كويز تفاعلي: Physics Inspire Grade 12 General انسباير وفق الهيكل

في نموذج النهر لتمثيل الدائرة الكهربائية، المسافة التي يهبطها النهر من قمة الجبل إلى السهل تُمثل فرق الجهد الكهربائي، وهو القوة الدافعة التي تدفع التيار.

في نموذج دورة الماء النهرية، تُشكل الشمس مصدر الطاقة الذي يرفع الماء إلى الأعلى (التبخر)، تمامًا كما تُشكل البطارية أو المولد مصدر الطاقة الذي يرفع الشحنات الكهربائية إلى جهد أعلى في الدائرة الكهربائية.

في الدائرة المتسلسلة (كما في النهر المتدفق)، الشحنات الكهربائية (أو كمية الماء) لا تختفي بل تظل ثابتة في أي نقطة في المسار، وهذا يمثل مبدأ حفظ الشحنة.

في الدائرة المتسلسلة، التيار الكهربائي يكون متساويًا في جميع أجزاء الدائرة، لأن هناك مسارًا واحدًا فقط لتدفق الشحنات. لذا، ستعرض جميع أجهزة الأميتر نفس القيمة.

تُعرّف الدائرة المتسلسلة بأنها الدائرة التي توفر مسارًا واحدًا فقط لتدفق التيار الكهربائي، مما يعني أن التيار متساوٍ في جميع أجزائها.

في الدائرة المتسلسلة، يوجد مسار واحد فقط للتيار. إذا انقطع هذا المسار في أي نقطة، يتوقف تدفق التيار تمامًا في الدائرة بأكملها.

لحساب المقاومة المكافئة لدائرة متسلسلة، نجمع قيم المقاومات الفردية:
$R_{eq} = 4.0\ \Omega + 5.0\ \Omega + 7.0\ \Omega + 2.0\ \Omega = 18.0\ \Omega$. التيار الكلي في الدائرة هو $I = V / R_{eq} = 9.0\V / 18.0\ \Omega = 0.5\A$. الخيار الموجود في القائمة يشير إلى المقاومة المكافئة.

في الدائرة المتسلسلة، الجهد الكلي (جهد المصدر) يساوي مجموع فروق الجهد عبر كل مقاومة.
$V_{total} = V_1 + V_2 = 5.50\V + 6.90\V = 12.40\V$.

في الدائرة المتسلسلة، المقاومة المكافئة هي مجموع المقاومات الفردية:
$R_{eq} = R_1 + R_2 = 22\ \Omega + 4.5\ \Omega = 26.5\ \Omega$.

باستخدام قانون أوم، التيار الكلي في الدائرة هو
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{45\V}{26.5\ \Omega} \approx 1.698\A$.
بالتقريب، يكون التيار $1.7\A$.

باستخدام قانون أوم، يتم حساب فرق الجهد عبر كل مقاومة:
$\Delta V_1 = I \times R_1 = 1.698\A \times 22\ \Omega \approx 37.36\V$.
$\Delta V_2 = I \times R_2 = 1.698\A \times 4.5\ \Omega \approx 7.64\V$.
الخيار الأقرب هو $\Delta V_1 = 37.4\V, \Delta V_2 = 7.7\V$.

في الدائرة المتسلسلة الموضحة في الرسم، المقاومة المكافئة هي مجموع المقاومتين $R_1 = 35\ \Omega$ و $R_2 = 15\ \Omega$.
$R_{eq} = 35\ \Omega + 15\ \Omega = 50\ \Omega$.

باستخدام قانون أوم، قراءة الأميتر (التيار الكلي) هي
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{10.0\V}{50\ \Omega} = 0.2\A$.

قراءة الفولتميتر 1 هي فرق الجهد عبر المقاومة R₁.
باستخدام قانون أوم:
$\Delta V_1 = I \times R_1 = 0.2\A \times 35\ \Omega = 7\V$.

قراءة الفولتميتر 2 هي فرق الجهد عبر المقاومة R₂.
باستخدام قانون أوم:
$\Delta V_2 = I \times R_2 = 0.2\A \times 15\ \Omega = 3\V$.

الطاقة التي توفرها البطارية في الدقيقة تُحسب من العلاقة E = P × t.
أولًا، نحسب القدرة: $P = V \times I = 10.0\V \times 0.2\A = 2\W$.
ثم نحسب الطاقة خلال دقيقة (60 ثانية): $E = 2\W \times 60\s = 120\J$.

في الدائرة المتسلسلة، تُحسب المقاومة المكافئة بجمع قيم المقاومات الفردية:
$R_{eq} = 5\ \Omega + 15\ \Omega + 12\ \Omega = 32\ \Omega$.

باستخدام قانون أوم، يُحسب التيار الكلي في الدائرة من العلاقة:
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{75\V}{32\ \Omega} \approx 2.34375\A$.
بالتقريب، يكون التيار $2.34\A$.

أولًا، نحسب المقاومة المكافئة الكلية للدائرة المتسلسلة:
$R_{eq} = \frac{V}{I} = \frac{117\V}{0.06\A} = 1950\ \Omega$.
بما أن المصابيح العشرة متطابقة وموصلة على التوالي، فإن مقاومة المصباح الواحد هي:
$R_{lamp} = \frac{R_{eq}}{10} = \frac{1950\ \Omega}{10} = 195\ \Omega$.
أقرب خيار هو $2.0 \times 10^2\ \Omega$ أو $200\ \Omega$.

عند إضافة مقاومة إضافية في دائرة متسلسلة، تزداد المقاومة الكلية المكافئة للدائرة (R_eq). ووفقًا لقانون أوم (I = V/R_eq)، فإن زيادة المقاومة الكلية تؤدي إلى انخفاض التيار الكلي المار في الدائرة، بافتراض ثبات جهد المصدر.

أولًا، نحسب المقاومة المكافئة الكلية: $R_{eq} = 12\ \Omega + 15\ \Omega + 5\ \Omega = 32\ \Omega$.
ثم نحسب التيار الكلي في الدائرة: $I = \frac{V_{total}}{R_{eq}} = \frac{75\V}{32\ \Omega} \approx 2.34375\A$.
الآن نحسب فرق الجهد عبر كل مقاومة:
$V_1 = I \times R_1 = 2.34375\A \times 12\ \Omega \approx 28.13\V$.
$V_2 = I \times R_2 = 2.34375\A \times 15\ \Omega \approx 35.16\V$.
$V_3 = I \times R_3 = 2.34375\A \times 5\ \Omega \approx 11.72\V$.
مجموع فروق الجهد: $28.13 + 35.16 + 11.72 = 75.01\V$ (بالتقريب $75\V$).
الخيار (ب) هو الأقرب لهذه القيم.

في الدائرة المتسلسلة، التيار هو نفسه عبر كل مقاومة. يمكن حسابه باستخدام قانون أوم من قيم المقاومة R₁ وفرق الجهد عبرها $\Delta V_1$:
$I = \frac{\Delta V_1}{R_1} = \frac{17\V}{255\ \Omega} \approx 0.06666...\A$.
بالتقريب، يكون التيار $0.0667\A$.

لحساب جهد البطارية، نجمع المقاومتين أولاً للحصول على المقاومة المكافئة:
$R_{eq} = R_1 + R_2 = 255\ \Omega + 290\ \Omega = 545\ \Omega$.
ثم نستخدم قانون أوم مع التيار الكلي الذي تم حسابه في الجزء السابق ($I \approx 0.06666\A$):
$V_{battery} = I \times R_{eq} = 0.06666\A \times 545\ \Omega \approx 36.33\V$.
الخيار الأقرب هو $36.4\V$.

في الدائرة المتسلسلة، مجموع فروق الجهد عبر المقاومات يساوي جهد البطارية الكلي.
V_total = V₁ + V₂ + V₃
$12\V = 1.2\V + 3.3\V + V_3$
$12\V = 4.5\V + V_3$
$V_3 = 12\V - 4.5\V = 7.5\V$.

في الدائرة المتسلسلة، المقاومة المكافئة هي مجموع المقاومات الفردية:
$R_{eq} = R_1 + R_2 = 22\ \Omega + 33\ \Omega = 55\ \Omega$.

باستخدام قانون أوم، التيار الكلي في الدائرة هو
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{120\V}{55\ \Omega} \approx 2.1818\A$.
بالتقريب، يكون التيار $2.2\A$.

لحساب فرق الجهد عبر كل مقاومة، نستخدم قانون أوم (V = I × R):
$\Delta V_1 = I \times R_1 = 2.1818\A \times 22\ \Omega \approx 48.0\V$.
$\Delta V_2 = I \times R_2 = 2.1818\A \times 33\ \Omega \approx 72.0\V$.
مجموع فروق الجهد $48\V + 72\V = 120\V$، وهو جهد البطارية.

في الدائرة المتسلسلة، المقاومة المكافئة هي مجموع المقاومات الفردية:
$R_{eq} = 3.3\K\Omega + 4.7\K\Omega + 3.9\K\Omega = 11.9\K\Omega$.

باستخدام قانون أوم، التيار الكلي في الدائرة هو
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{12\V}{11900\ \Omega} \approx 0.0010084\A$.
بالتقريب، يكون التيار $1.0 \times 10^{-3}\A$.

من خصائص الدائرة المتسلسلة أن التيار الكهربائي يتدفق في مسار واحد فقط، وبالتالي تكون قيمة التيار متساوية في جميع أجزاء الدائرة.