📋 المحتوى المنظم
📖 محتوى تعليمي مفصّل
نوع: محتوى تعليمي
مسائل تدريبية
25
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يمر تيار كهربائي مقداره A 15.0 في مدفأة كهربائية عند وصلها بمصدر فرق جهد V 120. فإذا تم تشغيل المدفأة متوسط استهلاكها للطاقة.
26
نوع: QUESTION_HOMEWORK
تبلغ مقاومة ساعة رقمية 12,000 Ω، وهي موصولة بمصدر فرق جهد مقداره V 115. احسب:
27
نوع: QUESTION_HOMEWORK
تنتج بطارية سيارة تيارًا مقداره A 55 لمدة 1.0h، وذلك عندما يكون فرق جهدها V 12. ويتطلب إعادة شحنها طاقة أكبر 1.3 مرة من الطاقة التي تزودنا بها؛ لأن كفاءتها أقل من الكفاءة المثالية. ما الزمن اللازم لشحن البطارية باستخدام فرق جهد الشحن هو نفسه فرق جهد التفريغ.
نوع: محتوى تعليمي
1-2 مراجعة
28
نوع: QUESTION_HOMEWORK
الطاقة تشغل محرك السيارة المولد الكهربائي، الذي يولد بدوره التيار الكهربائي اللازم لعمل السيارة، ويُخزنُ شحنات كهربائية في بطارية السيارة. وتستخدم المصابيح الرئيسية في السيارة الشحنة الكهربائية المخزنة في بطارية السيارة. جهز قائمة بالطاقة بأشكال الطاقة في العمليات السابقة.
29
نوع: QUESTION_HOMEWORK
المقاومة الكهربائية يتم تشغيل مجفف الشعر بوصله بمصدر جهد V 120، ويكون فيه خياران: حار ودافيء. في أيّ الخيارين تكون المقاومة أصغر؟ ولماذا؟
30
نوع: QUESTION_HOMEWORK
القدرة حدد مقدار التغير في القدرة في دائرة كهربائية إذا قل الجهد المطبق إلى النصف.
31
نوع: QUESTION_HOMEWORK
الكفاءة قوم أثر البحث لتحسين خطوط نقل القدرة الكهربائية في المجتمع والبيئة.
32
نوع: QUESTION_HOMEWORK
الجهد لماذا يتم توصيل البطارية وسخان الماء الكهربائي بدائرة كهربائية بدائرة V 220 بدلاً من دائرة جهدها V 127؟
33
نوع: QUESTION_HOMEWORK
التفكير الناقد عندما يرتفع معدل استهلاك القدرة الكهربائية تقوم شركات الكهرباء أحيانًا بتقليل الجهد، مما يؤدي إلى خفوت الأضواء. ما الذي يبقى محفوظاً ولا يتغير؟
✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية
عدد الأسئلة: 9
سؤال 25: 25. يمر تيار كهربائي مقداره 15.0 A في مدفأة كهربائية عند وصلها بمصدر فرق جهد 120 V. فإذا تم تشغيل المدفأة بمتوسط 5.0 h يوميًا فاحسب:
a. مقدار القدرة التي تستهلكها المدفأة.
b. مقدار الطاقة المستهلكة في 30 يومًا بوحدة kWh.
c. تكلفة تشغيلها مدة 30 يومًا، إذا كان ثمن الكيلوواط. ساعة 0.18 ريال.
الإجابة: س 25: a)
1.8kW
b)
270kWh
c) 48.6 ريال
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- التيار الكهربائي (I) = 15.0 A
- فرق الجهد (V) = 120 V
- متوسط وقت التشغيل اليومي = 5.0 h
- عدد الأيام = 30 يومًا
- تكلفة الكيلوواط.ساعة = 0.18 ريال
- **الخطوة 2 (حساب القدرة المستهلكة - الجزء أ):**
نستخدم قانون القدرة الكهربائية:
$$P = V \times I$$
بالتعويض:
$$P = 120 \text{ V} \times 15.0 \text{ A} = 1800 \text{ W}$$
لتحويلها إلى كيلوواط (kW) نقسم على 1000:
$$P = 1800 \text{ W} / 1000 = 1.8 \text{ kW}$$
إذن مقدار القدرة التي تستهلكها المدفأة = **1.8 kW**
- **الخطوة 3 (حساب الطاقة المستهلكة في 30 يومًا - الجزء ب):**
أولاً، نحسب إجمالي زمن التشغيل بالأيام والساعات:
إجمالي الزمن (t) = 5.0 h/يوم \times 30 يومًا = 150 h
نستخدم قانون الطاقة الكهربائية:
$$E = P \times t$$
بالتعويض (مع الأخذ في الاعتبار أن القدرة بالكيلوواط والزمن بالساعات للحصول على الطاقة بوحدة kWh):
$$E = 1.8 \text{ kW} \times 150 \text{ h} = 270 \text{ kWh}$$
إذن مقدار الطاقة المستهلكة في 30 يومًا = **270 kWh**
- **الخطوة 4 (حساب تكلفة التشغيل - الجزء ج):**
نضرب الطاقة المستهلكة في تكلفة الكيلوواط.ساعة:
التكلفة = الطاقة المستهلكة \times تكلفة الكيلوواط.ساعة
$$التكلفة = 270 \text{ kWh} \times 0.18 \text{ ريال/kWh} = 48.6 \text{ ريال}$$
إذن تكلفة تشغيلها مدة 30 يومًا = **48.6 ريال**
سؤال 26: 26. تبلغ مقاومة ساعة رقمية 12,000 Ω، وهي موصولة بمصدر فرق جهد مقداره 115 V. احسب:
a. مقدار التيار الذي يمر فيها.
b. مقدار القدرة الكهربائية التي تستهلكها الساعة.
c. تكلفة تشغيل الساعة 30 يومًا، إذا كان ثمن الكيلوواط. ساعة 0.18 ريال.
الإجابة: س 26: a)
9.6mA
b) 1.1W
c)
0.14 ريال
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- المقاومة (R) = 12,000 Ω
- فرق الجهد (V) = 115 V
- عدد الأيام = 30 يومًا
- تكلفة الكيلوواط.ساعة = 0.18 ريال
- **الخطوة 2 (حساب التيار الذي يمر فيها - الجزء أ):**
نستخدم قانون أوم:
$$I = V / R$$
بالتعويض:
$$I = 115 \text{ V} / 12000 \text{ Ω} = 0.009583 \text{ A}$$
لتحويلها إلى ملي أمبير (mA) نضرب في 1000:
$$I = 0.009583 \text{ A} \times 1000 \approx 9.6 \text{ mA}$$
إذن مقدار التيار الذي يمر فيها = **9.6 mA**
- **الخطوة 3 (حساب القدرة الكهربائية المستهلكة - الجزء ب):**
نستخدم قانون القدرة الكهربائية:
$$P = V \times I$$
بالتعويض (باستخدام قيمة التيار بالأمبير):
$$P = 115 \text{ V} \times 0.009583 \text{ A} \approx 1.102 \text{ W}$$
بالتقريب، القدرة = **1.1 W**
- **الخطوة 4 (حساب تكلفة تشغيل الساعة 30 يومًا - الجزء ج):**
نفترض أن الساعة تعمل 24 ساعة يوميًا.
أولاً، نحول القدرة من واط إلى كيلوواط:
$$P = 1.1 \text{ W} / 1000 = 0.0011 \text{ kW}$$
ثانياً، نحسب إجمالي زمن التشغيل بالساعات:
إجمالي الزمن (t) = 30 يومًا \times 24 h/يوم = 720 h
ثالثاً، نحسب الطاقة المستهلكة بوحدة kWh:
$$E = P \times t = 0.0011 \text{ kW} \times 720 \text{ h} = 0.792 \text{ kWh}$$
رابعاً، نحسب التكلفة:
التكلفة = الطاقة المستهلكة \times تكلفة الكيلوواط.ساعة
$$التكلفة = 0.792 \text{ kWh} \times 0.18 \text{ ريال/kWh} \approx 0.14256 \text{ ريال}$$
بالتقريب، تكلفة تشغيل الساعة 30 يومًا = **0.14 ريال**
سؤال 27: 27. تنتج بطارية سيارة تيارًا مقداره 55 A لمدة 1.0 h، وذلك عندما يكون فرق جهدها 12 V. ويتطلب إعادة شحنها طاقة أكبر 1.3 مرة من الطاقة التي تزودنا بها؛ لأن كفاءتها أقل من الكفاءة المثالية. ما الزمن اللازم لشحن البطارية باستخدام تيار مقداره 7.5 A؟ افترض أن فرق جهد الشحن هو نفسه فرق جهد التفريغ.
الإجابة: س 27:
الزمن
اللازم:
9.5h
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- تيار التفريغ (I_تفريغ) = 55 A
- زمن التفريغ (t_تفريغ) = 1.0 h
- فرق الجهد (V) = 12 V (للتفريغ والشحن)
- الطاقة اللازمة للشحن أكبر 1.3 مرة من طاقة التفريغ.
- تيار الشحن (I_شحن) = 7.5 A
- **الخطوة 2 (حساب الطاقة التي تزودنا بها البطارية أثناء التفريغ):**
نحسب القدرة أثناء التفريغ:
$$P_{\text{تفريغ}} = V \times I_{\text{تفريغ}} = 12 \text{ V} \times 55 \text{ A} = 660 \text{ W}$$
نحسب الطاقة أثناء التفريغ:
$$E_{\text{تفريغ}} = P_{\text{تفريغ}} \times t_{\text{تفريغ}} = 660 \text{ W} \times 1.0 \text{ h} = 660 \text{ Wh}$$
(وحدة الواط.ساعة مناسبة هنا لأن الزمن معطى بالساعات)
- **الخطوة 3 (حساب الطاقة اللازمة لإعادة شحن البطارية):**
بما أن الطاقة اللازمة للشحن أكبر 1.3 مرة من طاقة التفريغ:
$$E_{\text{شحن}} = 1.3 \times E_{\text{تفريغ}} = 1.3 \times 660 \text{ Wh} = 858 \text{ Wh}$$
- **الخطوة 4 (حساب الزمن اللازم لشحن البطارية):**
أولاً، نحسب القدرة أثناء الشحن:
$$P_{\text{شحن}} = V \times I_{\text{شحن}} = 12 \text{ V} \times 7.5 \text{ A} = 90 \text{ W}$$
ثانياً، نحسب الزمن اللازم للشحن:
$$t_{\text{شحن}} = E_{\text{شحن}} / P_{\text{شحن}} = 858 \text{ Wh} / 90 \text{ W} \approx 9.53 \text{ h}$$
إذن الزمن اللازم لشحن البطارية = **9.5 h**
سؤال 28: 28. الطاقة يُشغّل محرك السيارة المولد الكهربائي، الذي يولّد بدوره التيار الكهربائي اللازم لعمل السيارة، ويُخزّن شحنات كهربائية في بطارية السيارة. وتستخدم المصابيح الرئيسة في السيارة الشحنة الكهربائية المختزنة في بطارية السيارة. جهّز قائمة بأشكال الطاقة في العمليات السابقة.
الإجابة: س 28: كيميائية ← ميكانيكية
ميكانيكية ← كهربائية
كهربائية ← كيميائية
كيميائية ← ضوئية/حرارية
خطوات الحل:
- **الشرح:**
لنفهم أشكال الطاقة المتضمنة في كل مرحلة من مراحل عمل السيارة المذكورة في السؤال:
1. **تشغيل محرك السيارة:** يبدأ الأمر بالوقود (البنزين)، وهو يمثل طاقة كيميائية. عند احتراقه داخل المحرك، تتحول هذه الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية (حركة أجزاء المحرك).
* **كيميائية ← ميكانيكية**
2. **تشغيل المولد الكهربائي:** المولد الكهربائي يُشغّل بواسطة الحركة الميكانيكية للمحرك. يقوم المولد بتحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية (تيار كهربائي).
* **ميكانيكية ← كهربائية**
3. **تخزين الشحنات في بطارية السيارة:** التيار الكهربائي الذي يولده المولد يُستخدم لشحن بطارية السيارة. عملية الشحن هي تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية تُخزن داخل البطارية.
* **كهربائية ← كيميائية**
4. **استخدام المصابيح الرئيسة:** عندما تُشغّل المصابيح، فإنها تستخدم الطاقة الكيميائية المخزنة في البطارية (التي تتحول إلى كهربائية عند التفريغ) لتحويلها إلى طاقة ضوئية (إضاءة) وجزء منها يتحول إلى طاقة حرارية.
* **كيميائية ← ضوئية/حرارية**
إذن الإجابة هي: **كيميائية ← ميكانيكية، ميكانيكية ← كهربائية، كهربائية ← كيميائية، كيميائية ← ضوئية/حرارية**
سؤال 29: 29. المقاومة الكهربائية يتم تشغيل مجفف الشعر بوصله بمصدر جهد 120 V، ويكون فيه خياران: حار ودافئ. في أيّ الخيارين تكون المقاومة أصغر؟ ولماذا؟
الإجابة: س 29: المقاومة أصغر في (حار)؛ لأن $P = V^2/R$، وللحصول على قدرة أكبر
يجب أن تكون R أصغر.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
مجفف الشعر ينتج حرارة، وكلما زادت الحرارة، زادت القدرة الكهربائية التي يستهلكها الجهاز. الخيار "حار" يعني قدرة كهربائية أكبر من الخيار "دافئ".
- **الخطوة 2 (القانون والعلاقة):**
نحن نعلم أن القدرة الكهربائية (P) مرتبطة بفرق الجهد (V) والمقاومة (R) بالعلاقة:
$$P = V^2 / R$$
بما أن مجفف الشعر موصول بنفس مصدر الجهد (120 V) في كلا الخيارين، فإن فرق الجهد (V) يبقى ثابتًا. من هذه العلاقة، نلاحظ أن القدرة (P) تتناسب عكسيًا مع المقاومة (R).
- **الخطوة 3 (التطبيق والنتيجة):**
للحصول على قدرة أكبر (أي الخيار "حار" الذي ينتج حرارة أكثر)، يجب أن تكون المقاومة (R) أصغر. وعلى العكس، للحصول على قدرة أقل (الخيار "دافئ")، يجب أن تكون المقاومة أكبر.
لذلك، المقاومة تكون أصغر في خيار **(حار)**؛ لأن للحصول على قدرة أكبر يجب أن تكون R أصغر.
سؤال 30: 30. القدرة حدّد مقدار التغير في القدرة في دائرة كهربائية إذا قل الجهد المطبّق إلى النصف.
الإجابة: س 30: بما أن $P = V^2/R$، فعند تقليل الجهد للنصف (V/2) تقل القدرة إلى
الربع (P/4).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
تعتمد القدرة الكهربائية المستهلكة في دائرة على الجهد المطبق والمقاومة الكهربائية للدائرة.
- **الخطوة 2 (القانون والعلاقة):**
نستخدم العلاقة التي تربط القدرة (P) بالجهد (V) والمقاومة (R):
$$P = V^2 / R$$
نفترض أن المقاومة (R) للدائرة تبقى ثابتة.
- **الخطوة 3 (التطبيق والنتيجة):**
إذا قل الجهد المطبق إلى النصف، فهذا يعني أن الجهد الجديد هو $V' = V/2$.
بالتعويض في قانون القدرة:
$$P' = (V')^2 / R = (V/2)^2 / R = (V^2 / 4) / R = (1/4) \times (V^2 / R)$$
بما أن $P = V^2 / R$، فإن:
$$P' = (1/4) \times P$$
إذن، عند تقليل الجهد إلى النصف، تقل القدرة إلى **الربع (P/4)**.
سؤال 31: 31. الكفاءة قوّم أثر البحث لتحسين خطوط نقل القدرة الكهربائية في المجتمع والبيئة.
الإجابة: س 31: لخفض تكلفة الكهرباء، وتقليل استهلاك الوقود، وخفض التلوث، ورفع اعتمادية الشبكة.
خطوات الحل:
- **الشرح:**
البحث لتحسين خطوط نقل القدرة الكهربائية يهدف إلى تقليل الفاقد في الطاقة أثناء النقل، والذي يحدث عادة على شكل حرارة بسبب مقاومة الأسلاك. هذا التحسين له آثار إيجابية كبيرة على المجتمع والبيئة:
1. **خفض تكلفة الكهرباء:** بتقليل الفاقد في الطاقة، تحتاج محطات التوليد لإنتاج كمية أقل من الكهرباء لتلبية نفس الطلب، مما يقلل من تكاليف الإنتاج وينعكس على فواتير المستهلكين.
2. **تقليل استهلاك الوقود:** بما أن كمية أقل من الكهرباء تحتاج إلى إنتاج، يقل استهلاك الوقود الأحفوري في محطات التوليد.
3. **خفض التلوث:** تقليل حرق الوقود الأحفوري يؤدي إلى انبعاثات أقل من الغازات الدفيئة والملوثات الأخرى، مما يحسن جودة الهواء ويقلل من الأثر البيئي السلبي.
4. **رفع اعتمادية الشبكة:** خطوط النقل المحسنة تكون أكثر كفاءة وأقل عرضة للأعطال، مما يزيد من استقرار الشبكة الكهربائية ويقلل من احتمالية انقطاع التيار.
إذن الإجابة هي: **خفض تكلفة الكهرباء، وتقليل استهلاك الوقود، وخفض التلوث، ورفع اعتمادية الشبكة.**
سؤال 32: 32. الجهد لماذا يتم توصيل الطبّاخ الكهربائي وسخّان الماء الكهربائي بدائرة جهدها 220 V بدلاً من دائرة جهدها 127 V؟
الإجابة: س 32: لتقليل التيار $I = P/V$، مما يقلل الفقد الحراري $I^2R$
ويسمح باستخدام أسلاك أقل سمكاً.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
الأجهزة مثل الطباخ الكهربائي وسخان الماء تستهلك قدرة كهربائية عالية لإنتاج الحرارة المطلوبة. القدرة الكهربائية (P) مرتبطة بالجهد (V) والتيار (I) بالعلاقة: $P = V \times I$.
- **الخطوة 2 (التطبيق على الجهد):**
إذا كانت القدرة المطلوبة (P) ثابتة (وهي عالية لهذه الأجهزة)، فإن زيادة الجهد (V) تؤدي إلى تقليل التيار (I) المار في الدائرة، وذلك لأن $I = P/V$.
- **الخطوة 3 (النتائج المترتبة):**
1. **تقليل الفقد الحراري:** الفقد في الطاقة على شكل حرارة في الأسلاك (بسبب مقاومتها) يتناسب مع مربع التيار ($P_{\text{فقد}} = I^2R$). بتقليل التيار، يقل الفقد الحراري بشكل كبير، مما يزيد من كفاءة نقل الطاقة.
2. **استخدام أسلاك أقل سمكًا:** بما أن التيار أقل، يمكن استخدام أسلاك توصيل ذات مقطع عرضي أصغر (أقل سمكًا) دون أن ترتفع درجة حرارتها بشكل مفرط أو تتلف، وهذا يقلل من تكلفة التمديدات الكهربائية.
لذلك، يتم توصيل هذه الأجهزة بجهد 220 V بدلاً من 127 V **لتقليل التيار، مما يقلل الفقد الحراري ويسمح باستخدام أسلاك أقل سمكًا.**
سؤال 33: 33. التفكير الناقد عندما يرتفع معدل استهلاك القدرة الكهربائية تقوم شركات الكهرباء أحياناً بتقليل الجهد، مما يؤدي إلى خفوت الأضواء. ما الذي يبقى محفوظاً ولا يتغير؟
الإجابة: س 33: لأن المقاومة ثابتة تقريباً، فعند تقليل الجهد يقل التيار، وبالتالي تقل القدرة
$P = VI$ فتخفت الإضاءة.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
عندما نتحدث عن الأضواء والأجهزة الكهربائية، فإن المقاومة الكهربائية هي خاصية فيزيائية للجهاز نفسه (مثل فتيل المصباح). هذه المقاومة تبقى ثابتة تقريباً ما لم تتغير درجة حرارة الجهاز بشكل كبير جداً.
- **الخطوة 2 (التطبيق على انخفاض الجهد):**
عندما تقوم شركات الكهرباء بتقليل الجهد المطبق (V) على المنازل، فإن مقاومة المصباح (R) تبقى ثابتة تقريباً. وفقاً لقانون أوم ($I = V/R$)، فإن انخفاض الجهد (V) سيؤدي حتماً إلى انخفاض التيار الكهربائي (I) المار في المصباح.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
بما أن القدرة الكهربائية (P) التي يستهلكها المصباح تتناسب طردياً مع مربع الجهد ($P = V^2/R$) أو مع حاصل ضرب الجهد والتيار ($P = VI$)، فإن انخفاض الجهد وانخفاض التيار سيؤديان إلى انخفاض كبير في القدرة المستهلكة، وبالتالي تخفت الأضواء.
إذن، ما يبقى محفوظاً ولا يتغير بشكل كبير في هذه الحالة هو **المقاومة الكهربائية للمصباح (أو الجهاز).**