الليزر هذه مصادر قوية للضوء، وتستخدم في مقلّات الأقراص المدمجة CD ومؤشرات الليزر وفي الماسحات الضوئية لأشرطة التترميز المستخدمة في الأسواق التجارية، وذلك في الشكل 8-11 كما وتستخدم للدايودات استشعار الضوء والكشف عنه، والضوء الساقط على وصلة الدايود من النوع pn المنحاز عكسياً يحرر إلكترونات ويكون فجوات، مما يؤدي إلى تيار كهربائي يعتمد على شدة الضوء الساقط.

الشكل 8-11 تعمل صمامات الليزر عمل باعثات للضوء، وكاشفات لأشرطة اللازمة للترميز.

مسألة تحفيز

يستخدم التقريب في كثير من الأحيان في الدوائر الكهربائية التي تحتوي على الصمامات الثنائية، وذلك لأن مقاومة الصمام غير ثابتة. ويتم التقريب الأول في دوائر الصمامات عند تجاهل هبوط الجهد المنحاز إلى الأمام عبر الصمام. والتقريب الثاني يأخذ في الحسبان القيمة النموذجية لهبوط جهد الصمام. أما التقريب الثالث فيستخدم المعلومات الإضافية الخاصة بالصمامات الثنائية. وكما هو موضح في الرسم البياني، فإن المنحنى يمثل خصائص منحنى التيار-الجهد للصمام. ويوضح الخط المستقيم ظروف التيار-الجهد لجميع حالات هبوط الجهد الممكنة للصمام لدائرة مقاومة مقدارها 180 Ω وبطارية جهدها 1.8 V وصمام ثنائي، وهبوط جهد الصمام وتيار مقداره 10.0 mA عند إحدى النهايات حتى هبوط جهد مقداره 1.8 V، وتيار مقداره 0.0 mA عند النهاية الأخرى.

--- SECTION: 1 ---
حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الأول، وافترض هبوط جهد مقداره 0.70 V للصمام.

--- SECTION: 2 ---
حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الثاني، مستخدماً التقريب الثاني، وافترض هبوط جهد مقداره 0.70 V للصمام.

--- SECTION: 3 ---
حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الثالث، وذلك باستخدام الرسم البياني للصمام، وذلك باستخدام الرسم البياني للصمام، وتجاهل البطارية والمقاومة.

--- SECTION: 4 ---
قدر الخطأ لكل من التقريب الثلاثة، وتجاهل البطارية والمقاومة.

--- VISUAL CONTEXT ---
**FIGURE**: عمل باعثات للضوء، وكاشفات لأشرطة اللازمة للترميز.
Description: Image shows a Nobel Prize medal and a close-up of a laser diode or LED component.
Context: Illustrates applications of light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes in technology.

**GRAPH**: تيار - فرق جهد للصمام
Description: A graph showing the relationship between current (mA) on the y-axis and voltage (V) on the x-axis for a diode. It depicts three distinct regions: a steep rise, a moderate rise, and a near-horizontal line.
X-axis: فرق الجهد (V)
Y-axis: التيار الكهربائي (mA)
Data: The graph shows a non-linear relationship between voltage and current for a diode. Initially, current is zero up to about 0.7V. Then, current rises steeply with voltage. The third segment shows a near-linear increase in current with voltage up to the maximum point.
Key Values: Forward voltage threshold around 0.7V, Maximum current of 10.0 mA at 1.8V
Context: This graph is used to approximate the behavior of a diode in a circuit, allowing for calculations of current and voltage under different approximations.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 4

سؤال 1: حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الأول.

الإجابة: $I = \frac{1.8}{180} = 10.0 \text{ mA} :1\text{س}$

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - جهد المصدر: $V_S = 1.8 \text{ V}$ - قيمة المقاومة: $R = 180 \text{ \Omega}$
**الخطوة 2 (القانون):** في التقريب الأول للصمام الثنائي، يُفترض أن الصمام مثالي، أي أن هبوط الجهد عبره يساوي صفرًا عندما يكون في حالة التوصيل الأمامي. بالتالي، يقع جهد المصدر بالكامل عبر المقاومة. نستخدم قانون أوم لحساب التيار: $$I = \frac{V_S}{R}$$
**الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض بالقيم المعطاة: $$I = \frac{1.8 \text{ V}}{180 \text{ \Omega}} = 0.01 \text{ A}$$
**الخطوة 4 (النتيجة):** إذن تيار الصمام الثنائي = **$10.0 \text{ mA}$**

سؤال 2: حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الثاني، وافترض هبوط جهد مقداره 0.70 V للصمام.

الإجابة: $I = \frac{1.8 - 0.7}{180} \approx 6.1 \text{ mA} :2\text{س}$

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - جهد المصدر: $V_S = 1.8 \text{ V}$ - قيمة المقاومة: $R = 180 \text{ \Omega}$ - هبوط الجهد عبر الصمام الثنائي (حسب التقريب الثاني): $V_D = 0.70 \text{ V}$
**الخطوة 2 (القانون):** في التقريب الثاني، يُفترض أن الصمام الثنائي لديه هبوط جهد ثابت (0.70 V في هذه الحالة) عندما يكون في حالة التوصيل الأمامي. لحساب التيار المار في الدائرة، يجب أن نطرح هبوط الجهد عبر الصمام من جهد المصدر للحصول على الجهد عبر المقاومة. ثم نطبق قانون أوم: $$V_R = V_S - V_D$$ $$I = \frac{V_R}{R} = \frac{V_S - V_D}{R}$$
**الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض بالقيم المعطاة: $$I = \frac{1.8 \text{ V} - 0.7 \text{ V}}{180 \text{ \Omega}} = \frac{1.1 \text{ V}}{180 \text{ \Omega}} \approx 0.00611 \text{ A}$$
**الخطوة 4 (النتيجة):** إذن تيار الصمام الثنائي = **$6.1 \text{ mA}$**

سؤال 3: حدد تيار الصمام الثنائي مستخدماً التقريب الثالث، وذلك باستخدام الرسم البياني المرافق للصمام.

الإجابة: $I \approx 6.0 \text{ mA} :\text{من الرسم} :3\text{س}$

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المفهوم):** التقريب الثالث للصمام الثنائي هو الأكثر دقة، حيث يعتمد على منحنى الخصائص الفعلي للصمام (العلاقة بين التيار والجهد) الموضح في الرسم البياني. لتحديد نقطة التشغيل، نرسم ما يسمى "خط الحمل" على نفس الرسم البياني.
**الخطوة 2 (التطبيق):** معادلة خط الحمل للدائرة هي $V_D = V_S - I_D R$. حيث $V_D$ هو جهد الصمام، $I_D$ هو تيار الصمام، $V_S$ هو جهد المصدر (1.8 V)، و $R$ هي المقاومة (180 \Omega). لرسم خط الحمل، نحدد نقطتين: 1. عندما يكون تيار الصمام $I_D = 0$، فإن $V_D = V_S = 1.8 \text{ V}$. (النقطة الأولى: $1.8 \text{ V}$, $0 \text{ mA}$) 2. عندما يكون جهد الصمام $V_D = 0$، فإن $I_D = V_S / R = 1.8 \text{ V} / 180 \text{ \Omega} = 0.01 \text{ A} = 10 \text{ mA}$. (النقطة الثانية: $0 \text{ V}$, $10 \text{ mA}$) نرسم خطًا مستقيمًا يربط بين هاتين النقطتين على الرسم البياني لخصائص الصمام. نقطة تقاطع هذا الخط مع منحنى خصائص الصمام هي نقطة التشغيل الفعلية التي تعطينا التيار والجهد الحقيقيين للصمام.
**الخطوة 3 (النتيجة):** من خلال تحديد نقطة التقاطع هذه على الرسم البياني (الذي لم يتم توفيره هنا ولكن يُفترض وجوده)، نجد أن تيار الصمام الثنائي يساوي تقريبًا **$6.0 \text{ mA}$**.

سؤال 4: قدّر الخطأ لكل من التقريبات الثلاثة، وتجاهل البطارية والمقاومة. ثم ناقش أثر الجهود الكبيرة للبطارية في الأخطاء.

الإجابة: س 4: الأخطاء: - الأول: (67%) 4.0mA - الثاني: (1.7%) 0.1mA - الثالث: الأقل. زيادة جهد البطارية تقلل نسبة الخطأ.

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (تحديد القيمة المرجعية):** نعتبر أن تيار الصمام الثنائي المحسوب باستخدام التقريب الثالث (من الرسم البياني) هو القيمة الأكثر دقة، وهي $I_{مرجعي} = 6.0 \text{ mA}$.
**الخطوة 2 (تقدير الخطأ للتقريب الأول):** تيار التقريب الأول $I_1 = 10.0 \text{ mA}$. الخطأ المطلق = $|I_1 - I_{مرجعي}| = |10.0 - 6.0| = 4.0 \text{ mA}$. الخطأ النسبي (النسبة المئوية) = $(\frac{4.0}{6.0}) \times 100\% \approx 66.7\%$.
**الخطوة 3 (تقدير الخطأ للتقريب الثاني):** تيار التقريب الثاني $I_2 = 6.1 \text{ mA}$. الخطأ المطلق = $|I_2 - I_{مرجعي}| = |6.1 - 6.0| = 0.1 \text{ mA}$. الخطأ النسبي (النسبة المئوية) = $(\frac{0.1}{6.0}) \times 100\% \approx 1.7\%$.
**الخطوة 4 (تقدير الخطأ للتقريب الثالث):** بما أن التقريب الثالث هو الذي اعتمدنا عليه كقيمة مرجعية، فإن خطأه النسبي هو الأقل (أو صفر إذا اعتبرناه القيمة الحقيقية).
**الخطوة 5 (مناقشة أثر الجهود الكبيرة للبطارية):** عندما يكون جهد البطارية (المصدر) كبيرًا جدًا مقارنة بهبوط الجهد الثابت عبر الصمام الثنائي (مثل 0.7 V)، فإن نسبة هبوط الجهد عبر الصمام إلى جهد المصدر الكلي تصبح صغيرة جدًا. - **بالنسبة للتقريب الأول (إهمال جهد الصمام):** إذا كان جهد المصدر كبيرًا، فإن إهمال 0.7 V لن يؤثر كثيرًا على الجهد الكلي المطبق على المقاومة، وبالتالي تقل نسبة الخطأ في حساب التيار. - **بالنسبة للتقريب الثاني (افتراض جهد ثابت للصمام):** يظل هبوط الجهد 0.7 V ثابتًا. إذا زاد جهد المصدر، فإن النسبة المئوية لهذا الهبوط من إجمالي الجهد تقل، مما يجعل التقريب الثاني أكثر دقة نسبيًا (تقل نسبة الخطأ) مقارنة بحالة الجهود المنخفضة. بشكل عام، كلما زاد جهد البطارية، قل تأثير هبوط الجهد عبر الصمام الثنائي على الحسابات الكلية، وبالتالي تقل نسبة الخطأ في التقريبات المختلفة (خاصة الأول والثاني) مقارنة بالقيمة الحقيقية.