يُعطى مقدار التيار الكهربائي المار في موصل بالعلاقة:
I = ΔQ/Δt
I = Δt/ΔQ
I = ΔQ + Δt
I = ΔQ × Δt
يُقاس التيار الكهربائي حسب النظام الدولي للوحدات بوحدة:
الفولت
الأمبير
الأوم
الواط
يُعرَّف الأمبير الواحد بأنّه مقدار التيار الذي يسري في موصل عندما تعبر مقطعه شحنة مقدارها:
1 J في ثانية واحدة
1 V في كولوم واحد
1 C في ثانية واحدة
1 A في كولوم واحد
التيار الكهربائي الذي يسري في موصل باتجاه واحد وقيمة ثابتة لا تتغير مع الزمن يُسمى:
تيارًا متذبذبًا
تيارًا لحظيًّا فقط
تيارًا متردّدًا
تيارًا مستمرًا (DC)
تُعرَّف المقاومة الكهربائية لموصل بأنّها:
نسبة فرق الجهد بين طرفيه إلى التيار الكهربائي المار فيه
نسبة التيار المار فيه إلى فرق الجهد بين طرفيه
حاصل ضرب طوله في مساحة مقطعه
حاصل ضرب فرق الجهد بين طرفيه في التيار المار فيه
تُقاس المقاومة الكهربائية حسب النظام الدولي للوحدات بوحدة:
الأوم (Ω)
يُعرَّف الأوم الواحد بأنّه مقاومة موصل يسري فيه تيار كهربائي 1 A عندما يكون فرق الجهد بين طرفيه:
1 Ω
1 W
1 V
1 A
ينص قانون أوم على أن التيار الكهربائي في الموصل يتناسب طرديًّا مع فرق الجهد بين طرفيه عند ثبات:
مساحة مقطعه فقط
نوع مادته فقط
طوله فقط
درجة حرارته
يُعبَّر عن قانون أوم رياضيًّا بالعلاقة:
ΔV = IR
ΔV = I + R
ΔV = R/I
ΔV = I/R
الموصلات التي يكون منحنى العلاقة بين التيار وفرق الجهد لها خطًّا مستقيمًا عند ثبات درجة الحرارة تُسمّى:
موصلات لا أومية
موصلات أومية
عوازل تامة
أشباه موصلات دائمًا
يمثّل ميل الخط المستقيم في منحنى (I-V) لموصل أومي:
طول الموصل
المقاومة مباشرة
مقلوب المقاومة (1/R)
مقاومية المادة
يبيّن الشكل المجاور منحنى (I-V) لموصل أومي عند درجتي حرارة مختلفتين T1 وT2. إذا كان ميل الخط عند T1 يساوي 0.2 A/V وعند T2 يساوي 0.1 A/V؛ فإنّ مقاومة الموصل عند T1 بوحدة Ω تساوي:
0.1
5
0.2
10
بالاستمرار على السؤال السابق، فإنّ مقاومة الموصل عند T2 بوحدة Ω تساوي:
بالاستمرار على السؤال نفسه، بما أن مقاومة الموصل الأومي تزداد بارتفاع درجة الحرارة؛ فإنّ درجة الحرارة الأعلى بين T1 وT2 هي:
T1
T2
كلتاهما متساويتان
لا يمكن تحديد ذلك من الرسم
المواد اللا أومية هي المواد التي تكون العلاقة بين التيار وفرق الجهد فيها:
خطية دائمًا بغضّ النظر عن الحرارة
خطية عند ثبات درجة الحرارة
غير خطية حتى عند ثبات درجة الحرارة
معدومة عند جميع الجهود
يبيّن الشكل المجاور منحنى (I-V) لوصلة ثنائي (diode)، وهو منحنى منحنٍ غير مستقيم. هذا يدل على أن الثنائي:
عازل تام لا يمرّ فيه أي تيار
موصل أومي نموذجي
مقاومته صفر عند جميع الجهود
مادة لا أومية؛ مقاومتها تتغير بتغيّر فرق الجهد
من الأمثلة على المواد اللا أومية:
الثنائي (diode) والثنائي الباعث للضوء (LED) والترانزستور
المقاومات الثابتة العادية فقط
أسلاك التنغستن عند درجة حرارة الغرفة فقط
أسلاك النحاس والفضة
تُعرَّف مقاومية المادة (ρ) بأنّها مقاومة عيّنة من المادة طولها 1 m ومساحة مقطعها:
1 m عند درجة حرارة معينة
1 m2 عند درجة حرارة معينة
1 m3
لا علاقة للمساحة بتعريف المقاومية
تُقاس مقاومية المادة بوحدة:
A/m
Ω
Ω.m
Ω/m
العلاقة الرياضية بين مقاومة موصل منتظم الشكل (R) ومقاوميته (ρ) وطوله (L) ومساحة مقطعه (A) هي:
R = ρA/L
R = ρLA
R = L/(ρA)
R = ρL/A
المقاومية صفة تخص:
المادة نفسها بغضّ النظر عن أبعاد العينة
مساحة المقطع فقط
طول الموصل فقط
الموصل بأبعاده الهندسية
المقاومة (بخلاف المقاومية) صفة تعتمد على:
نوع المادة فقط
الأبعاد الهندسية للموصل (الطول ومساحة المقطع) ونوع مادته
درجة الحرارة فقط
التيار المار فيه فقط
فتيل مصباح متوهّج من التنغستن، نصف قطره 10 μm ومقاومته 560 Ω وطوله 3.14 m؛ فإنّ مقاومية التنغستن بوحدة Ω.m تساوي تقريبًا:
5.6×10⁻⁶
1.78×10⁻⁹
5.6×10⁻⁸
1.78×10⁻⁷
تزداد مقاومة الموصل بزيادة طوله؛ ويُفسَّر ذلك بأن الإلكترونات في الموصل الطويل:
تفقد شحنتها تدريجيًّا
لا علاقة لطول الموصل بحركة الإلكترونات
تتحرك بسرعة أكبر فتقل مقاومتها
تتعرض لعدد أكبر من التصادمات فتزداد إعاقة حركتها
تقلّ مقاومة الموصل بزيادة مساحة مقطعه العرضي؛ ويُفسَّر ذلك بأن المقطع الأكبر:
يوفر مسارات أكثر لحركة الإلكترونات فيقل تصادمها
يزيد من طول مسار الإلكترونات
يزيد من درجة حرارة الموصل مباشرة
يقلّل عدد الإلكترونات الحرة في الموصل
عند ارتفاع درجة حرارة موصل فلزي؛ فإن مقاومته:
تقلّ دائمًا
تزداد؛ بسبب زيادة سعة اهتزاز الذرات واحتمال تصادمها مع الإلكترونات
تبقى ثابتة دائمًا
تصبح صفرًا
عند تشغيل مدفأة كهربائية، يحمرّ سلك التسخين ويسخن، بينما لا يسخن سلك التوصيل الذي يصلها بمقبس الجدار؛ وذلك لأن سلك التسخين:
مصنوع من مادة عازلة تمامًا
أطول بكثير من سلك التوصيل فقط
مصنوع من مادة ذات مقاومية أعلى بكثير من سلك التوصيل
يمرّ فيه تيار أقل من سلك التوصيل
المواد فائقة التوصيل (Superconductors) هي مواد:
لا تسمح بمرور أي تيار كهربائي إطلاقًا
مقاوميتها ثابتة بغضّ النظر عن درجة الحرارة
مقاومتها الكهربائية كبيرة جدًّا عند جميع درجات الحرارة
مقاومتها الكهربائية تساوي صفرًا عند درجات حرارة منخفضة جدًّا تقارب الصفر المطلق
تُستخدم المقاومة الضوئية (LDR) للتحكم في إضاءة مصابيح الشوارع بشكل آلي؛ حيث تتغيّر قيمتها بتغيّر:
شدة الضوء الساقط عليها
التيار المار في الدارة فقط
طول السلك الموصول بها
درجة الحرارة المحيطة فقط
تُعرَّف القوة الدافعة الكهربائية (ε) للبطارية بأنّها:
فرق الجهد بين قطبيها عند سريان تيار فيها
الشغل الذي تبذله البطارية في نقل وحدة الشحنات الموجبة من قطبها السالب إلى الموجب داخلها
المقاومة الداخلية للبطارية
التيار الأقصى الذي يمكن أن تنتجه البطارية
يُعبَّر عن القوة الدافعة الكهربائية رياضيًّا بالعلاقة:
ε = ΔQ/W
ε = W + ΔQ
ε = W/ΔQ
ε = W × ΔQ
القوة الدافعة الكهربائية للبطارية تساوي:
المقاومة الداخلية للبطارية دائمًا
أصغر فرق جهد يمكن أن تولّده البطارية
أكبر فرق جهد يمكن أن تولّده البطارية بين قطبيها
عند وصل مقاومة R مع قطبي بطارية قوتها الدافعة ε ومقاومتها الداخلية r ويمر فيها تيار I؛ فإن فرق الجهد بين قطبي البطارية يُعطى بالعلاقة:
ΔV = ε - Ir
ΔV = ε/Ir
ΔV = Ir - ε
ΔV = ε + Ir
بطارية قوتها الدافعة الكهربائية 12.0 V ومقاومتها الداخلية 0.5 Ω، وُصلت بمصباح فسرى فيها تيار 2.4 A؛ فإن فرق الجهد بين قطبي البطارية بوحدة V يساوي:
12.0
10.8
13.2
1.2
أكبر فرق جهد ممكن بين قطبي البطارية يساوي القوة الدافعة الكهربائية لها عندما:
لا يمكن أن يحدث ذلك مطلقًا
يكون التيار المار في البطارية كبيرًا جدًّا
يكون التيار المار فيها صفرًا، أو تكون مقاومتها الداخلية صفرًا (بطارية مثالية)
تكون المقاومة الخارجية صفرًا
البطارية التي تكون مقاومتها الداخلية صفرًا تُسمّى:
بطارية مفرغة تمامًا
بطارية قصر
بطارية فاسدة
بطارية مثالية
عند سريان تيار كهربائي داخل البطارية، فإن جزءًا من طاقتها يُفقد بسبب:
التفاعلات الكيميائية المستمرة فقط
لا يوجد أي فقد للطاقة داخل البطارية المثالية أو غير المثالية
المقاومة الخارجية فقط
في دارة كهربائية تحوي مقاومة موصولة بقطبي بطارية، عند الانتقال من القطب السالب إلى القطب الموجب داخل البطارية، فإن الجهد:
يزداد بمقدار Ir فقط دون أي علاقة بـ ε
يزداد بمقدار القوة الدافعة الكهربائية ε، وينقص بمقدار Ir بسبب المقاومة الداخلية
ينقص باستمرار حتى يصبح صفرًا
يبقى ثابتًا تمامًا
يُستخدم جهاز الأميتر في الدارة الكهربائية لقياس:
القوة الدافعة الكهربائية للبطارية فقط
فرق الجهد بين طرفي عنصر معين
التيار الكهربائي المار في الدارة
المقاومة الكهربائية مباشرة
يُستخدم جهاز الفولتميتر في الدارة الكهربائية لقياس:
المقاومية الكهربائية للمادة
زمن سريان التيار
التيار المار في عنصر معين
عند سريان تيار مقداره 10 mA في موصل مدة نصف ساعة؛ فإن مقدار الشحنة الكهربائية التي تعبر مقطعه العرضي خلال هذه المدة بوحدة C تساوي:
18
300
0.3
5.0
تبذل بطارية مثالية قوتها الدافعة الكهربائية ε شغلًا مقداره 3.0 J لنقل شحنة مقدارها 2.0 C داخلها من قطبها السالب إلى الموجب. إن مقدار القوة الدافعة الكهربائية ε بوحدة V يساوي:
6.0
0.67
1.5
3.0
بالاستمرار على السؤال السابق (بطارية مثالية)، فإن الطاقة المنقولة إلى المقاومة الخارجية في الدارة تساوي:
6.0 J
صفرًا
1.5 J
3.0 J
سخّان كهربائي صغير يعمل على جهد 220 V، سلك التسخين فيه من سبيكة النيكروم طوله 83 m ونصف قطره 0.3 mm. لحساب التيار الكهربائي المار فيه؛ يجب أولًا حساب:
مقاومة السلك باستخدام R=ρL/A ثم تطبيق قانون أوم I=V/R
القوة الدافعة الكهربائية للسخان فقط
طول السلك فقط دون حساب المقاومة
درجة حرارة الغرفة فقط
دارة كهربائية تتكون من بطارية ومقاومة. عندما كان المفتاح S مفتوحًا كانت قراءة الفولتميتر 12 V، وعند إغلاقه أصبحت قراءته 10 V؛ فإن قراءة الفولتميتر عند المفتاح المفتوح تمثل:
فرق الجهد بين قطبي البطارية عند سريان التيار
القوة الدافعة الكهربائية للبطارية (لأن التيار يساوي صفرًا فلا يوجد فقد داخلي)
المقاومة الداخلية للبطارية مباشرة
قيمة عشوائية لا علاقة لها بالبطارية
موصلان أوميان A وB، مقاومية مادة A ضعف مقاومية مادة B، ولهما الطول ومساحة المقطع نفسهما؛ فإن مقاومة A مقارنة بمقاومة B تكون:
مساوية لمقاومة B
أربعة أمثال مقاومة B
ضعف مقاومة B
نصف مقاومة B
الثنائي الباعث للضوء (LED) يمتاز بأن العلاقة بين التيار المار فيه وفرق الجهد بين طرفيه تكون:
خطية عند ثبات درجة الحرارة فقط، وغير خطية عند تغيرها
معدومة عند جميع فروق الجهد
خطية دائمًا بغض النظر عن درجة الحرارة
غير خطية عند ثبات درجة الحرارة، وكذلك عند تغيرها
عند شحن بطارية قابلة لإعادة الشحن، نلاحظ ارتفاع درجة حرارة البطارية نفسها؛ ويُفسَّر ذلك بوجود:
مقاومة داخلية للبطارية تستهلك جزءًا من الطاقة على شكل حرارة
تفاعل كيميائي بارد لا ينتج حرارة
عدم وجود أي تيار مار خلال الشحن
مقاومة خارجية كبيرة جدًّا فقط
جهاز حاسوب يسري فيه تيار كهربائي 800 mA عند فرق جهد 220 V؛ فإن المقاومة الكهربائية للجهاز بوحدة Ω تساوي:
176
275
0.27
27.5