صفحة 54 - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

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

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: 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

مسألة تحفيز

نوع: محتوى تعليمي

الجلفانومتر جهاز يستخدم لقياس التيارات الكهربائية وفروق الجهد الصغيرة جداً، وعندما تكون قراءة الجلفانومتر في الدائرة المجاورة صفراً نقول إن الدائرة متزنة.

1

نوع: QUESTION_HOMEWORK

يقول زميلك في المختبر إن الطريقة الوحيدة لجعل الدائرة متزنة هي جعل جميع المقاومات متساوية. فهل هذا يجعل الدائرة متزنة؟ وهل هناك أكثر من طريقة لجعل الدائرة متزنة؟ وضح إجابتك.

نوع: محتوى تعليمي

تنبيه: تعامل مع الدائرة على أنها مُجزّئة جهد.

2

نوع: QUESTION_HOMEWORK

اشتق معادلة عامة لفئة مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟ ولماذا يكون ذلك ضرورياً؟ وكيف يمكن استخدامه عملياً؟

3

نوع: QUESTION_HOMEWORK

أي المقاومات يمكن أن نضع مكانها مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟

4

نوع: QUESTION_HOMEWORK

أي المقاومات يمكن أن نضع مكانها مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟

نوع: محتوى تعليمي

الدوائر الكهربائية المركبة

نوع: محتوى تعليمي

Combined Series–Parallel Circuits

نوع: محتوى تعليمي

هل لاحظت حدوث ضعف في إضاءة مصباح الحمام أو غرفة النوم عند تشغيل مجفف الشعر؟ يوصل كل من المصباح ومجفف الشعر على التوازي عبر مصدر جهد مقداره 120 V. ولا يجب أن يتغير التيار المار في المصباح عند تشغيل مجفف الشعر؛ بسبب توصيلهما على التوازي، لكن ضعف إضاءة المصباح يعني أن التيار قد تغير. ويحدث مثل هذا الضعف في الإضاءة لأن أسلاك التمديدات المنزلية لها مقاومة صغيرة. وكما هو موضح في الشكل 11-2 فإن هذه المقاومة موصولة على التوالي مع دائرة كهربائية مركبة. وتسمى الدائرة الكهربائية الآتية لتحليل مثل هذه الدوائر.

نوع: محتوى تعليمي

الشكل 11-2 تتصل المقاومة الصغيرة لأسلاك التمديدات الكهربائية على التوالي بالأجهزة الكهربائية الموصولة على التوازي في التوصيلات المنزلية.

🔍 عناصر مرئية

A circuit diagram showing a voltage source (V) connected in series with a resistor (R1). This combination is then connected in parallel with another branch containing a resistor (R2) and a galvanometer (A). A third branch contains resistors R4 and R5 in series, and this entire parallel combination is connected to R3.

A circuit diagram illustrating a 120 V voltage source connected in series with a small resistance (labeled 'مقاومة صغيرة من أسلاك التمديدات المنزلية'). This series combination is then connected in parallel with multiple other branches, each containing a resistor (representing household appliances).

📄 النص الكامل للصفحة

مسألة تحفيز الجلفانومتر جهاز يستخدم لقياس التيارات الكهربائية وفروق الجهد الصغيرة جداً، وعندما تكون قراءة الجلفانومتر في الدائرة المجاورة صفراً نقول إن الدائرة متزنة. --- SECTION: 1 --- يقول زميلك في المختبر إن الطريقة الوحيدة لجعل الدائرة متزنة هي جعل جميع المقاومات متساوية. فهل هذا يجعل الدائرة متزنة؟ وهل هناك أكثر من طريقة لجعل الدائرة متزنة؟ وضح إجابتك. تنبيه: تعامل مع الدائرة على أنها مُجزّئة جهد. --- SECTION: 2 --- اشتق معادلة عامة لفئة مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟ ولماذا يكون ذلك ضرورياً؟ وكيف يمكن استخدامه عملياً؟ --- SECTION: 3 --- أي المقاومات يمكن أن نضع مكانها مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟ --- SECTION: 4 --- أي المقاومات يمكن أن نضع مكانها مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟ الدوائر الكهربائية المركبة Combined Series–Parallel Circuits هل لاحظت حدوث ضعف في إضاءة مصباح الحمام أو غرفة النوم عند تشغيل مجفف الشعر؟ يوصل كل من المصباح ومجفف الشعر على التوازي عبر مصدر جهد مقداره 120 V. ولا يجب أن يتغير التيار المار في المصباح عند تشغيل مجفف الشعر؛ بسبب توصيلهما على التوازي، لكن ضعف إضاءة المصباح يعني أن التيار قد تغير. ويحدث مثل هذا الضعف في الإضاءة لأن أسلاك التمديدات المنزلية لها مقاومة صغيرة. وكما هو موضح في الشكل 11-2 فإن هذه المقاومة موصولة على التوالي مع دائرة كهربائية مركبة. وتسمى الدائرة الكهربائية الآتية لتحليل مثل هذه الدوائر. الشكل 11-2 تتصل المقاومة الصغيرة لأسلاك التمديدات الكهربائية على التوالي بالأجهزة الكهربائية الموصولة على التوازي في التوصيلات المنزلية. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: Untitled Description: A circuit diagram showing a voltage source (V) connected in series with a resistor (R1). This combination is then connected in parallel with another branch containing a resistor (R2) and a galvanometer (A). A third branch contains resistors R4 and R5 in series, and this entire parallel combination is connected to R3. Context: Illustrates a complex circuit with series and parallel components, relevant to questions about circuit analysis and resistance. **DIAGRAM**: Untitled Description: A circuit diagram illustrating a 120 V voltage source connected in series with a small resistance (labeled 'مقاومة صغيرة من أسلاك التمديدات المنزلية'). This series combination is then connected in parallel with multiple other branches, each containing a resistor (representing household appliances). Context: Shows a typical household electrical circuit with series resistance from wiring and parallel connections for appliances, explaining voltage drop and its effect on appliance performance.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 4

سؤال 1: يقول زميلك في المختبر إن الطريقة الوحيدة لجعل الدائرة متزنة هي جعل جميع المقاومات متساوية. فهل هذا يجعل الدائرة متزنة؟ وهل هناك أكثر من طريقة لجعل الدائرة متزنة؟ وضح إجابتك.

الإجابة: س1: نعم، إذا كانت جميع المقاومات متساوية فإن الدائرة تكون متزنة لأن النسب على الجانبين تصبح متساوية. لكن هذا ليس الشرط الوحيد، يمكن موازنة الدائرة بطرق كثيرة بشرط تحقق علاقة الاتزان.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لنفهم اتزان الدائرة (جسر وتستون)، يجب أن نتذكر أن شرط الاتزان هو تساوي نسبة المقاومات في جانبي الجسر. أي أن $\frac{R_2}{R_3} = \frac{R_4}{R_5}$ (باستخدام التسميات الشائعة للجسر).
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** إذا كانت جميع المقاومات متساوية (مثلاً $R_2 = R_3 = R_4 = R_5 = R$)، فإن النسبة على كل جانب ستكون $\frac{R}{R} = 1$. وبما أن $1 = 1$، فإن شرط الاتزان يتحقق. إذن، نعم، جعل جميع المقاومات متساوية يجعل الدائرة متزنة. ولكن، هل هذا هو الشرط الوحيد؟ لا. يمكن أن تكون المقاومات مختلفة القيم، طالما أن نسبة المقاومات على أحد جانبي الجسر تساوي نسبة المقاومات على الجانب الآخر. على سبيل المثال، إذا كانت $R_2 = 10 \Omega$ و $R_3 = 20 \Omega$ (النسبة 1/2)، فيمكن أن تكون $R_4 = 5 \Omega$ و $R_5 = 10 \Omega$ (النسبة 1/2 أيضاً)، وفي هذه الحالة تكون الدائرة متزنة رغم أن المقاومات ليست كلها متساوية.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، نعم، إذا كانت جميع المقاومات متساوية فإن الدائرة تكون متزنة. ولكن هذا ليس الشرط الوحيد، بل يمكن موازنة الدائرة بطرق كثيرة بشرط تحقق علاقة الاتزان وهي تساوي نسب المقاومات على جانبي الجسر.

سؤال 2: اشتق معادلة عامة لدائرة متزنة مستخدمًا التسميات المعطاة. تنبيه: تعامل مع الدائرة على أنها مجزئ جهد.

الإجابة: س2: عند الاتزان: $V_A = V_B$ $\frac{R_3}{R_2+R_3} = \frac{R_5}{R_4+R_5}$ $\Rightarrow R_2R_5 = R_3R_4$ $\Rightarrow \frac{R_2}{R_3} = \frac{R_4}{R_5}$

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المبدأ):** عندما تكون الدائرة متزنة، فإن فرق الجهد بين نقطتي الجسر (عادةً النقطتين الوسطيتين اللتين يوصل بينهما الجلفانومتر) يكون صفراً. هذا يعني أن الجهد عند النقطة A يساوي الجهد عند النقطة B ($V_A = V_B$) بالنسبة لنقطة مرجعية مشتركة (عادةً الطرف السالب للمصدر).
  2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون مجزئ الجهد لحساب الجهد عند النقطتين A و B. بافتراض أن الجسر موصول بمصدر جهد $V_{source}$: الجهد عند النقطة A ($V_A$) هو جزء من جهد المصدر عبر المقاومة $R_3$ في السلسلة $R_2, R_3$: $$V_A = V_{source} \times \frac{R_3}{R_2 + R_3}$$ الجهد عند النقطة B ($V_B$) هو جزء من جهد المصدر عبر المقاومة $R_5$ في السلسلة $R_4, R_5$: $$V_B = V_{source} \times \frac{R_5}{R_4 + R_5}$$
  3. **الخطوة 3 (الحل):** عند الاتزان، $V_A = V_B$. إذن: $$V_{source} \times \frac{R_3}{R_2 + R_3} = V_{source} \times \frac{R_5}{R_4 + R_5}$$ يمكننا إلغاء $V_{source}$ من الطرفين: $$\frac{R_3}{R_2 + R_3} = \frac{R_5}{R_4 + R_5}$$ لتبسيط هذه المعادلة، نضرب الطرفين في الوسطين: $$R_3 (R_4 + R_5) = R_5 (R_2 + R_3)$$ $$R_3R_4 + R_3R_5 = R_5R_2 + R_5R_3$$ نطرح $R_3R_5$ من الطرفين: $$R_3R_4 = R_5R_2$$ يمكن إعادة ترتيب هذه المعادلة لتظهر كنسبة: $$\frac{R_2}{R_3} = \frac{R_4}{R_5}$$
  4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن، المعادلة العامة لدائرة متزنة هي: **$R_2R_5 = R_3R_4$** أو بصيغة النسبة: **$\frac{R_2}{R_3} = \frac{R_4}{R_5}$**

سؤال 3: أي المقاومات يمكن أن نضع مكانها مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة في ضبط الدائرة وموازنتها؟

الإجابة: س3: يمكن استبدال أي واحدة من مقاومات الجسر $R_2$ أو $R_3$ أو $R_4$ أو $R_5$ بمقاومة متغيرة؛ لأن تغيير أي منها يغير النسبة لتحقيق الاتزان.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** شرط اتزان جسر وتستون يعتمد على تساوي نسب المقاومات في أذرع الجسر، أي $\frac{R_2}{R_3} = \frac{R_4}{R_5}$. لضبط الدائرة وموازنتها، نحتاج إلى تغيير قيمة إحدى هذه المقاومات لتحقيق هذه النسبة.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** أي مقاومة من المقاومات الأربع التي تشكل أذرع الجسر ($R_2$, $R_3$, $R_4$, أو $R_5$) يمكن أن تكون مقاومة متغيرة. بتغيير قيمة أي منها، يمكننا تعديل النسبة حتى تتحقق حالة الاتزان (حيث يصبح التيار عبر الجلفانومتر صفراً).
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، يمكن استبدال أي واحدة من مقاومات الجسر **$R_2$ أو $R_3$ أو $R_4$ أو $R_5$** بمقاومة متغيرة؛ لأن تغيير أي منها يغير النسبة ويسمح بتحقيق الاتزان.

سؤال 4: أي المقاومات يمكن أن نضع مكانها مقاومة متغيرة لكي تستخدم أداة تحكم وضبط حساسة؟ ولماذا يكون ذلك ضروريًا؟ وكيف يمكن استخدامه عمليًا؟

الإجابة: س4: الأنسب جعل $R_1$ مقاومة متغيرة؛ لأنها تتحكم في التيار الكلي وحساسية الجلفانومتر دون تغيير شرط الاتزان، مما يحمي الجهاز ويسمح بضبط أدق.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** عند استخدام جسر وتستون لقياس مقاومة مجهولة، نحتاج إلى ضبط دقيق وحماية للجهاز (الجلفانومتر). المقاومات $R_2, R_3, R_4, R_5$ هي التي تحدد شرط الاتزان. أما المقاومة $R_1$ (إن وجدت) فهي عادةً مقاومة موصولة على التوالي مع مصدر الجهد قبل أن يتفرع إلى الجسر.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** إذا جعلنا المقاومة $R_1$ مقاومة متغيرة، فإنها ستتحكم في التيار الكلي المار في الدائرة قبل أن يصل إلى الجسر. هذا التيار الكلي يؤثر على حساسية الجلفانومتر (كلما زاد التيار، زادت حساسية الجلفانومتر للانحراف). الأهم من ذلك، أن تغيير $R_1$ لا يغير شرط الاتزان نفسه (النسبة $\frac{R_2}{R_3} = \frac{R_4}{R_5}$)، ولكنه يتحكم في مقدار التيار الذي يمر عبر الجلفانومتر عندما تكون الدائرة غير متزنة. هذا يسمح بحماية الجلفانومتر من التيارات العالية التي قد تتلفه، ويسمح بضبط حساسيته للحصول على قراءة أدق عند الاقتراب من نقطة الاتزان.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** الأنسب هو جعل **$R_1$** (المقاومة الموصولة على التوالي مع مصدر الجهد) مقاومة متغيرة. هذا ضروري لأنها تتحكم في التيار الكلي وحساسية الجلفانومتر دون تغيير شرط الاتزان. عمليًا، يمكن استخدامها لتقليل التيار في البداية لحماية الجلفانومتر، ثم زيادته تدريجيًا عند الاقتراب من الاتزان للحصول على قراءة أدق.