المناهج

حل فيزياء 3 الفصل السابع الكهرباء التيارية مقررات

فهرس المقاله

إذا مر تيار كهربائي مقداره 0.50 A في مصباح كهربائي فرق الجهد بين طرفيه 125 V  فما المعدل الزمني لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية  افترض أن كفاءة المصباح 100%

الحل :

تولد تيار مقداره 2.0 A في مصباح متصل ببطارية سيارة ما مقدار القدرة المستهلكة في المصباح إذا كان فرق الجهد عليه 12 V

الحل :

ما مقدار التيار الكهربائي المار في مصباح قدرته 75 W متصل بمصدر جهد مقداره 125 V

الحل :

يمر تيار كهربائي مقداره 210 A في جهاز بدء التشغيل في محرك سيارة  فغذا كان فرق الجهد بين قطبي البطارية 12 V فما مقدار الطاقة الكهربائية التي تصل إلى جهاز بدء التشغيل خلال 10.0 s

الحل :

مصباح كهربائي كتب عليه 0.90 W  إذا كان فرق الجهد بين طرفيه 3.0 V  فما مقدار شدة التيار المار فيه

الحل :

إذا وصل محرك بمصدر جهد  وكانت مقاومة المحرك في أثناء تشغيله 33 Ω  ومقدار التيار المار في تلك الدائرة 3.8 A  فما مقدار جهد المصدر

الحل :

يمر تيار مقداره 2.0×10-4A في مجس عند تشغيله ببطارية جهدها 3.0 V  ما مقدار مقاومة  دائرة جهاز المجس

 

الحل :

يسحب مصباح تيارا مقداره 0.50 A عند توصيله بمصدر جهد مقداره 120 V احسب مقدار

مقاومة المصباح

القدرة الكهربائية المستهلكة في المصباح

الحل :

وصل مصباح كتب عليه 75 W بمصدر جهد 125 V  احسب مقدار

التيار المار في المصباح

مقاومة المصباح

الحل :

في المسألة السابقة  إذا أضيفت مقاومة للمصباح لتقليل التيار المار فيه إلى نصف قيمته الأصلية  فما مقدار

فرق الجهد بين طرفي المصباح

المقاومة التي أضيفت إلى الدائرة

القدرة الكهربائية التي يستهلكها المصباح الآن

الحل :

ارسم رسما تخطيطيا لدائرة توال  تحتوي على بطارية فرق الجهد بين طرفيها 60.0 V و أميتر  ومقاومة مقدارها 12.2Ω وأوجد قراءة الأميتر  وحدد اتجاه التيار

الحل :

 

أضف فولتمتر إلى الرسم التخطيطي للدائرة الكهربائية في المسألة السابقة لقياس فرق الجهد بين طرفي المقاومتين  ثم أعد حلها

الحل :

ارسم دائرة على ان تستخدم بطارية ومصباحا ومفتاحا كهربائيا ومقاومة متغيرة لتعديل سطوع المصباح

الحل :

 رسم تخطيطي ارسم رسما تخطيطيا لدائرة كهربائية تحتوي على بطارية ومصباح كهربائي ، وتأكد من أن المصباح الكهربائي سيضىء في هذه الدائرة

الحل :

المقاومة الكهربائية يدعي طارق أن المقاومة ستزداد بزيادة فرق الجهد  وذلك لأنR=V/I فهل ما يدعيه طارق صحيح  فسر ذلك .

الحل :

لا ، تعتمد المقاومة على الجهاز  لذا  فعند زيادة الجهد V يزداد التيار I أيضا

المقاومة الكهربائية إذا أردت قياس مقاومة سلك طويل فبين كيف تركب دائرة كهربائية باستخدام بطارية وفولتمتر و أميتر والسلك الذي تريد قياس مقاومته  حدد ما الذي ستقيسه  وبين كيف تحسب المقاومة

الحل :

أقيس التيار المار في السلك وفرق الجهد بين طرفيه ، ثم أقسم فرق الجهد على التيار لتحصل على مقاومة السلك

القدرة تتصل دائرة كهربائية مقاومتها12 Ωببطارية جهدها 12 V  حدد التغير في القدرة إذا قلت المقاومة إلى 9.0 Ω

الحل :

الطاقة تحول دائرة كهربائية طاقة مقدارها2.2×103J عندما تشغل ثلاث دقائق . حدد مقدار الطاقة التي ستحولها عندما تشغل مدة ساعة واحدة

الحل :

التفكير الناقد نقول إن القدرة تستهلك وتستنفد في مقاومة  والاستنفاد يعني الاستخدام  أو الضياع فما ( الاستخدام ) عند مرور شحنات في مقاومة كهربائية

الحل :

تتناقص طاقة الوضع الكهربائية للشحنات عند مرورها خلال المقاومة  ويستخدم هذا النقص في طاقة الوضع في توليد حرارة فيها

يعمل سخان كهربائي مقاومته 15 Ω  على فرق جهد مقداره 120 V  احسب مقدار

التيار المار في مقاومة السخان

الطاقة المستهلكة في مقاومة السخان خلال 30.0 s

الطاقة الحرارية الناتجة في هذه المادة

الحل :


الطاقة الحرارية الناتجة 2.9 x 104 J ، لأن الطاقة الكهربائية تتحول في السخان إلى طاقة حرارية

إذا وصلت مقاومة مقدارها39 Ω ببطارية جهدها 45 V فاحسب مقدار

التيار المار في الدائرة

الطاقة المستهلكة في المقاومة خلال 5.0 min

الحل :

مصباح كهربائي قدرته100.0 W، وكفاءته 22 % فقط من الطاقة الكهربائية تتحول إلى طاقة ضوئية

ما مقدار الطاقة الحرارية التي ينتجها المصباح الكهربائي كل دقيقة

ما مقدار الطاقة التي يحولها المصباح إلى ضوء كل دقيقة في أثناء إضاءته

الحل :

 

تبلغ مقاومة عنصر التسخين في طباخ كهربائي عند درجة حرارة تشغيله11 Ω

إذا تم توصيل الطباخ بمصدر جهد مقداره 220 V فما مقدار التيار الكهربائي المار في عنصر التسخين

ما مقدار الطاقة التي يحولها هذا العنصر إلى طاقة حرارية خلال 30.0 s

استخدم العنصر في تسخين غلاية تحتوي على 1.20 kg من الماء  افترض أن الماء امتص 65 % من الحرارة الناتجة  فما مقدار الارتفاع في درجة حرارته خلال 30.0 s

الحل :


 

استغرق سخان ماء كهربائي جهده120 V زمنا مقداره 2.2 h لتسخين حجم معين من الماء إلى درجة الحرارة المطلوبة  احسب المدة اللازمة لإنجاز المهمة نفسها  وذلك باستخدام سخان آخر جهده 240 V مع بقاء التيار نفسه

الحل :

 يمر جهد كهربائي مقداره 15.0 A في مدفأة بمتوسط 5.0 h يوميا فاحسب

مقدار القدرة التي تستهلكها المدفأة

مقدار الطاقة المستهلكة في 30 يوما بوحدة K W h

تكلفة تشغيلها مدة 30 يوما إذا كان ثمن الكيلوواط  ساعة 0.12 ريال

الحل :

تبلغ مقاومة ساعة رقمية12000 Ω وهي موصلة بمصدر فرق جهد مقداره 115 V  احسب

مقدار التيار الذي يمر فيها

مقدار القدرة الكهربائية التي تستهلكها الساعة

تكلفة تشغيل الساعة 30 يوما ، إذا كان ثمن الكيلو واط. ساعة 0.12 ريال

الحل :


تنتج بطارية سيارة تيارا مقداره55 Aلمدة 1.0h  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 ان فرق جهد الشحن هو نفسه فرق جهد التفريغ

الحل :

الطاقة يشغل محرك السيارة المولد الكهربائي  الذي يولد بدوره التيار الكهربائي اللازم لعمل السيارة  ويخزن شحنات كهربائية في بطارية السيارة وتستخدم المصابيح الرئيسية في السيارة الشحنة الكهربائية المختزنة في بطارية السيارة  جهز قائمة بأشكال الطاقة في العمليات السابقة

الحل :

تتحول الطاقة الميكانيكية من المحرك إلى طاقة كهربائية في المولد  وتختزن الطاقة الكهربائية على شكل طاقة كيميائية في البطارية  وتتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية في البطارية  وتتحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وطاقة حرارية في المصابيح الرئيسية

المقاومة الكهربائية يتم تشغيل مجفف الشعر بوصله بمصدر جهد120 V ويكون فيه خياران  حار ودافئ  في أي الخيارين تكون المقاومة أصغر  و لماذا

الحل :

يستهلك مجفف الشعر عند ضبطه على الساخن قدرة أكبر من الطاقة حيث أن P=IV  والجهد ثابت لذا يكون التيار المار فيه أكبر  ولأن I= V/R  فإن المقاومة تكون أقل

القدرة حدد مقدار التغير في دائرة كهربائية إذا قل الجهد المطبق إلى النصف

الحل :

الكفاءة قوم أثر البحث لتحسين خطوط نقل القدرة الكهربائية في المجتمع والبيئة

الحل :

بعض الفوائد المحتملة  تقليل تكلفة الكهرباء المستهلكة  وكلما قلت القدرة المفقودة خلال خطوط النقل قل استهلاك الفحم وغيره من المصادر الأخرى المستخدمة لتوليد القدرة الكهربائية  والذي من شأنه تحسين البيئة

الجهد لماذا يتم توصيل الطباخ الكهربائي وسخان الماء الكهربائي بدائرة جهدها240 Vبدلا من دائرة جهدها 120 V

الحل :

يقل التيار إلى النصف عند مضاعفة الجهد للقدرة نفسها  وستقل خسارة I2R في شبكة أسلاك الدائرة الكهربائية بشكل كبير  لأن تلك خسارة تتناسب طرديا مع مربع التيار

 أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : الواط ، التيار ، المقاومة

الحل :

 

عرف وحدة قياس التيار الكهربائي بدلالة الوحدات الأساسيةMKS

الحل :

1 A = 1C / 1s

ارجع إلى الشكل التالي للإجابة عن الأسئلة 36-39

كيف يجب وصل فولتمتر في الشكل لقياس جهد المحرك

الحل :

يوصل القطب الموجب للفولتمتر مع قطب الذراع اليسرى للمحرك  ويوصل القطب السالب للفولتمتر مع قطب الذراع اليمنى للمحرك

كيف يجب وصل أميتر في الشكل لقياس تيار المحرك

الحل :

افتح الدائرة بين البطارية والمحرك  ثم وصل القطب الموجب للأميتر مع الطرف الموجب لمكان فتح الدائرة ( الطرف الموصل مع القطب الموجب للبطارية ) وصل القطب السالب للأميتر مع الطرف السالب ( الطرف الأقرب إلى المحرك )

ما اتجاه التيار الاصطلاحي في المحرك

الحل :

من اليسار إلى اليمين خلال المحرك

ما رقم الأداة التي

تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية

تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كهربائية

تعمل على فتح الدائرة و إغلاقها

تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية

الحل :

4

1

2

3

صف تحولات الطاقة التي تحدث في الأدوات التالية

مصباح كهربائي متوهج

مجففة ملابس

مذياع رقمي مزود بساعة

الحل :

تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية وضوء

تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية وطاقة حركية

تتحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وصوت

أي السلكين يوصل الكهرباء بمقاومة أقل : سلك مساحة مقطعه العرضي كبيرة ، أم سلك مساحة مقطعه العرضي صغيرة

الحل :

للسلك ذي المقطع العرضي الأكبر مقاومة أقل ، لأن هناك عددا أكبر من الإلكترونات لحمل الشحنة

لماذا يكون عدد المصابيح التي تحترق لحظة إضاءتها أكبر كثيرا من عدد المصابيح التي تحترق وهي مضاءة

الحل :

تسمح المقاومة القليلة للفتيلة الباردة بمرور تيار كبير في البداية ومن ثم يحدث تغير كبير في درجة حرارتها مما يؤدي إلى تعرض الفتيلة لإجهاد كبير وزيادة مقاومتها

عند عمل دائرة قصر لبطارية بوصل طرفي سلك نحاسي بقطبي البطارية ترتفع درجة حرارة السلك . فسر لماذا يحدث ذلك

الحل :

تولد دائرة القصر تيارا كبيرا مما يسبب تصادم عدد أكبر من الإلكترونات مع ذرات السلك وهذا يؤدي إلى رفع الطاقة الحركية للذرات وكذلك رفع درجة حرارة السلك

ما الكميات الكهربائية التي يجب المحافظة على مقاديرها قليلة عند نقل الطاقة الكهربائية مسافات طويلة بصورة اقتصادية

الحل :

مقاومة السلك والتيار المار فيه

عرف وحدة القدرة الكهربائية بدلالة الوحدات الأساسيةMKS

الحل :

خطوط القدرة لماذا تستطيع الطيور الوقوف على خطوط الجهد المرتفع دون أن تتعرض لصدمة كهربائية

الحل :

لا يوجد فرق جهد على امتداد السلك ، لذا لا يمر تيار كهربائي خلال جسم الطائر

صف طريقتين لزيادة التيار في دائرة كهربائية

الحل :

إما بزيادة الجهد أو بتقليل المقاومة

المصابيح الكهربائية يعمل مصباحان كهربائيان في دائرة جهدها120 V إذا كانت قدرة أحدهما 50 W والآخر 100 W ، فأي المصباحين مقاومته أكبر وضح إجابتك

الحل :

إذا ثبت فرق الجهد في دائرة كهربائية وتم مضاعفة مقدار المقاومة  فما تأثير ذلك في تيار الدائرة

الحل :

إذا تضاعفت المقاومة فإن التيار سيقل إلى النصف

ما تأثير مضاعفة كل من الجهد والمقاومة في تيار دائرة كهربائية  وضح إجابتك

الحل :

لا تأثير ، لأن V= IR  لأن I=V/R  فإذا تضاعف كل من الجهد والقاومة فإن التيار لا يتغير

قانون أوم وجدت سارة أداة تشبه مقاومة . عندما وصلت هذه الأداة ببطارية جهدها1.5 Vمر فيها تيار مقدارها 45x 10-6 A فقط ولكن عندما استخدمت بطارية جهدها 3.0 V مر فيها تيار مقداره 25×10-3 A  فهل تحقق هذه الأداة قانون أوم

الحل :

سلكان أحدهما مقاومته كبيرة والآخر مقاومته صغيرة إذا وصل كل منهما بقطبي بطارية جهدها60 V فأي السلكين ينتج طاقة بمعدل أكبر  ولماذا

الحل :

السلك الذي له أقل مقاومة  لأن P = V2 /R  فالمقاومة  Rالأقل تولد قدرة P أكبر تتبدد في السلك  حيث يولد طاقة حرارية بمعدل اكبر

 

وصل محرك ببطارية جهدها12Vكمت هو موضح في الشكل التالي . احسب مقدار

القدرة التي تصل إلى المحرك

الطاقة المحولة إذا تم تشغيل المحرك 15 min

الحل :

 

يمر تيار كهربائي مقداره0.50 Aفي مصباح متصل بمصدر جهد 120 V ، احسب مقدار

القدرة الواصلة

الطاقة التي يتم تحويلها خلال 5.0 min

الحل :

 

 

مجففات الملابس وصلت مجففة ملابس قدرتها4200 Wبدائرة كهربائية جهدها 220 V  احسب مقدار التيار المار فيها

الحل :

 

ارجع إلى الشكل التالي للغجابة عن الأسئلة التالية

ما قراءة الأميتر

ما قراءة الفولتمتر

ما مقدار القدرة الواصلة إلى المقاومة

ما مقدار الطاقة التي تصل إلى المقاومة كل ساعة

الحل :

 

 

27V

 

المصابيح اليدوية إذا وصل مصباح يدوي بفرق جهد3.0 V فمر فيه تيار مقداره 1.5 A

فما معدل الطاقة الكهربائية المستهلكة في المصباح

ما مقدار الطاقة الكهربائية التي يحولها المصباح خلال 11 min

الحل :

 

ارسم رسما تخطيطيا لدائرة توال كهربائية تحتوي مقاومة مقدارها16 Ω وبطارية مع أميتر قراءته 1.75 A  حدد كلا من الطرف الموجب للبطارية وجهدها  والطرف الموجب للأميتر  واتجاه التيار الاصطلاحي

الحل :

يمر تيار كهربائي مقداره66 mAفي مصباح عند توصيله ببطارية جهدها 6.0 V  ويمر فيه تيار مقداره 75 mA عند استخدام بطارية جهدها 9.0 V أجب عن الأسئلة التالية

هل يحقق المصباح قانون أوم

ما مقدار القدرة المستنفدة في المصباح عند توصيله ببطارية  6.0 V

ما مقدار القدرة المستنفدة في المصباح عند توصيله ببطارية 9.0 V

الحل :

لا يحقق ، لأن يزداد الجهد بمعدل مقداره 9.0/6.0 = 1.5 في حين يزداد التيار بمعامل مقداره 75/66 = 1.1

 

 

يمر تيار مقداره0.40 Aفي مصباح موصول بمصدر جهد 120 V ، أجب عما يلي

ما مقدار مقاومة المصباح في أثناء إضاءته

تصبح مقاومة المصباح عندما يبرد 1/5 مقاومته عندما يكون ساخنا  ما مقدار مقاومة المصباح وهو بارد

ما مقدار التيار المار في المصباح لحظة إضاءته من خلال وصله بفرق جهد 120 V

الحل :

 

المصابيح الكهربائية ما مقدار الطاقة المستنفدة في مصباح قدرته60.0 W خلال نصف ساعة  وإذا حول المصباح 12% من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية فما مقدار الطاقة الحرارية التي يولدها خلال نصف ساعة

الحل :

يمثل الرسم البياني في الشكل التالي العلاقة بين فرق الجهد والتيار المار في جهاز يسمى الصمام الثنائي ( الدايود) و هو مصنوع من السليكون  أجب عن الأمثلة التالية

إذا وصل الدايود بفرق جهد مقداره 0.70 V فما مقدار مقاومته

ما مقدار مقاومة الدايود عند استخدام فرق جهد مقداره 0.60 V

هل يحقق الدايود قانون أوم

الحل :

 

 

لا ، لأن المقاومة تعتمد على الجهد

 

البطاريات يبلغ ثمن بطارية جهدها9.0 Vتقريبا 10.00 ريالات  وتولد هذه البطارية تيارا مقداره 0.0250 A مدة 26.0 h قبل أن يتم تغييرها  احسب تكلفة كل kWh تزودنا به هذه البطارية

الحل :

ما مقدار أكبر تيار ينتج عن قدرة كهربائية مقدارها5.0 Wفي مقاومة مقدارها 220 Ω

الحل :

يمر تيار مقداره3.0 Aفي مكواة كهربائية جهدها 110 V  ما مقدار الطاقة الحرارية الناتجة خلال ساعة

الحل :

في الدائرة الموضحة في الشكل التالي تبلغ اكبر قدرة كهربائية آمنة50.0 Wاستخدم الشكل لإيجاد كل مما يلي

أكبر تيار آمن

أكبر جهد آمن

 

الحل :

 

 

يمثل الشكل التالي دائرة فرن كهربائي  احسب قيمة الفاتورة الشهرية (30يوما ) إذا كان ثمن الكيلوواط. ساعة 0.10 ريال  وتم ضبط منظم الحرارة ليشتغل الفرن ربع الفترة الزمنية

الحل :

التطبيقات يكلف تشغيل مكيف هواء50ريالا خلال 30 يوما  وذلك على اعتبار أن المكيف يعمل نصف الفترة الزمنية  وثمن كل KWh هو 0.090 ريال  احسب التيار الذي يمر في المكيف عند تشغيله على فرق جهد مقداره 120 V

الحل :

المذياع يتم تشغيل مذياع ببطارية جهدها9.0 V، بحيث تزوده بتيار مقداره 50.0 mA

إذا كان ثمن البطارية 10.00 ريالات  وتعمل لمدة 300.0 h فاحسب تكلفة كل kWH تزودنا به هذه البطارية عند تشغيل المذياع هذه الفترة

إذا تم تشغيل المذياع نفسه بمحول موصول بدائرة منزل وكان ثمن الكيلوواط .ساعة 0.12 ريال  فاحسب تكلفة تشغيل المذياع مدة 300.0 h

الحل :

يمر تيار مقداره1.2 Aفي مقاومة مقدارها 50.0 Ω مدة  5.0 min احسب مقدار الحرارة المتولدة في المقاومة خلال هذه الفترة

الحل :

وصلت مقاومة مقدارها6.0 Ωببطارية جهدها 15 V

ما مقدار التيار المار في الدائرة

ما مقدار الطاقة الحرارية الناتجة خلال 10.0 min

الحل :

 

المصابيح الكهربائية تبلغ مقاومة مصباح كهربائي متوهج10.0 Ωقبل إنارته  وتصبح 40.0 Ω عند إنارته بتوصيله بمصدر جهد 120 V  أجب عن الأسئلة التالية

ما مقدار التيار الذي يمر في المصباح عند إنارته

ما مقدار التيار الذي يمر في المصباح لحظة إنارته ( التيار اللحظي )

متى يستهلك المصباح أكبر قدرة كهربائية

الحل :

 

في اللحظة التي يشغل فيها

تستخدم مقاومة متغيرة للتحكم في سرعة محرك كهربائي جهده12 V. عند ضبط المقاومة ليتحرك المحرك بأقل سرعة يمر فيه تيار مقداره 0.02 A  وعندما تضبط المقاومة ليتحرك المحرك بأكبر سرعة يمر فيه تيار مقداره 1.2 A  ما مدى المقاومة المتغيرة

الحل :

 

يشغل محرك كهربائي مضخة توزيع الماء في مزرعة بحيث تضخ1.0×104L من الماء راسيا إلى أعلى مسافة 8.0 m في كل ساعة فإذا وصل المحرك بمصدر جهد 110 V  وكانت مقاومته في أثناء تشغيله 22.0 Ω فما مقدار

التيار المار في المحرك

كفاءة المحرك

الحل :

 

ملف تسخين مقاومته4.0 Ω، ويعمل على جهد مقداره 120 V ، أجب عما يلي

ما مقدار التيار الكهربائي المار في الملف عند تشغيله

ما مقدار الطاقة الواصلة إلى الملف خلال 5.0 min

إذا غمر الملف في وعاء عازل يحتوي على 20.0 kg من الماء فما مقدار الزيادة في درجة حرارة الماء  افترض أن الماء امتص الحرارة الناتجة بنسبة 100 %

إذا كان ثمن الكيلوواط  ساعة 0.08 ريال فما تكلفة تشغيل الملف 30 min في اليوم مدة 30 يوما

الحل :

التطبيقات مدفأة كهربائية تصل قدرتها إلى500 W. أجب عما يلي

ما مقدار الطاقة الواصلة إلى المدفأة في نصف ساعة

تستخدم المدفاة لتدفئة غرفة تحتوي على 50 kg من الهواء فإذا كانت الحرارة النوعية للهواء 1.10 kJ/kg.oC  و 50 % من الطاقة الحرارية الناتجة تعمل على تسخين الهواء في الغرفة  فما مقدار التغير في درجة هواء الغرفة خلال نصف ساعة

إذا كان ثمن الكيلوواط  ساعة 0.08 ريال  فما تكلفة تشغيل المدفأة 6.0 h في اليوم مدة 30 يوما

الحل :

 

 

تصميم النماذج ما مقدار الطاقة المختزنة في مكثف  يعبر عن الطاقة اللازمة لزيادة فرق الجهد للشحنةqبالعلاقة : E = qV  ويحسب فرق الجهد في مكثف بالعلاقة V= q/C  لذا كلما زادت الشحنة على المكثف ازداد فرق الجهد  ومن ثم فإن الطاقة اللازمة لإضافة شحنة عليه تزداد  إذا استخدم مكثف سعته الكهربائية 1.0 F بوصفه جهازا لتخزين الطاقة في حاسوب شخصي فمثل بيانيا فرق الجهد V عند شحن المكثف بإضافة شحنة مقدارها 5.0 C إليه  وما مقدار فرق الجهد بين طرفي المكثف  و إذا كانت المساحة تحت المنحنى تمثل الطاقة بوحدة الجول  وتحقق مما إذا كانت تساوي الشحنة الكلية مضروبة في فرق الجهد النهائي أم لا  وضح إجابتك

الحل :

لا ، لأن الشحنة الكلية مضروبة في فرق الجهد النهائي بيانيا تساوي ضعف المساحة تحت المنحنى تماما . وفيزيائيا هذا يعني أن كل كولوم يحتاج على كمية الطاقة القصوى نفسها لتخزينها في المكثف . وفي الواقع تزداد كمية الطاقة اللازمة لإضافة كل شحنة كلما تراكمت الشحنة في المكثف .

تطبيق المفاهيم يعمل فرن كهربائي ميكروويف على فرق جهد120 V ويمر فيه تيار مقداره 12A  إذا كانت كفاءته الكهربائية ( تحويل تيار AC إلى أشعة ميكروويف) 75%  وكفاءة تحويله أشعة الميكروويف إلى حرارة تستخدم في تسخين الماء أيضا 75% فأجب عما يلي

ارسم نموذجا تخطيطيا للقدرة الكهربائية مشابها لنموذج الطاقة الموضح في الشكل 7-2 b  ميز وظيفة كل جزء منه وفقا للجولات الكلية لكل ثانية

اشتق معادلة لمعدل الزيادة في درجة الحرارة (T/s∆) لمادة موضوعة في الميكروويف مستعينا بالمعادلة Q = m C ∆T∆  حيث Q∆  التغير في الطاقة الحرارية للمادة  و m كتلتها و C حرارتها النوعية  و ∆T التغير في درجة حرارتها

استخدم المعادلة التي توصلت إليها لإيجاد معدل الارتفاع في درجة الحرارة بوحدة سلسيوس لكل ثانية  وذلك عند استخدام هذا الفرن لتسخين 250 g من الماء إلى درجة حرارة اعلى من درجة حرارة الغرفة

راجع حساباتك جيدا وانتبه إلى الوحدات المستخدمة  وبين ما إذا كانت إجابتك صحيحة

ناقش بصورة عامة الطرائق المختلفة التي يمكنك بها زيادة كفاءة تسخين الميكروويف

ناقش لماذا يجب عدم تشغيل أفران الميكروويف وهي فارغة

الحل :

 

 

ألغيت وحدة kg ووحدة J ، وبقيت oC/s

كفاءة التحويل من الطاقة الكهربائية على طاقة في الميكروويف هي 75 %  ومن المحتمل إيجاد طريقة أخرى مختلفة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى إشعاع تكون أكثر فاعلية  وكفاءة التحويل من أشعة الميكروويف إلى طاقة حرارية في الماء 75 %  ومن المحتمل تحسين عملية تحويل أشعة الميكروويف إلى طاقة حرارية عند استخدام ترددات مختلفة للإشعاع الكهرومغناطيسي

عند تشغيل الفرن فارغ فإن طاقة الميكرويف ستتبدد في الفرن  وهذا سيؤدي إلى مزيد من السخونة لأجزاء الفرن ومن ثم تلفها

تطبيق المفاهيم تتراوح أحجام مقاومة مقدارها10 Ωبين راس دبوس إلى وعاء حساء  وضح ذلك

الحل :

يحدد الحجم الفيزيائي للمقاومة حسب قدرتها  فالمقاومات التي تنتج عند 100 W تكون أكبر كثيرا من تلك التي تنتج قدرة مقدارها 1W

إنشاء الرسوم البيانية واستخدامها الرسم البياني للصمام الثنائي (الدايود ) الموضح في الشكل7-15أكثر فائدة من رسم بياني مشابه للمقاومة يحقق قانون أوم  وضح ذلك.

الحل :

المنحنى الباني فولت – أمبير للمقاومة الذي يحقق قانون أوم عبارة عن خط مستقيم ونادرا ما يكون ضروريا

 

هناك ثلاثة أنواع من المعادلات التي تواجهها في العلوم : (1) التعريفات ، (2) القوانين ، (3) الاشتقاقات . ومن الأمثلة عليها : (1) الأمبير الواحد يساوي كولوم واحد لكل ثانية  (2) القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع (3) القدرة الكهربائية تساوي مربع الجهد مقسوما على المقاومة  اكتب صفحة واحدة توضح فيها متى تكون العلاقة ” المقاومة تساوي الجهد مقسوما على التيار ” صحيحة  قبل أن تبدأ ابحث في التصنيفات الثلاثة للمعادلات أعلاه

الحل :

يجب أن تتضمن إجابات الطلاب فكرة أن الأجهزة التي تحقق قانون أوم يتناسب هبوط الجهد فيها طرديا مع التيار المار في الجهاز  وأن الصيغة الرياضية R= V/I  وأن تعريف المقاومة مشتق من قانون أوم

تتمدد المادة عند تسخينها  ابحث في العلاقة بين التمدد الحراري وأسلاك التوصيل المستخدمة لنقل الجهد العالي

الحل :

ستختلف الإجابات  لكن على الطلاب أن يوضحوا أن أسلاك ( خطوط ) نقل القدرة الكهربائية تصبح ساخنة بمقدار كاف لكي تتمدد وترتخي عندما يمر فيها تيارات كبيرة وتصبح هذه الأسلاك المرتخية خطيرة إذا لامست أجساما أسفل منها كالأشجار أو خطوط قدرة أخرى

 

تبعد شحنة مقدارها+3.0×10-6C مسافة 2.0 m عن شحنة أخرى مقدارها +6.0×10-5 C  احسب مقدار القوة المتبادلة بينهما

الحل :

  لماذا يقاس المجال الكهربائي بشحنة اختبار صغيرة فقط

حتى لا تشتت الشحنة المجال

لأن الشحنات الصغيرة لها زخم قليل

حتى لا يؤدي مقدارها إلى دفع الشحنة المراد قياسها جانبا

لأن الإلكترون يستخدم دائما بوصفه شحنة اختبار ، وشحنة الإلكترونات صغيرة

الحل :

الاختيار الصحيح هو : A

 إذا تأثرت شحنة مقدارها 2.1×10-9 C بقوة مقدارها 14 N  فما مقدار المجال الكهربائي المؤثر

0.15×10-9 N/C

6.7×10-9 N/C

29×10-9 N/C

6.7×10-9 N/C

الحل :

الاختيار الصحيح هو : D

 تتأثر شحنة اختبار موجبة مقدارها 8.7 µC بقوة 8.1×10-6 N في اتجاه يصنع زاوية 24o شمال الشرق  ما مقدار شدة المجال الكهربائي واتجاهه في موقع شحنة الاختبار

7.0×10-8 N/C ، 24o شمال الشرق

1.7×10-6 N/C ، 24o جنوب الغرب

1.1×10-3 N/C ، 24o غرب الجنوب

9.3×10-1 N/C ، 24o شمال الشرق

الحل :

الاختيار الصحيح هو : D

 ما مقدار فرق الجهد الكهربائي بين لوحين يبعد أحدهما عن الآخر 18 cm  و المجال الكهربائي بينهما 4.8×103 N/C

27 V

86V

0.86 KV

27 kV

الحل :

الاختيار الصحيح هو : C

 ما مقدار الشغل المبذول على بروتون عند نقله من لوح سالب الشحنة إلى لوح موجب الشحنة  إذا كانت المسافة بين اللوحين 4.3 cm  والمجال الكهربائي بينهما 125 N/C

5.5×10-23 J

8.6×10-19 J

1.1×10-16 J

5.4 J

الحل :

الاختيار الصحيح هو : B

 كيف يتم تحديد قيمة المجال الكهربائي في تجربة قطرة الزيت لمليكان

باستخدام مغناطيس كهربائي قابل للقياس

من خلال فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين

من خلال مقدار الشحنة

بمقياس كهربائي

الحل :

الاختيار الصحيح هو : B

 في تجربة قطرة الزيت ، تم تثبيت قطرة زيت وزنها 1.9×10-14 N عندما كان فرق الجهد بين اللوحين 0.78 kV  والبعد بينهما 63 mm  كما هو موضح في الشكل في الصفحة التالية  ما مقدار الشحنة على القطرة

-1.5×10-18 C

-3.9×10-16 C

-1.2×10-15 C

-9.3×10-13 C

الحل :

الاختيار الصحيح هو : A

مكثف سعته 0.093 µF إذا كانت شحنته 58 µC فما مقدار فرق الجهد الكهربائي عليه

5.4×10-12 V

1.6×10-6 V

6.2×102 V

5.4×103 V

الحل :

الاختيار الصحيح هو : C

السابق
حل فيزياء 3 الفصل السادس المجالات الكهربائية مقررات
التالي
حل فيزياء 3 الفصل الثامن دوائر التوالي والتوازي الكهربائية مقررات