حل تجربة استهلالية: استقصاء العلاقة بين الجُهد والتيار

حل أسئلة وشرح: تجربة استهلالية: استقصاء العلاقة بين الجُهد والتيار | الفيزياء الصف الثاني عشر

{ "meta_description": "إجابات وحلول التجربة الاستهلالية: استقصاء العلاقة بين الجهد والتيار وتطبيق قانون أوم للمقاومات الأومية وغير الأومية في فيزياء التوجيهي.", "html_content": "

تجربة استقصاء العلاقة (الخطوات والدارة)التحليل والاستنتاج (1 & 2): الرسم والميل التحليل والاستنتاج (3 & 4): المقارنة والتوقع

أولاً: الدارة الكهربائية وخطوات التجربة الاستهلالية

عنوان التجربة: استقصاء العلاقة بين الجهد والتيار بين طرفي مقاومة.
المواد والأدوات: مصدر طاقة منخفض الجهد (DC)، 3 مقاومات مختلفة، أميتر، فولتميتر، أسلاك توصيل.
إرشادات السلامة: الحذر من لمس الوصلات الكهربائية غير المعزولة والأجزاء الساخنة في الدارة.

مخطط الدارة الكهربائية وطريقة التوصيل:

يُوصل الجهاز الأميتر (A) على التوالي في الدارة لقياس شدة التيار الكهربائي \( I \) المار في المقاومة.
يُوصل الجهاز الفولتميتر (V) على التوازي بين طرفي المقاومة لقياس فرق الجهد الكهربائي \( V \).
يتم ضبط مصدر الجهد عند قيم منخفضة تبدأ من \( 1\text{ V} \) وتُرفع تدريجياً بحيث لا تتجاوز \( 6\text{ V} \).

علل: عدم رفع فرق الجهد عن قيمة \( 6\text{ V} \):

لتجنب الارتفاع الكبير في درجة حرارة المقاومة، حيث إن ارتفاع الحرارة يسبب زيادة اهتزاز الذرات داخل الموصل وبالتالي تزيد المقاومة وتتغير قيمتها، مما يخالف شرط ثبات درجة الحرارة في قانون أوم.

ثانياً: التحليل والاستنتاج (الفرعان 1 و 2)

1. أمثّل: قراءات الجدول بيانياً، بحيث يكون فرق الجهد على المحور الأفقي والتيار على المحور الرأسي.
2. أستخدم الأرقام: أحسب قيمة المقاومة الكهربائية، وذلك بحساب مقلوب ميل منحنى العلاقة بين فرق الجهد والتيار للمقاومات الثلاث.

1. التمثيل البياني للعلاقة بين التيار والجهد (\(I - V\)):

عند رسم العلاقة البيانية بحيث يمثل المحور الأفقي (\(x\)) فرق الجهد \( V \text{ (V)}\)، ويمثل المحور الرأسي (\(y\)) شدة التيار \( I \text{ (A)}\)، نحصل على خطوط مستقيمة تبدأ من نقطة الأصل \( (0,0) \) للمقاومات الأومية:

2. حساب قيمة المقاومة من مقلوب الميل (Mathematical Derivation):

ميل المنحنى البياني (Slope):\[ \text{Slope} = \frac{\Delta I}{\Delta V} \]
العلاقة بمقاومة الموصل (\(R\)):من قانون أوم \( V = I \cdot R \)، وبإعادة الترتيب نجد أن:\[ I = \left(\frac{1}{R}\right) \cdot V \]وبالتالي فإن ميل المنحنى يساوي مقلوب المقاومة الكهربائية:\[ \text{Slope} = \frac{1}{R} \]
حساب المقاومة (\(R\)):\[ R = \frac{1}{\text{Slope}} = \frac{\Delta V}{\Delta I} \]
ملاحظة هامة حول الميول:كلما زاد ميل الخط المستقيم (\(\Delta I / \Delta V\))، كانت قيمة المقاومة الكهربائية \( R \) أصغر، والعكس صحيح.

ثالثاً: التحليل والاستنتاج (الفرعان 3 و 4)

3. أقارن: بين قيم المقاومات، وأصف كلاً منها، إن كانت ثابتة أو متغيرة.
4. أتوقع: في حال استخدام مواد أخرى مختلفة؛ هل تسلك جميعها سلوك المقاومات من حيث النسبة بين فرق الجهد والتيار؟

3. المقارنة بين قيم المقاومات ووصفها:

نوع المقاومات ووصفها: المقاومات الثلاث المستخدمة في التجربة هي مقاومات أومية (ثابتة المقاومة).
التعليل: لأن منحنى العلاقة بين التيار والجهد (\(I - V\)) هو خط مستقيم يمر بنقطة الأصل، مما يعني أن ميل الخط ثابت، وبالتالي فإن النسبة \(\frac{V}{I}\) ثابته ولا تتغير بتغير فرق الجهد عند ثبات درجة الحرارة.

4. توقع سلوك المواد المختلفة (المواد الأومية وغير الأومية):

الإجابة: لا، لن تسلك جميع المواد السلوك نفسه.
التفسير العلمي المباشر:
- المواد الموصلة الأومية (Ohmic Conductors): مثل الموصلات الفلزية والمقاومات الكربونية عند ثبات درجة الحرارة، تحقق قانون أوم وتكون النسبة \(\frac{V}{I}\) فيها ثابتة (تمثل خطاً مستقماً).
- المواد والنبائط غير الأومية (Non-Ohmic Devices): مثل الثنائي الموصل (Diode)، الثنائي الخافض للضوء (LED)، فتيل مصباح التنجستن، وأشباه الموصلات. في هذه المواد لا تكون النسبة \(\frac{V}{I}\) ثابتة، حيث تتغير المقاومة بتغير الجهد المطبق أو شدة التيار ودرجة الحرارة، ويكون رسمها البياني منحنى غير خطي.

" }