[ناصر اللحياني]

يمكن إيجاد مقاومة مجهولة بعدة طرق هي :

1 - بإستخدام قانون أوم .

2- بإستخدام جسر وتيستون .

3 - بإستخدام قنطرة وتيستون المترية .

4 - بإستخدام جهاز الأوميتر مباشرة .

وسنتطرق في هذا الدرس إلى تعيين مقاومة مجهولة بإستخدام :

جسر وتيستون .

[ناصر اللحياني]

جسر وتيستون
wheatstone bridge

توصل العالم شارل وتيستون إلى طريقة تعين مقاومة مجهولة بإستخدام
جهاز سُميّ بإسمه " جسر وتيستون "

جسر وتيستون :
جهاز يستخدم لإيجاد قيمة مقاومة مجهولة ، بمعلومية مقاومات معلومة . ( طريقة عملية )

مبدأ عمله :
من تطبيقات قانون أوم

فكرة عمله :
عندما نمرر تيار شدته ( ت ) فإنه يتوزع في جسر وتستون
( الجسر العلوي ، والجسر السفلي )
وعندما يصل الجسر إلى حالة الأتزان نستطيع معرفة قيمة المقاومة
المجهولة من قانون أوم ( جـ = م × ت )

الفلاشات التالية تحاكي جسر وتيستون بشكل رائع جدا :
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge1.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge2.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge3.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ridge_java.rar
أضغط على الروابط أعلاه بزر الفارة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم

ملاحظة :
- قد يكون جسر وتستون :
جسر أيمن وجسر أيسر

تركيبه :
يتكون من أربع مقاومات وجلفانومتر موصلة كما في الشكل التالي :

وعادة ما تكون المقاومتان ( م1 ، م2 ) ثابتتان معلومتان
والمقاومة ( م3 ) هي المجهولة ، و المقاومة ( م4 ) متغيرة ( ريوستات ) .

أهمية الجلفامومتر :
معرفة حالة الاتزان لحساسيتها الشديدة عند مرور التيار .

أهمية المقاومة المتغيرة ( الريوستات ) :
تغيير قيمتها للوصول إلى حالة الاتزان

طريقة عمله :

( أ ) عند إغلاق القاطعة ( قبل الوصول إلى حالة الاتزان ) :
◄◄◄ يتوزع التيار بين الجسر العلوي والجسر السفلي
ويمر تيار في الجلفانومتر ( ينحرف مؤشره )
أي أن قراءة الجلفانومتر≠ صفر
◄◄◄جهد النقطة ( هـ ) ≠ جهد النقطة ( ب )
◄◄◄ جـ ( هـ ب ) ≠ صفر
ومن قانون أوم ( جـ = م × ت )
◄◄◄ جـ ( أ ب ) ≠ جـ ( أ هـ ) ← ت1 × م1 ≠ ت 2 × م4
◄◄◄ جـ ( د ب ) ≠ جـ (د هـ ) ← ت1 × م2 ≠ ت 2× م3

( ب ) عند الوصول إلى حالة الاتزان ( بتغير المقاومة م2 ) :
◄◄◄بالتحكم في الريوستات نستطيع أن نجعل
التيار لا يمر في الجلفانومتر ( لا ينحرف مؤشره )
أي أن قراءة الجلفانومتر = صفر
◄◄◄ جهد النقطة ( هـ ) = جهد النقطة ( ب )
◄◄◄ جـ ( هـ ب ) = صفر
ومن قانون أوم ( جـ = م × ت )
◄◄◄ جـ ( أ ب ) = جـ ( أ هـ ) ← ت1 × م1 = ت 2 × م4
◄◄◄ جـ ( د ب ) = جـ (د هـ ) ← ت1 × م2 = ت 2× م3
◄◄◄م1/م2 = م4/م3

فيديو عربي لشرح عمل جسر وتيستون :

http://www.phys4arab.net/uploood/nas...idge_video.rar

قاعدة في معرفة العلاقة الرياضية الصحيحة لجسر وتستون :
من الجسر العلوي: المقاومة على المقاومة التي تليها
تساوي
ومن الجسر السفلي: المقاومة على المقاومة التي تليها

[ناصر اللحياني]

جسر وتسيتون المتري ( القنطرة المترية )

أجرى وتستون تعديل على جسره وذلك لجعله أسهل استخداما لقياس المقاومات المجهنلة ويتلخص هذا التعديل في استبدا الفرع السفلي ( ذراعي الجسر ) من الجسر ( م1, م4 ) كما في الشكل أعلاه ، بموصل منتظم المقطع طوله 100 سم ( 1متر ) مع جعل الجلفانومتر يتصل بهذا السلك عبر زالق يتحرك على السلك بحرية .

طريقة استخدام جسر وتستون المتري :
نصل الدائرة بمصدر للتيار المستمر ونغلق القاطع ثم نحرك المزالق على السلك حتى نلاحظ عدم مرور تيار في الجلفانومتر وعندها نقول أن الجسر متزن , وحيث إن مقاومة السلك تتناسب طرديا مع طوله فإن :

م1 / م2 = ل1 / ل2

حيث قسم الزالق السلك إلى جزئين هما ل1 , ل2 , وحيث إن ل2 = 100 – ل1 فيمكن كتابة المعادلة السابقة على الصورة :

م1 / م2 = ل1 / 100 – ل1

علل :

1 - يجب أن يكون سلك القنطرة المترية و مقياس الجهد منتظم المقطع .
وذلك حتى تكون مقاومة أجزاء السلك متناسبة طرديًا مع أطوالها .

2 - تفضل القنطرة المترية على قنطرة ويتستون عند تعيين قيمة مقاومة مجهولة بدقة .
لأنه في القنطرة المترية يمكن الحصول على نقطة الاتزان بسهولة ودقة وذلك بتحريك الزالق على سلك القنطرة.

3 - في القنطرة المترية ، تقفل دائرة العمود الكهربي قبل تحريك الزالق على السلك.
لأنه إذا حدث العكس وأدخل الجلفانومتر في الدائرة أولا فإنه عند قفل دائرة العمود الكهربي فإن التيارات المستحثة اللحظية المتولدة في الملفات تسري في الجلفانومتر وتحدث فيه انحرافا لحظيا حتى لو كانت الدائرة في حالة اتزان .

4 - يفضل أن تكون نقطة الاتزان في الثلث الأوسط من سلك القنطرة المترية.
لأنه إذا بعد الزالق عن الثلث الأوسط فإن أي خطأ في قياس طول الذراع القصير يسبب خطأ كبيرا في حساب قيمة المقاومة المجهولة


الفلاشات التالية تحاكي القنطرة المترية :
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge4.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge5.swf



ملاحظة : يمكن إجراء تحقيق تجربة جسر وتيستون بأستخدام برنامج الكوركودايل Crocodile Physics 605

كما في الصورة التالية :

[ناصر اللحياني]

جهاز الأوميتر
Ohmmeter

وهو جهاز مصمم لحساب قيمة المقاومة مباشرة في أي جزء من أجزاء الدائرة , ويتركب من مولد ( بطارية ) , جلفانومتر , مقاومة ثابتة , مقاومة متغيرة , فجوة لتثبيت المقاومة المجهولة , ويتم تدريج الجلفانومتر بوحدات المقاومة بدلا من وحدات شدة التيار وبالتالي فإن قراءة الجلفانومتر تدل على قيمة المقاومة المجهولة مباشرة ، كما في الشكل التالي :

وعند أستخدام الجهاز لقياس قيمة مقاومة موصلة بدائرة ما فيجب إزالتها من الدائرة قبل بدء القياس حتى نحصل على القراءة الصحيحة

ثم نقوم بلمس طرف المجس الأحمر (الموجب) بأحد أطراف المقاومة وطرف المجس الأسود (السالب) بطرف المقاومة الآخر وسوف تظهر لنا قيمة المقاومة في شاشة الأوميتر

مع ملاحظة عدم لمس المقاومة باليد

والطريقة الصحيحة كما ترى

أو كما في الصورة التالية :

[ناصر اللحياني]

قانون جول
Joule's Law

جيمس بريسكوت جول (1818 - 1889 ) فيزيائي إنجليزي ذائع الصيت اعتمد على نفسه في التعليم ، فلم يتلق أي تدريب أكاديمي رسمي ولا تقلد منصبا أكاديميا. ورغم ذلك ، كانت له تجارب مذهلة منها المتعلقة بدراسة الطاقة الحرارية المتولدة من التيار الكهربائي ، فوجد أن الطاقة الحرارية الناتجة في الثانية الواحدة تتناسب طرديا مع مقاومة الموصل ومربع شدة التيار ،

ط = م ت2 ز = ..... جول
ولحساب الطاقة الحرارية بوحدة السُعر
ح = ط / ي = م ت2 ز /4.18 = ..... سعر

وتفسير ذلك ، أن الإلكترونات الخارجة من المولد تصطدم أثناء حركتها بذرات الموصل ( كما ذكرنا ذلك في درس المقاومة الكهربائية ) ، وذلك يؤدي إلى انتقال الطاقة من الإلكترونات إلى ذرات الموصل مما يسبب رفع درجة حرارة الموصل .
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/joule1.swf

ملاحظة :
يمكن تطبيق قانون جول على أي جزء من الدائرة سواءً داخل مصدر الطاقة ( البطارية ) أو في المقاومات الخارجية .

تحقيق تجربة جول :

يمكنك تحقيق تجربة قانون جول من خلال المحاكاة الفلاشية التالية :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/joule2.swf

فعند تشغيل المولد وفي نفس الوقت تشغيل ساعة الإيقاف ثم تسجيل القراءات كل ثلاث دقائق نلاحظ العلاقة الطردية بين درجة الحرارة و الزمن ( يمكن تمثيلها بيانيا ) ، وبتكرار ما سبق مع تغيير شدة التيار ثم رسم العلاقة بين مربع شدة التيار ودرجة الحرارة نجد أن العلاقة خطية أيضا .

[ناصر اللحياني]

هذه مجموعة من التعريفات للقدرة الكهربائية التي تصب في معنى واحد :

القدرة الكهربائية : هي الطاقة المبذولة خلال وحدة الزمن .

القدرة الكهربائية : هي استخدام الطاقة الكهربائية لأداء العمل خلال وحدة الزمن .

القدرة الكهربائية : هي قدرة الجهاز على تنفيذ العملية التي خصص من أجلها باستهلاك الطاقة اللازمة خلال وحدة الزمن .

القدرة الكهربائية : هي الطاقة الكهربائية المستهلكة خلال وحدة الزمن في دفع التيار الكهربائي عبر أجزاء الدائرة .

وأستحسن صياغة التعريف بالطريقة التالية :

القدرة الكهربائية : هي مقدار الطاقة الكهربائية التي يستهلكها الجهاز خلال وحدة الزمن.

ومن التعريفات السابقة جميعا نستطيع صياغة القدرة الكهربائية بطريقة رياضية كما يلي :

قد = ط / ز

من القانون نلاحظ أن القدرة تقاس بوحدة ( جول / ثانية ) ، وتكافئها وحدة الواط ( ط )

1 كيلو واط = 1000 واط

إذا : عندما نقرأ من الشارة الملصقة على الجهاز أن القدرة الكهربائية للجهاز هي 100 واط ( 100 w) ، فهذا يعني أن قدرة الجهاز على تنفيذ العمل المطلوب من تسخين أو تبريد أو إضاءة أو تحريك أو أي عمل آخر يكون باستهلاك طاقة مقدارها 100 جول خلال ثانية واحدة .

ملاحظة :
قيمة القدرة الكهربائية مسجلة على الجهاز الكهربائي أو مذكورة في ورقة الإرشاد الخاصة به .

الجدول التالي يوضح قدرة بعض الأجهزة الشائعة :




ومن خلال القانون السابق ( قد = ط / ز ) نجد أن القدرة الكهربائية المستهلكة في جهاز كهربائي تساوي حاصل ضرب الجهد المزوَّد للجهاز في قيمة شدة التيار المار من خلاله ، كما في الاستنتاج التالي :

قد = ط / ز = جـ× ش / ز = جـ × ت × ز / ز

إذا : قد = جـ × ت

هذه العلاقة تعطي القدرة الكهربائية المستهلكة في دائرة عندما يمر بها تيار شدته ( ت ) وفرق الجهد بين طرفيها ( جـ ) .

ومن خلال قانون أوم يمكن التعويض عن جـ أو ت لنحصل على صورتين متكافئتين لقانون القدرة هما :

قد = ت2 × م ، قد = جـ2 / م

والشكل التالي يلخص جميع قوانين أوم و جول

ملاحظة مهمة :

لا تطبق العلاقة ( قد = جـ × ت ) على الأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد ، إلا بالنسبة للأجهزة التي تشتغل تحت التأثير الحراري( قانون جول ) مثل المصباح ، المكواة ، المدفأة ، الفرن الكهربائي .

لا أعلم تعليل ذلك ؟


حساب تكاليف الاستهلاك :

عندما يعمل جهاز قدرته الكهربائية ( قد ) كيلو واط خلال زمن قدره ( ز ) ساعة وكانت تكلفة ( تسعيرة ) الكيلو واط ساعة هو ( س ) هللة فإن تكاليف استهلاك هذا الجهاز بالهللة تعطي من العلاقة التالية :

تكاليف الاستهلاك ( بالهللة )= قد × ز × س
حيث ( قد ) بالكيلو واط , ( ز) بالساعة , ( سعر الكيلو واط ساعة ) بالهللات .

توضيح :
عندما نريد معرفة تكلفة استهلاك جهاز معين مثل : تكلفة ساعة من تشغيل مكيف هواء، فإن علينا أن نحسب هذه التكلفة بمعرفة قدرة الجهاز الاستهلاكية بالكيلو واط ( وهي موجودة في الشارة الملصقة على الجهاز) وكذلك زمن الاستهلاك بالساعة وتكلفة الكيلواوط ساعة بالهللة .


ملاحظة :
في الأجهزة التي يوجد فيها ثرموستات يتم ضبط عمل الجهاز وتشغيله بين فترة وأخرى ( مثل المكيف والخزانات الكهربائية المستخدمة في تسخين الماء ) يكون استهلاك الكهرباء الفعلي أقل من الحاصل الناتج من حساب القدرة × الزمن.


معلومة :
تباع الطاقة الكهربائية في المملكة بأسعار تقل كثيراً عن تكلفة الإنتاج ، وذلك لتيسير حصول المواطنين على احتياجاتهم من الطاقة بسعر مناسب فهو يتراوح ما بين 5 هللات إلى 15 هلله للكيلوواط ساعة ، بالإضافة (5) هللات على كل كيلو واط ساعة يستهلك من الكهرباء يزيد عن (2000) كيلوواط ساعة شهرياً .

الفلاش التالي يحاكي سبب احتراق المصباح إذا كانت قدرته ضعيفة مقارنة بحاصل ضرب شدة التيار في فرق الجهد المسلط بدوائر التيار المستمر.

http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%201.rar

[ناصر اللحياني]

ما يلي للإستزادة وإثراء المعلومات .

مصادر القدرة الكهربائية
تمد محطات القدرة الكهربائية الضخمة السكان بمعظم ما يحتاجونه من الكهرباء. وفي محطات القدرة يتم أولاً تسخير ضغط البخار أو اندفاع المياه لإدارة عمود آلة يطلق عليه التوربين (العنفة). ويدير هذا العمود مولدًا كهربائيًا يُحوِّل الطاقة الميكانيكية فيه إلى طاقة كهربائية.

والمولد الكهربائي له جزء ثابت يعرف بالعضو الساكن وجزء متحرك يعرف بالعضو الدَوَّار. وفي المولدات الكهربائية الضخمة بمحطات القدرة يتكون العضو الساكن من مئات من لفات السلك. والعضو الدوَّار مغنطيس كهربائي كبير يُمَد بالكهرباء من مولد منفصل صغير يطلق عليه المستثير. ويدار العضو الدوار بطاقة ميكانيكية خارجية، ويتولد منه مجال مغنطيسي يدور مع دورانه. وينتج من دوران المجال المغنطيسي تولُّد جهد في لفات السلك الموجودة في العضو الساكن، مما يسبب سريان التيار الكهربائي.

وتصنف محطات القدرة الكهربائية إلى:
1- محطات بخارية تعمل بالوقود الأحفوري؛ 2- محطات كهرومائية؛ 3- محطات نووية. وتنتج محطات أخرى متنوعة كميات صغيرة من الكهرباء.

محطات القدرة الكهربائية البخارية التي تعمل بالوقود الأحفوريّ. تُولِّـد هذه المحطات حوالي 66% من إجمالي القدرة الكهربائية العالمية. وتحرق هذه المحطات الفحم الحجري أو النفط أو الغاز الطبيعي. ويطلق على هذه المواد الوقود الأحفوري لأنها تكونت من مواد أحفورية (بقايا من نباتات وحيوانات ما قبل التاريخ). ويحرق الوقود في غرفة احتراق لإنتاج حرارة، وتحوّل تلك الحرارة بدورها الماء إلى بخار في المرجل. ثم يمر البخار خلال أنابيب في جهاز يسمى السخان الفائق. وتحيط غازات الاحتراق الساخنة بالأنابيب المملوءة بالبخار في السخان الفائق لرفع ضغط البخار في الأنابيب ودرجة حرارتها.

ويستخدم البخار فائق الحرارة، عالي الضغط لإدارة توربين بخاري ضخم. والتوربين له مجموعة من العجلات ذات الرّيَش المروحية مُركبة على عمود. وعندما يندفع البخار خلال التوربين يدفع الريش مما يسبب دوران كل من العجلات وعمود التوربين. ويدير عمود التوربين العضو الدوار للمولد الكهربائي، وبالتالي تتولد الكهرباء.

وبعد مرور البخار خلال التوربين يدخل إلى مكثّف حيث يمر البخار حول أنابيب تحمل ماءً بارداً. وتمتص المياه الموجودة في الأنابيب الحرارة من البخار. وعندما يبرد البخار يتكثف إلى ماء. ويعاد ضخ هذا الماء إلى المرجل ليتحول إلى بخار مرة أخرى.

وفي محطات قدرة عديدة تضخ مياه أنابيب التكثيف التي امتصت الحرارة من البخار إلى برك الرش أو برج التبريد، لتبريدها. وفي برك الرش تدفع المياه خلال فوهات ضيقة لتتحول إلى قطرات من الرذاذ. ويزيد الرذاذ من مساحة سطح المياه التي تتعرض للهواء، مما يؤدي إلى سرعة تبريدها. أما برج التبريد فله عدد من الأسطح المتتالية حيث تسقط المياه من سطح إلى آخر فتبرد نتيجة تعرضها للهواء. وبعد ذلك تُضخ المياه مرة أخرى إلى المكثف أو تصرف إلى بحيرة أو نهر أو تجمع مائي آخر.

والمحطات التي تعمل بالوقود الأحفوريّ ذات كفاءة وموثوق بها ولكنها تتسبب في تلوث البيئة. وبعض المحطات لا تستخدم أبراج التبريد أو برك الرش فهي تصرف المياه الساخنة إلى البحيرات أو البرك أو الأنهار أو الجداول. ويؤدي ذلك إلى التلوث الحراري وإلى الإضرار بالحياة الحيوانية والنباتية في التجمعات المائية. وفي مناطق عديدة تحد القوانين من صرف المياه الساخنة لمحطات القدرة.

ويحتوي الدخان المنبعث من احتراق الوقود الأحفوريّ على مواد كيميائية وجسيمات صغيرة تتسبب في تلوث الهواء في حالة خروجها إلى الغلاف الجوي. وتستخدم معظم محطات القدرة التي تحرق هذا الوقود معدات تحكم في التلوث للحد من مثل هذه الملوثات. وبرغم استخدام تلك المعدات، لم يقض تمامًا على تلوث الهواء بسبب حرق المحطات للوقود الأحفوري.

محطات القدرة الكهرومائية. تُولِّد هذه المحطات حوالي22% من إجمالي القدرة الكهربائية العالمية. وتُحول تلك المحطات الطاقة الناتجة من سقوط المياه إلى طاقة كهربائية. وتستخدم محطة القدرة الكهربائية المياه المخزونة خلف السد. ويتدفق الماء خلال مجرى أو أنبوب إلى توربين مائي أو توربين هيدروليكي بالمحطة. وعندما يندفع الماء خلال التوربين يدُوَّر عمود التوربين الذي يدوّر المولد الكهربائي.

وتستطيع محطات القدرة الكهرومائية ـ والتي يطلق عليها محطات كهرومائية ذات ضخ وتخزين ـ تخزين الطاقة بالأداء العكسي. فعندما يقل الطلب على الكهرباء تعمل المولدات في تلك المحطات كمحركات لإدارة التوربينات. وتعمل التوربينات عندئذ كمضخات لرفع الماء إلى الخزان ويستخدم الماء فيما بعد لتوليد الكهرباء.

ومحطات القدرة الكهرومائية أقل تكلفة من المحطات التي تعمل بالوقود الأحفوري، ولا تسبب تلوث الهواء، ومع ذلك فإن عدد تلك المحطات محدود بسبب محدودية مصادر القدرة المائية والاختيار المناسب لمواقع السدود والخزانات.

محطات القدرة النووية. تُولِّد هذه المحطات 11% من إجمالي القدرة الكهربائية العالمية، وتنتج المحطات النووية الكهرباء بنفس الطريقة المتبعة في المحطات التي تعمل بالوقود الأحفوري، ولكنها تستخدم جهازًا يسمّى المفاعل النووي بدلاً من غرفة احتراق الوقود. وينتج المفاعل النووي طاقة حرارية هائلة عن طريق انشطار نويات ذرات عنصر ثقيل. وتستخدم معظم المحطات النووية عنصر اليورانيوم وقودًا لمفاعلاتها.

وتستغل الحرارة الناجمة من الانشطار النووي لتحويل الماء إلى بخار. ويدير البخار التوربين البخاري فيدير بدوره المولد الكهربائي. وبعد مرور البخار على التوربين يكثف ويعاد مرة أخرى إلى المحطة. وتستخدم معظم محطات القدرة النووية أبراج التبريد لتبريد المياه في أنابيب المكثف.

تتطلب محطة القدرة النووية كمية من الوقود أقل كثيرًا من محطات الوقود الأحفوري لإنتاج كمية مماثلة من الكهرباء، كما أنها أقل تلويثًا للهواء، ولكنها تحتوي على مواد مشعة خطرة. ونتيجة لذلك فإنه يلزم لتشغيل تلك المحطات توفير أنظمة خاصة للسلامة لتساعد على منع الحوادث التي تؤدي إلى تسرب الإشعاع وسرعة التعامل معها. ويكلف إنشاء المحطات النووية أكثر من المحطات التي تعمل بالوقود الأحفوري بالنظر إلى التكاليف الإضافية لمعدات السلامة بها. وينتج من المحطات النووية نفايات مشعة تبقى لآلاف السنين مصدرًا للخطر ويجب التخلص منها بطريقة آمنة.

مصادر أخرى للقدرة الكهربائية. تنتج مصادر أخرى كميات صغيرة نسبيًا من الكهرباء. فمحطات القدرة الحرارية الجوفية تستخدم البخار من أعماق الأرض لدفع التوربينات (العنفات) التي تدير بدورها المولد الكهربائي. وكانت المحطة الحرارية الجوفية، وكاتو، في نيوزيلندا التي افتتحت عام 1958م، هي المحطة الثانية في العالم من هذا النوع بعد المحطة الأولى التي أقيمت في لاندريلو بإيطاليا. وتسخِّر بعض محطات القدرة طاقة الرياح باستخدام طواحين الهواء لتدير المولدات الكهربائية. ويوجد في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية العديد من الحقول الهوائية التي تحتوي على مئات من التوربينات الهوائية الصغيرة التي تمدّ المنازل بالكهرباء حول مدينة لوس أنجلوس. ويستخدم عدد من محطات القدرة طاقة المد والجزر بالمحيط في تحريك التوربينات التي تدير المولدات. ويوجد أكبر تلك المحطات في العالم على نهر رانس بالقرب من سانت مالو بفرنسا. وقليل من محطات القدرة يحوِّل الطاقة الشمسية إلى كهرباء بوساطة الخلايا الشمسية. ولكن هذه الطريقة باهظة التكاليف. ومع ذلك فإن العلماء والمهندسين يدرسون طرق تحسين الخلايا الشمسية لإنتاج كميات كبيرة من القدرة الكهربائية بتكلفة أقل. وهناك طريقة بديلة لتسخير طاقة الشمس باستخدام مرايا لعكس أشعة الشمس إلى مرجل لتوليد البخار الذي يدير التوربين والمولد. وفي بارستو بكاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية توجد محطة للطاقة الشمسية قـدرتها 10 ملايين واط، تستخدم 1,200 مرآة لتركيز الضوء على مرجل فـي قمة البرج، ويتـم التحكم في دوران المـرايا بحاسوب يتتبع أشعة الشمـس.

ولدى العديد من محطات القدرة الكهربائية توربينات غازية أو محركات ديزل لإدارة مولدات إضافية في أوقات ازدياد الطلب على القدرة الكهربائية. وتستخدم محركات الديزل أيضًا لإدارة المولدات في المناطق المعزولة التي لا تصل إليها خدمات شركات الكهرباء. ويوجد في العديد من المستشفيات والمصانع والبنايات السكنية محركات ديزل لإدارة المولدات في حالة حدوث عطل في توزيع الكهرباء المولدة من محطات القدرة الكهربائية.

نقل وتوزيع القدرة الكهربائية
تنقل الكهرباء المولدة من محطات القدرة الكهربائية إلى المدن أو مناطق أخرى، ثم توزع في المنازل والمصانع والمزارع و المكاتب ولكل مستهلك فردي.


النقل. تنقل معظم الكهرباء من محطات القدرة عبر أسلاك معلقة يطلق عليها خطوط النقل. وتمديد الكبلات تحت الأرض أو الماء أكثر تكلفة من الأسلاك المعلقة، ولذا فإن استخدام الكبلات أقل من استخدام تلك الأسلاك. وعندما ينتقل تيار كهربائي عبر خطوط نقل فإن الخطوط تقاوم سريان التيار، وتتسبب المقاومة في فقدان التيار للطاقة. وللحد من الطاقة المفقودة تنقل الكهرباء من محطات القدرة الكهربائية بجهود عالية. وعندما يزداد الجهد فإن كمية التيار اللازم لنقل كمية محددة من القدرة الكهربائية تقل. وعندما يقل سريان التيار خلال خط فإن الطاقة المفقودة بسبب المقاومة تقل.

والتيار الكهربائي إما أن يكون تيارًا مستمراً أو تيارًا متناوبًا. ويسير التيار المستمر في اتجاه واحد فقط، بينما يغير التيار المتناوب اتجاهه عدة مرات كل ثانية. ورفع جهد التيار المتناوب أسهل من رفع جهد التيار المستمر. ولذا فإن نقل التيار المتناوب أسهل من نقل التيار المستمر، ولهذا السبب فإن محطات القدرة الكهربائية تولد تياراً متناوباً.

وتنتج محطة نموذجية لتوليد القدرة مليون كيلو ـ واط من القدرة الكهربائية عند جهد يصل إلى 22,000 فولت. ويُرفع الجهد باستخدام جهاز يُسمى محول رفع حيث يُرفع إلى 765,000 فولت لنقله.

التوزيع. تحتاج بعض الصناعات الكبيرة إلى تيار ذي جهد عالٍ يصل إليها مباشرة من خطوط النقل. ولكن الجهد العالي غير آمن في المنازل والمكاتب ومعظم المصانع، لذا يلزم تقليل الجهد قبل توزيع الكهرباء عليها.

وتنقل الكهرباء بجهد عالٍ بوساطة خطوط نقل إلى محطات نقل فرعية بالقرب من المناطق التي تستخدم القدرة الكهربائية. ويوجد في تلك المحطات الفرعية أجهزة تسمى محولات الخفض، تخفض الجهد إلى 12,500 وإلى 138,000 فولت. ثم يخفض الجهد مرة أخرى في محطات توزيع فرعية إلى2,000 فولت وإلى 34,500 فولت. وتحمل خطوط التوزيع تيار الجهد المتوسط مباشرة إلى مستهلكين تجاريين وصناعيين ومؤسسات. وتنقل خطوط التوزيع القدرة الكهربائية إلى محولات التوزيع على الأعمدة فوق الأرض أو في أقبية تحت الأرض. وتخفض محولات التوزيع الجهد إلى مستويات تناسب معظم المستهلكين. وتمد الأسلاك من المحولات إلى المنازل والمحلات والمكاتب وإلى مستهلكين آخرين. ويتلقى معظم هؤلاء المستهلكين القدرة الكهربائية ذات جهد 110 أو 220 فولت.

تقديم خدمة موثوق بها. ينتج عن فشل أو تلف المعدات بسبب العواصف أو الحوادث انقطاع الخدمة المحلية للقدرة الكهربائية. ويطلق على هذا الانقطاع التعتيم. ويتابع المهندسون الذين يطلق عليهم موزعو الأحمال سريان التيار في شبكة التوزيع. وعندما يحدث التعتيم يقوم موزع الأحمال بإعادة الخدمة إلى المناطق المتأثرة عن طريق تعديل مسار التيار إلى تلك المناطق عبر خطوط نقل سليمة.

ويتغير الطلب على الكهرباء غالباَ وبشكل كبير بين ساعة وأخرى. فعلى سبيل المثال، يسبب وجود سحب سوداء عاصفة مفاجئة زيادة الطلب نظرًا لأن مصابيح كهربائية عديدة سوف تضاء. ويتنبأ موزع الأحمال بتغيرات الطلب، ويعدل تبعًا لذلك توليد ونقل القدرة. وعندما يتجاوز الطلب سعة التوليد في محطة ما يمكن لموزع الأحمال أن يخفض الجهد لمنع حدوث التعتيم. وفي هذه الحالة يمكن أن يؤدي ذلك إلى تلف الأجهزة الكهربائية أو قلة كفاءتها في العمل.

يمكن ربط شبكات النقل لشركات الكهرباء لتكوّن ما يعرف بمجمع القدرة. وتمكّن مجمعات القدرة الشركات من تلقي قدرة إضافية بعضها من بعض أثناء الطوارئ. وتستخدم شركات الكهرباء الحاسوب للتحكم في إمداد وتدفق الكهرباء خلال شبكات النقل.

صناعة القدرة الكهربائية
يطلق على الهيئات التي تولد وتنقل وتوزع القدرة الكهربائية المصالح الكهربائية. وتكون كل مصلحة كهربائية تقريبا هي المزود الوحيد للكهرباء في منطقة معينة. وفي معظم الأقطار تقوم الجهات الحكومية بتنظيم المصالح الكهربائية لضمان متطلبات الخدمة للجمهور، وفي بعض الأقطار تمتلك الحكومة جميع المصالح الكهربائية. وفي بعض الأقطار الأخرى ربما يشارك مساهمون أو جمعيات تعاونية الحكومة في امتلاك المصالح الكهربائية.

وتعتبر الولايات المتحدة الأمريكية أكبر مستهلك ومولد للكهرباء في العالم، حيث يوجد بها 3,300 مصلحة كهربائية ويمتلك القطاع الخاص منها حوالي 200 مصلحة، وتشكل هذه المصالح نحو 75% من سعة التوليد الكهربائية للبلاد. وتمتلك باقي المصالح جمعيات تعاونية أو مؤسسات قدرة عامة أو هيئات حكومية. وتستطيع بعض الأقطار توليد كهرباء أكثر من حاجتها حيث يكون الفائض متاحًا للتصدير. وتصدر كندا الكهرباء إلى الولايات المتحدة، وتصدرها فرنسا إلى المملكة المتحدة، وتصدرها ـ كذلك ـ العديد من الدول الإفريقية إلى جيرانها.

نبذة تاريخية
كانت إضاءة المصابيح الخاصة بالمنارات إحدى التطبيقات العملية الأولى لاستخدام القدرة الكهربائية. ففي عام 1858م كانت المنارة المقامة في جنوب فوريلندا بالقرب من دوفر ببريطانيا أول منارة تعمل بالكهرباء، حيث كان مولدها يغذي مصباحًا قوسيًا. وينتج المصباح القوسي ضوءًا ساطعًا من القوس الكهربائي. انظر: القوس الكهربائي. ومع بداية سبعينيات القرن التاسع عشر الميلادي استخدمت تلك المصابيح في إضاءة بعض المناطق كمحطات السكك الحديدية والمصانع والميادين العامة في المدن الكبرى بأوروبا والولايات المتحدة.

وفي عام 1879م بدأت شركة كاليفورنيا للكهرباء والإضاءة بسان فرانسيسكو بالولايات المتحدة بتشغيل أول محطة قدرة مركزية في العالم لبيع الكهرباء للمستهلكين. وفي عام 1879م أيضًا تمكن المخترع الأمريكي توماس أديسون من تصميم مصباح مثالي يعطي ضوءًا من فتيلة عندما تسخن بمرور التيار الكهربائي.

وفي عام 1881م بدأ الإمداد العام للكهرباء ببريطانيا في جودالمنج بمقاطعة سري، وظلت الشركات الخاصة والهيئات المحلية تزود بريطانيا بالكهرباء حتى عام 1948م حيث انتقل النظام الكهربائي إلى إشراف الدولة. ولكن، في عام 1990م وعام 1991م عادت معظم نظم التوليد والتوزيع في بريطانيا إلى ملكية القطاع الخاص.

وفي عام 1956م بدأ تشغيل أول محطة قدرة نووية كبيرة في كالدر هول بشمال غربي إنجلترا. وفي عام 1966م افتتحت أول محطة في العالم تعمل بقدرة المد والجزر في نهر رانس بشمال فرنسا.

القدرة الكهربائية حاليًا. يستمر الطلب على القدرة الكهربائية في النمو. ولذا يجب على شركات الكهرباء التخطيط الجيد في التوسع لمقابلة هذه الزيادة المستمرة في الطلب. ولكن بناء محطات قدرة جديدة مكلف ويستغرق سنوات عديدة. ولقد ألغيت عدة خطط لمحطات نووية نظرًا للارتفاع الهائل في تكلفة الإنشاءات بالإضافة إلى خوف الرأي العام من عدم سلامتها بسبب النفايات النووية. وهناك بحوث مكثفة تجري على الاندماج النووي لكن سوف تمضي سنوات قبل أن يكتب لها النجاح.

ومصادر الوقود الأحفوري ستئول إلى التوقف فيما بعد، ولكن العلماء يعتقدون أن الطاقة من باطن الأرض والشمس والرياح والمحيطات يمكن أن تُستخدم على نطاق واسع لإنتاج القدرة الكهربائية بشكل أرخص وأكثر كفاءة في المستقبل.

[ناصر اللحياني]

مر بنا في السنوات الماضية دراسة قانون حفظ الطاقة , وهذا القانون ينطبق على كافة أشكال الطاقة – بما فيها الطاقة الكهربائية – فالطاقة الكهربائية الناتجة من المولد في دائرة كهربائية تساوي الطاقة المستهلكة في أجزاء الدائرة المختلفة , ويمكن صياغة قانون حفظ الطاقة بالنسبة لدائرة كهربائية كما يلي :

الطاقة الكلية لأي دائرة كهربائية هي مقدار ثابت ، أي أنها لا تزداد و لا تنقص بل تتحول من شكل إلى آخر .

كذاك ، مر بنا في دروس الكهرباء الساكنة وتحديدا في " شحن الأجسام بالتأثير" أن الشحنات التي يفتقدها جسم يكتسبها جسم آخر، أي أن كمية الشحنات الكهربائية على الأجسام تبقى ثابتة لا تزداد ولا تنقص بل تنتقل من جسم لآخر وهذا هو " مبدأ حفظ الشحنة " .

وبالمثل يمكن تطبيق هذا المبدأ على الشحنات الكهربائية المتحركة حيث أنها أثناء انتقالها عبر أجزاء الدائرة الكهربائية لا تُفقد وإنما تََََفقد بعض طاقتها , ويمكن إعادة صياغة القانون بالنسبة للشحنات الكهربائية بما يسمى قانون حفظ الشحنة كما يلي :

كمية الشحنة الكهربائية في دائرة كهربائية معزولة هي مقدار ثابت .

تطبيق قانوني حفظ الشحنة والطاقة على دائرة كهربائية بسيطة :

الشكل التالي يمثل دائرة كهربائية تتكون من جهاز كهربائي مقاومته (م) ، ومولد قوته المحركة (قم) ومقاومته الداخلية (م .) – سيتضح مفهوم المقاومة الداخلية للبطارية في الدرس القادم –

والآن لنطبق قانون حفظ الطاقة على هذه الدائرة :

الطاقة التي ينتجها المولد ( ط ) يستهلك جزء منها في مقاومة المولد ( ط0 ) والجزء الآخر في مقاومة الجهاز الكهربائي ( ط1 ) .

وحسب قانون حفظ الطاقة فإن :

الطاقة الناتجة = الطاقة المستهلكة

ط = ط0 + ط1 ===> (1)

ولكن الطاقة الناتجة من المولد (ط) = قم × ش

= قم × ت × ز ===> (2)

وكذلك الطاقة المستهلكة في المقاومة = ت2 × م × ز ===> (3)

وبالتعويض من 2 , 3 في 1 نجد أن :

قم × ت × ز = ت2 × م0 × ز + ت2 × م × ز

قم = ت × م0 × + ت × م

قم = ت ( م0 + م )

وبشكل عام :

مجموع (قم) = ت مجموع (م)

وتمثل هذه العلاقة المعادلة العامة للدائرة البسيطة

[ناصر اللحياني]

ذكرنا في الدرس الثاني أنه في حالة مرور تيار كهربائي فإن الفرق بين القوة المحركة للمولدة وفرق الجهد هو أن :

القوة المحركة الكهربائية: تمثل الطاقة المكتسبة لوحدة الشحنات الكهربائية من المولد

بينما فرق الجهد : الطاقة المفقودة من وحدة الشحنات الكهربائية بين هاتين النقطتين في الدائرة الكهربائية .

وبمعنى آخر نقول أن القوة المحركة الكهربائية هي مصدر فرق الجهد الكهربائي ،

ولكن هل هما متساويان ؟

للإجابة على هذا السؤال ، لنأخذ دائرة كهربائية بسيطة ، مكونة من بطارية ومقاومة ( مصباح ) كما في الصورة التالية :

يتحرك التيار اصطلاحا من طرف البطارية الموجب إلى طرف البطارية السالب ، وحتى تكتمل دورة التيار فلابد من أن يعبر التيار في البطارية من القطب السالب إلى القطب الموجب ، ليبدأ بعد ذلك دورته من جديد .

وهذا يعني أن التيار داخل المولد ينتقل اصطلاحا من القطب السالب إلى القطب الموجب بعكس حركته في الدائرة الخارجية .

والسؤال الثاني المطروح هنا :

هل حركة التيار عبر البطارية تلقى مقاومة أم لا ؟

الجواب أن التيار يلقى مقاومة بسبب وجود مقاومة داخلية للمولد (م0) ، ففي حالة البطاريات تنشأ المقاومة الداخلية بسبب المركبات الكيميائية ، أما في حالة المولدات فتنشأ بسبب وجود أسلاك في أجزاء المولد المختلفة .

من هنا فإن نستطيع أن نجيب على السؤال الأول فنقول أن القوة المحركة الكهربائية للمولد لا تساوي فرق الجهد ، بل سيكون دائما أكبر من فرق الجهد بين طرفيه .

ويمكننا أستنتاج ذلك رياضيا ،

فمن العلاقة التي توصلنا لها في قانون حفظ الشحنة :

قم = ت × م0 + ت × م

ومن قانون أوم : ت × م = جـ

إذا : قم = جـ + ت × م0 .

قم = ت ( م. + م )

ومن هذه العلاقة نلاحظ أن القوة المحركة للمولد تساوي فرق الجهد بين طرفيه في حالتين فقط هما :

الحالة الأولى : عندما تكون م0 صغيرة جدا بحيث تصبح ت × م 0 = صفر وعندها تصبح قم = جـ .

الحالة الثانية : عندما تكون الدائرة مفتوحة ( لا يمر تيار في الدائرة ) فيصبح ت × م0 = صفر وعندها قم = جـ .


والفلاشات التالية توضح هذه الحالات :
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistance.rar

ونظرا لأن المولدات لا تخلو من مقاومة داخلية فإن الحالة الثانية هي المستخدمة لحساب قيمة القوة المحركة للمولدات , حيث يوصل فولتميتر ذو مقاومة كبيرة جدا بين طرفي المولد , عندها لا يمر تيار في المولد فتصبح قراءة الفولتميتر مساوية للقوة المحركة للمولد .

قياس القوة المحركة والمقاومة الداخلية عمليا

خطوات العمل

1- صل الدائرة كما في الشكل التالي :

2- زد من قيمة المقاومة المتغيرة إلى أعلي قيمة لها .
3- أغلق القاطعة .
4- قلل في قيمة المقاومة المتغيرة حتى تلاحظ مرور تيار في الدائرة , وسجل قراءة المللي أميتر ( ت ) والفولتميتر ( جـ ) مرة أخرى .
5- كرر الخطوة السابقة عدة مرات وسجل النتائج في الجدول التالي .
6- ارسم العلاقة البيانية لفرق الجهد ( قراءة الفولتميتر ) بدلالة شدة التيار ( قراءة المللي أميتر ) .
7- مد المستقيم الذي حصلت عليه حتي يقطع محور جـ .
8- أوجد ميل الخط المستقيم الذي حصلت عليه .

إن مقدار ميل هذا الخط المستقيم يساوي مقدار قيمة المقاومة الداخلية للمولد المستخدم في التجربة .

ومن ليس لديه هذه الأدوات ، يمكنه التحقق من ذلك بإستخدام برنامج :

PhysicsLab

تفضل بتحميله عبر الرابط التالي :

http://www.physicslab.co.uk/index.htm

هذه هي النتائج بإستخدام البرنامج :

[ناصر اللحياني]

توصيل المقاومات
Combination of Resistors

في كثير من الأحيان يتطلب توصيل عدة مقاومات في الدائرة الكهربية ويكون توصيلها بطرق ثلاث إما على التوالي series أو على التوازي parallel أو مختلط توازي وتوالي ، وهذه صور بعض الأجهزة التي توضح هذا التوصيل :

التوصيل على التوالي Resistors in Series

يقصد بالتوصيل على التوالي ( التسلسل ) بشكل عام - سواء مقاومات أو مولدات أو أجهزة ... الخ - ، هو أن تتصل تلك المكونات بصورة متتالية، بحيث يكون طرف كل مكون من مكونات الدائرة، متصلا بطرف واحد من المكون الذي قبله وبطرف واحد من المكون الذي يليه ، كما في الصور والفلاشات التالية :

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors1.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors2.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors3.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors6.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors4.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors5.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

لحفظ الفلاشات أعلاه ( أضغط على الروابط التالية بزر الفأرة الأيمن ، ثم أختر حفظ الهدف باسم ):
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors1.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors2.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors3.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors6.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors4.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors5.swf



و نجد في هذا التوصيل ما يلي :

1 – التيار المار في جميع المقاومات سيكون هو نفسه بناءً على قانون حفظ الشحنة.

ت = ت1 = ت2 = ت3 = ...
ويمكن تشبيه سريان التيار في مقاومات متصلة على التوالي بسريان الماء خلال أنبوب يتحكم في سريان الماء فيه عدة محابس ( صمامات ) ، فجميع المحابس تصلها نفس كمية الماء .

ملاحظة :

عند إضافة مقاومات أخرى موصلة على التوالي في دارة كهربائية فستلاحظ أن شدة التيار الكلي بعد إضافة المقاومات سيكون أقل من شدة التيار الكلي قبل إضافة المقاومات و في نفس الوقت ستكون شدة التيارات هي نفسها في المقاومات ، فمثلا تضيء المصابيح الموصولة على التوالي بشكل باهت كلما زاد عددها .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors14.swf]WIDTH=600 HEIGHT=500[/flash]

2 - يتوزع فرق جهد الدائرة على المقاومات .

جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3 + ...

3 –المقاومة الكلية لمجموعة من المقاومات المتصلة على التوالي تكون أكبر ، ويمكن استنتاج ذلك كما يلي :

من قانون حفظ الطاقة فإن :

ط المستهلكة = ط1 + ط2 + ط3 + ....===> (1)
ومن قانون حفظ الشحنة
ش = ش1 = ش2 = ش3 = ... ....
وبقسمة (1) على (ش) نجد أن :
ط/ش = ط1/ش + ط2/ش + ط3/ش + ... ===> (2)
وبالتعويض عن ط = جـ × ش في المعادلة (2) ، نجد أن :
جـ×ش/ش = جـ1×ش/ش + جـ2×ش/ش + جـ3×ش/ش + ...
أي أن :
جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3 + ...
ومن قانون أوم : جـ = ت × م
ت × م1 = ت × م2 + ت × م3 + ت × م4
( بما أن التيار هو نفسه )
م الكلية = م1 + م2 + م3 + .....

4 – تتوزع القدرة الكلية على المقومات
بما أن : جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3 + ...
ومن قانون القدرة قد = جـ × ت ، جـ = قد / ت
قد / ت = قد1 / ت + قد2 / ت + قد3 / ت + ...
قد = قد1 + قد2 + قد3 + ...

الخلاصة :

في التوصيل على التوالي :
1 - التيار المار في جميع المقاومات هو نفسه
2 - يتوزع فرق الجهد الكلي على المقاومات
3 - المقاومة الكلية هي مجموع المقاومات ( تكبير المقاومة الكلية )
4 - تتوزع القدرة على جميع المقاومات .
يعاب على توصيل التوالي أنه عندما تتعطل مقاومة فإن الدائرة بأكملها تتعطل .

التوصيل على التوازي Resistors in Parallel

يقصد بالتوصيل على التوازي بشكل عام ( سواء مقاومات أو مولدات أو أجهزة ... الخ ) ، هو أن يتصل أي مكون بين طرفي مكون آخر ، كما في الصور والفلاشات التالية :

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors7.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors8.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors9.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors12.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors10.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors11.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

لحفظ الفلاشات أعلاه ( أضغط على الروابط التالية بزر الفأرة الأيمن ، ثم أختر حفظ الهدف باسم ):
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors7.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors8.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors9.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors12.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors10.swf
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors11.swf



وفي هذا التوصيل يصبح لدينا ما يلي :
1 – يتوزع التيار ( يتفرع ) على المقاومات

ت = ت1 + ت2 + ت3 + ...

ويشبه سريان التيار الكهربائي في المقاومات المتصلة على التوازي سريان الدم في الأوعية الدموية داخل جسم الإنسان حيث أن الدم يتوزع على الشعيرات الدموية عندما يصلها من أحد الشرايين , ثم يعود ويتجمع في الأوردة مرة أخرى .

2 – فرق الجهد في جميع المقاومات هو نفسه ، لأنها جميعا مربوطة بين طرفيه

جـ = جـ1 = جـ2 = جـ3 = ...

ولهذا تضيء المصابيح في الدارة الموصولة على التوازي بشكل أقوى من مصابيح الدارة الموصولة على التوالي ، لأن كل مصباح في الدارة الموصولة على التوازي يحصل على الكمية الكافية من البطارية . ولأن توصيل التوازي يقلل من قيم مقاومات المصابيج مجتمعة .

3 –المقاومة الكلية لمجموعة من المقاومات المتصلة على التوازي تكون أقل ، ويمكن استنتاج ذلك كما يلي :

ت = ت1 + ت2 + ت3 + ....
ت = جـ / م
جـ / م1 = جـ / م1 + جـ / م1 + جـ / م1 + ...

1/م = 1/م1 + 1/م2 + 1/م3 + ...

4 – تساوي القدرة الكلية قدرة كل مقاومة

بما أن : ت = ت1 + ت2 + ت3 + ....
ومن قانون القدرة قد = جـ × ت ، ت = قد / جـ
قد / جـ = قد1 / جـ + قد2 / جـ + قد3 / جـ + ...
قد = قد1 + قد2 + قد3 + ...

وهذه العلاقة، هي نفسها العلاقة، التي تنطبق على حالة الدوائر الكهربية الموصلة على التوالي، والتطابق ناتج، من أن مصدر الطاقة، هو المسؤول عن بذل الشغل، لدفع التيار الكهربي في جميع مكونات الدائرة؛ يستخلص من ذلك أن طريقة التوصيل الكهربي للدائرة، تؤثر في توزيع الجهد أو التيار الكهربي بين مكونات الدائرة، ولكن تبقى القدرة الكهربية المستهلكة في مكونات الدائرة ثابتة في جميع الأحوال، ولا ترتبط بأسلوب التوصيل.


الخلاصة :

في التوصيل على التوازي :
1 - فرق في جميع المقاومات هو نفسه
2 - يتوزع التيار الكلي على المقاومات
3 - المقاومة الكلية هي أصغر من أصغر مقاومة ( تصغير المقاومة الكلية )
4 - تتوزع القدرة على جميع المقاومات .
5 - تستخدم في المنازل

مقارنة بين إضاءة المصابيح في التوصيل على التوالي وعلى التوازي :

لعلك أن تثير تساؤل الطلاب بعدم صعق العصفور !

فيديو عربي

يشرح توصيل المقاومات

http://www.phys4arab.net:80/uploood/..._Resistors.rar

التوصيل المختلط، التوالي والتوازي معاً في دائرة كهربية واحدة

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors13.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash]

لحفظ الفلاش أعلاه ، أضغط على الرابط التالي بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ باسم :
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors13.swf


يلاحظ في العديد من الدوائر الكهربية، أن بعض المكونات متصلة على التوالي، حتى يمر بها التيار الكهربي نفسه، وبعض المكونات الأخرى متصلة على التوازي، حتى يقع على أطرافها فرق الجهد الكهربي نفسه؛ وهذا الأسلوب من التوصيل للدوائر الكهربية، يلجأ إليه عندما يكون من الضروري، توفير قيم مختلفة من التيار الكهربي، ومن الجهد الكهربي من مصدر تغذية كهربية واحد، مثل حالة أربعة مصابيح كهربية، كل منها يحتاج لفرق جهد 120 فولت، ليعطي إضاءة بقدرة 100 وات، مطلوب توصيلها جميعاً، مع استخدام المصدر الكهربي المتاح، وهو مصدر يحقق فرق جهد مقداره 240 فولت، فإذا تم توصيل المصابيح الأربعة على التوالي مع المصدر انطبق على كل منها 60 فولت فقط، وهذا الجهد لا يكفي، بطبيعة الحال، للحصول على الإضاءة المناسبة من المصابيح، وإذا تم توصيل المصابيح الأربعة على التوازي، مع المصدر، انطبق على كل مصباح فرق جهد 240 فولت، الأمر الذي يؤدي إلى تلف المصابيح كلها؛ ولحل هذه المشكلة يلزم توصيل كل مصباحين معاً، على التوالي في فرع واحد، ثم توصيل الفرعين معاً على التوازي، فيقع على كل فرع فرق جهد240 فولت، ويقع على كل مصباح 120 فولت، وهو الجهد المناسب لتحقيق الإضاءة المناسبة .

تبسيط الدوائر