الفكرة الأساسية
في الدوائر الكهربائية لا يكفي أن نعرف أن المصباح يضيء أو لا يضيء؛ نحتاج أحيانًا إلى قياس التيار وفرق الجهد. هنا نستخدم جهازين أساسيين: الأميتر والفولتميتر.
الأميتر يقيس شدة التيار الكهربائي، أما الفولتميتر فيقيس فرق الجهد بين نقطتين.
ما الأميتر؟
الأميتر جهاز يستخدم لقياس التيار الكهربائي، ووحدته الأمبير \( A \). لكي يقيس التيار المار في عنصر معين، يجب أن يمر التيار نفسه داخل الأميتر، لذلك يوصل الأميتر على التوالي مع العنصر المراد قياس تياره.
مثال: إذا أردنا قياس التيار في مصباح، نقطع المسار ونضع الأميتر ضمن المسار نفسه بحيث يمر التيار خلال المصباح والأميتر معًا.
لماذا يوصل الأميتر على التوالي؟
لأن العناصر المتصلة على التوالي يمر فيها التيار نفسه. فإذا وصلنا الأميتر على التوازي خطأً، قد يمر فيه تيار كبير جدًا بسبب مقاومته الصغيرة، وهذا قد يسبب تلف الجهاز أو يعطي قراءة غير صحيحة.
المقاومة الداخلية للأميتر
الأميتر المثالي مقاومته تساوي صفرًا تقريبًا. والسبب أن الجهاز يجب ألا يغير التيار الأصلي في الدائرة. عمليًا يمتلك الأميتر مقاومة صغيرة جدًا، وكلما كانت أصغر كان تأثيره أقل.
ما الفولتميتر؟
الفولتميتر جهاز يستخدم لقياس فرق الجهد بين نقطتين، ووحدته الفولت \( V \). لذلك يجب توصيله على طرفي العنصر المراد قياس فرق الجهد عليه، أي على التوازي معه.
مثال: لقياس فرق الجهد على مقاومة، نوصل طرفي الفولتميتر على طرفي المقاومة دون قطع مسار التيار.
لماذا يوصل الفولتميتر على التوازي؟
لأن العناصر المتصلة على التوازي يكون بينها فرق الجهد نفسه. فإذا وصلنا الفولتميتر على التوالي خطأً، فإنه يضيف مقاومة كبيرة إلى الدائرة وقد يضعف التيار جدًا أو يغير سلوك الدائرة.
المقاومة الداخلية للفولتميتر
الفولتميتر المثالي مقاومته كبيرة جدًا، ويفضل أن تكون لا نهائية تقريبًا. والسبب أنه لا ينبغي أن يسحب تيارًا ملحوظًا من الدائرة عند القياس. عمليًا تكون مقاومة الفولتميتر كبيرة جدًا.
مقارنة سريعة
| الجهاز | يقيس | وحدة القياس | طريقة التوصيل | المقاومة الداخلية المثالية |
|---|---|---|---|---|
| الأميتر | التيار | الأمبير | على التوالي | صغيرة جدًا |
| الفولتميتر | فرق الجهد | الفولت | على التوازي | كبيرة جدًا |
مثال تطبيقي
دائرة تحتوي بطارية ومصباحًا. إذا أردنا قياس التيار المار في المصباح، نضع الأميتر على التوالي مع المصباح. وإذا أردنا قياس فرق الجهد على المصباح، نضع الفولتميتر على طرفي المصباح.
إذا كانت قراءة الأميتر \( 0.5 A \) وقراءة الفولتميتر على المصباح \( 6 V \)، فإن قدرة المصباح:
\( P = VI \)
\( P = 6 \times 0.5 = 3 W \)
مثال على خطأ شائع
طالب وصل الأميتر على التوازي مع مصباح. هذا خطأ خطير لأن الأميتر مقاومته صغيرة جدًا، فيصبح كأنه مسار سهل جدًا للتيار، وقد يحدث شبه قصر في الدائرة. الحل الصحيح هو وصله على التوالي.
كيف تختار مدى القياس؟
في الأجهزة متعددة القياس، يفضل البدء بمدى قياس كبير ثم تقليله تدريجيًا للحصول على قراءة أدق. البدء بمدى صغير جدًا قد يسبب تجاوز الحد المسموح للجهاز.
أخطاء شائعة
- توصيل الأميتر على التوازي.
- توصيل الفولتميتر على التوالي.
- نسيان تحويل الملي أمبير إلى أمبير عند الحساب.
- قراءة الجهاز دون الانتباه إلى مدى القياس المستخدم.
- الخلط بين التيار وفرق الجهد لأنهما يظهران معًا في مسائل الدوائر.
خلاصة
الأميتر يقيس التيار ويوصل على التوالي لأن التيار نفسه يمر في عناصر التوالي. الفولتميتر يقيس فرق الجهد ويوصل على التوازي لأن فرق الجهد نفسه يكون على العناصر المتوازية. هذه قاعدة ذهبية في الكهرباء: الأميتر يدخل في الطريق، والفولتميتر يقف على الطرفين ويراقب.
