حل أسئلة التقويم الفصل السابع ( الكهرباء التيارية )

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

حل أسئلة التقويم الفصل السابع ( الكهرباء التيارية )

نبدأ على بركة الله ...

خريطة المفاهيم

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

الحل :

إتقان المفاهيم

35. عرف وحدة قياس التيار الكهربائي بدلالة الوحدات الأساسية MKS .

الحل :

1 A = 1C / 1s

ارجع إلى الشكل التالي للإجابة عن الأسئلة 36-39 .

36. 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 .

37. 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 ).

38. ما اتجاه التيار الاصطلاحي في المحرك ؟

الحل :

من اليسار إلى اليمين خلال المحرك .

39. ما رقم الأداة التي :

       a.   تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ؟

       b.  تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كهربائية ؟

       c.   تعمل على فتح الدائرة و إغلاقها ؟

       d.   تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية ؟

الحل :

      a.    4

      b.  1

      c.    2

      d.  3

40. صف تحولات الطاقة التي تحدث في الأدوات التالية :

       a.   مصباح كهربائي متوهج .

       b.  مجففة ملابس .

       c.   مذياع رقمي مزود بساعة .

الحل :

       a.   تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية وضوء .

       b.  تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية وطاقة حركية .

       c.   تتحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وصوت .

41. 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 .

42. 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 .

43. 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 .

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

الحل :

مقاومة السلك والتيار المار فيه .

45. عرف وحدة القدرة الكهربائية بدلالة الوحدات الأساسية MKS .

الحل :

تطبيق المفاهيم

46. 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 .

47. صف طريقتين لزيادة التيار في دائرة كهربائية .

الحل :

إما بزيادة الجهد أو بتقليل المقاومة .

48. المصابيح الكهربائية يعمل مصباحان كهربائيان في دائرة جهدها 120 V . إذا كانت قدرة أحدهما 50 W والآخر 100 W ، فأي المصباحين مقاومته أكبر ؟ وضح إجابتك .

الحل :

49. 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 .

50. 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 .

51. قانون أوم وجدت سارة أداة تشبه مقاومة . عندما وصلت هذه الأداة ببطارية جهدها 1.5 V مر فيها تيار مقدارها 45x 10^-6 A فقط ، ولكن عندما استخدمت بطارية جهدها 3.0 V مر فيها تيار مقداره 25x10^-3 A ، فهل تحقق هذه الأداة قانون أوم ؟

الحل :

53. سلكان أحدهما مقاومته كبيرة والآخر مقاومته صغيرة . إذا وصل كل منهما بقطبي بطارية جهدها 60 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 .

إتقان حل المسائل

7-1 التيار الكهربائي والدوائر الكهربائية

54. وصل محرك ببطارية جهدها 12V كمت هو موضح في الشكل التالي . احسب مقدار :

     a.   القدرة التي تصل إلى المحرك .

     b.  الطاقة المحولة إذا تم تشغيل المحرك 15 min .

الحل :

     a.  
  

     b.     

55. يمر تيار كهربائي مقداره 0.50 A في مصباح متصل بمصدر جهد 120 V ، احسب مقدار :

    a.   القدرة الواصلة . 

    b.  الطاقة التي يتم تحويلها خلال 5.0 min .

الحل :

    a.  
  

    b. 

  

56. مجففات الملابس وصلت مجففة ملابس قدرتها 4200 W بدائرة كهربائية جهدها 220 V ، احسب مقدار التيار المار فيها .

الحل :

57. ارجع إلى الشكل التالي للغجابة عن الأسئلة التالية :

    a.   ما قراءة الأميتر ؟

    b.  ما قراءة الفولتمتر ؟

    c.   ما مقدار القدرة الواصلة إلى المقاومة

    d.  ما مقدار الطاقة التي تصل إلى المقاومة كل ساعة ؟

الحل :

     a.  

    b.     

27 V

    c.  
     

    d. 
  

58. المصابيح اليدوية إذا وصل مصباح يدوي بفرق جهد 3.0 V ، فمر فيه تيار مقداره 1.5 A :

a.   فما معدل الطاقة الكهربائية المستهلكة في المصباح ؟

b.  ما مقدار الطاقة الكهربائية التي يحولها المصباح خلال 11 min ؟

الحل :

      a.  
  

      b. 
  

59. ارسم رسما تخطيطيا لدائرة توال كهربائية تحتوي مقاومة مقدارها 16 Ω ، وبطارية ، مع أميتر قراءته 1.75 A ، حدد كلا من الطرف الموجب للبطارية وجهدها ، والطرف الموجب للأميتر ، واتجاه التيار الاصطلاحي .

الحل :      

60. يمر تيار كهربائي مقداره 66 mA في 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 :

     a.    هل يحقق المصباح قانون أوم ؟

     b.  ما مقدار القدرة المستنفدة في المصباح عند توصيله ببطارية  6.0 V ؟

     c.   ما مقدار القدرة المستنفدة في المصباح عند توصيله ببطارية 9.0 V ؟

الحل :

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

     b. 
  

     c.  

61. يمر تيار مقداره 0.40 A في مصباح موصول بمصدر جهد 120 V ، أجب عما يلي :

      a.    ما مقدار مقاومة المصباح في أثناء إضاءته ؟

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

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

الحل :

     a.  
     

     b. 
   

     c.  

62. المصابيح الكهربائية ما مقدار الطاقة المستنفدة في مصباح قدرته  60.0 W خلال نصف ساعة ؟ وإذا حول المصباح 12% من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية فما مقدار الطاقة الحرارية التي يولدها خلال نصف ساعة ؟

الحل :

63. 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 :

     a.   إذا وصل الدايود بفرق جهد مقداره 0.70 V فما مقدار مقاومته ؟

     b.  ما مقدار مقاومة الدايود عند استخدام فرق جهد مقداره 0.60 V ؟

     c.   هل يحقق الدايود قانون أوم ؟

الحل :

     a.  
  

     b. 
     

     c.   لا ، لأن المقاومة تعتمد على الجهد .

7-2 استخدام الطاقة الكهربائية

64. البطاريات يبلغ ثمن بطارية جهدها 9.0 V تقريبا 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 :

65. ما مقدار أكبر تيار ينتج عن قدرة كهربائية مقدارها 5.0 W في مقاومة مقدارها 220 Ω ؟

الحل :

66. يمر تيار مقداره 3.0 A في مكواة كهربائية جهدها 110 V . ما مقدار الطاقة الحرارية الناتجة خلال ساعة ؟

الحل :

67. في الدائرة الموضحة في الشكل التالي تبلغ اكبر قدرة كهربائية آمنة 50.0 W استخدم الشكل لإيجاد كل مما يلي :

    a.   أكبر تيار آمن .

    b.  أكبر جهد آمن .

الحل :

     a.      

     b. 
  

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

الحل :

69. التطبيقات يكلف تشغيل مكيف هواء 50 ريالا 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 :

70. المذياع يتم تشغيل مذياع ببطارية جهدها 9.0 V ، بحيث تزوده بتيار مقداره 50.0 mA .

      a.   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 .

      b.  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 :

a.      

b. 
  

مراجعة عامة

71. يمر تيار مقداره 1.2 A في مقاومة مقدارها 50.0 Ω مدة  5.0 min، احسب مقدار الحرارة المتولدة في المقاومة خلال هذه الفترة .

الحل :

72. وصلت مقاومة مقدارها 6.0 Ω ببطارية جهدها 15 V

a.    ما مقدار التيار المار في الدائرة ؟

b.  ما مقدار الطاقة الحرارية الناتجة خلال 10.0 min ؟

الحل :

      a.  

     b.  

73. المصابيح الكهربائية تبلغ مقاومة مصباح كهربائي متوهج 10.0 Ω قبل إنارته ، وتصبح 40.0 Ω عند إنارته بتوصيله بمصدر جهد 120 V . أجب عن الأسئلة التالية : 

      a.   ما مقدار التيار الذي يمر في المصباح عند إنارته ؟

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

     c.   متى يستهلك المصباح أكبر قدرة كهربائية ؟

الحل :

      a.  
  

      b. 
  

     c.   في اللحظة التي يشغل فيها .

74. تستخدم مقاومة متغيرة للتحكم في سرعة محرك كهربائي جهده 12 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 :

75. يشغل محرك كهربائي مضخة توزيع الماء في مزرعة بحيث تضخ 1.0x10⁴ L 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 :

     a.   التيار المار في المحرك ؟

     b.  كفاءة المحرك ؟

الحل :

     

      a.  
  

  

      b. 
 

76. ملف تسخين مقاومته 4.0 Ω ، ويعمل على جهد مقداره 120 V ، أجب عما يلي :

      a.   ما مقدار التيار الكهربائي المار في الملف عند تشغيله ؟

     b.  ما مقدار الطاقة الواصلة إلى الملف خلال 5.0 min ؟

     c.   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 % .

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

الحل :

    a.  
  

    b. 
     

    c.  
  

    d. 
  

77. التطبيقات مدفأة كهربائية تصل قدرتها إلى 500 W . أجب عما يلي :

    a.    ما مقدار الطاقة الواصلة إلى المدفأة في نصف ساعة ؟

    b.  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 ؟    

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

الحل :

     a.  
  

  

     b. 

     c.  
  

التفكير الناقد

78. تصميم النماذج ما مقدار الطاقة المختزنة في مكثف ؟ يعبر عن الطاقة اللازمة لزيادة فرق الجهد للشحنة q بالعلاقة : 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 .

79. تطبيق المفاهيم يعمل فرن كهربائي ميكروويف على فرق جهد 120 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 :

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

      b.  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 .

      c.   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 .

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

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

      f.    ناقش لماذا يجب عدم تشغيل أفران الميكروويف وهي فارغة ؟

الحل :

     a.      

     b. 
  

     c.  

     d.   ألغيت وحدة kg ووحدة J ، وبقيت ^oC/s .

     e.   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 .

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

80. تطبيق المفاهيم تتراوح أحجام مقاومة مقدارها 10 Ω بين 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 .

81. إنشاء الرسوم البيانية واستخدامها الرسم البياني للصمام الثنائي (الدايود ) الموضح في الشكل 7-15 أكثر 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 .

الكتابة في الفيزياء

82. 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 .

83. 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 .

مراجعة تراكمية

84. تبعد شحنة مقدارها +3.0x10^-6 C مسافة 2.0 m عن شحنة أخرى مقدارها +6.0x10^-5 C ، احسب مقدار القوة المتبادلة بينهما .

الحل :

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^