شرح وتوضيح مفاهيم الكهرباء التيارية للصف الأول المتوسط

السلام عليكم سوف ابدا بإذن الله بتوضيح مفهوم التيار الكهربائي وطريقتي هي استنتاج هذه المفاهيم من خلال المناقشة والأنشطة
الهدف: 1- تعريف التيار الكهربائي 2- استنتاج وحدة قياس التيار.
تخيل أن لديك مدفعا يقذف بحزمة من الجسيمات المشحونة خلال ثقب في لوح كما في الشكل وتشكل هذه الحزمة المارة خلال الثقب سيل من الشحنات.

ملف مرفق 932

2- لوصف مقدار هذا السيل نستخدم كمية تسمى التيار الكهربائي ت أو شدة التيار الكهربائي
3- إذا قسنا عدد الشحنات ش التي مرت من خلال الثقب في فترة زمنية معينة ز ووجدناها كالآتي:
ز1 = 5 ثانية فإن ش1 = 5000 شحنة ملاحظة هذه الأرقام افتراضية لأن عدد الشحنات في الواقع تفوق هذا العدد بملايين المرات
احسبي عدد الشحنات المارة في الثانية الواحدة
عدد الشحنات المارة في الثانية الواحدة = 5000÷ 5 = 1000 شحنة
ما تم حسابه سابقاً يسمى الأمبير وهو وحدة قياس التيار الكهربائي في النظام العالمي للوحدات ويرمز له بالرمز a
مما سبق أعطي تعريفاً للأمبير بمفهومك
عدد الشحنات المارة خلال مقطع معين من الموصل في الثانية الواحدة.
إذن يمكن القول أن كمية الشحنات المارة خلال مقطع معين في وحدة الزمن يسمى شدة التيار الكهربائي ( ت ) ووحدة قياسه الأمبير.

ملاحظة:عدد الالكترونات في الثانية كبير جداً لذلك أتفق العلماء على اعتبار وحدة لقياس كمية الشحنات الكهربية وهي الكولوم حيث أن الكولوم الواحد = 6،25 × 10 18 الكترون( أي 625 و أمامه 16 صفر هل يمكنك قراءة هذا الرقم؟)
يمكنك تخيل العلاقة بين الكولوم وعدد الالكترونات (الشحنات) بالعلاقة بين عدد من الأكواب المملؤة بالسكر وعدد حبيبات السكر في كل كوب.
س: استنتجي العلاقة بين الأمبير والكولوم؟
الأمبير= كولوم / ثانية

ثانياً:مفهوم الدائرة الكهربائية
الهدف:ملاحظة (الصور التي أدرجت صغيرة ولم استطع تكبيرها أرجو المعذرة)
1- التعرف على الدائرة الكهربية البسيطة وعناصرها.
2- تخطيط دائرة كهربائية.

س 1/ ماذا نفعل لتشغيل مكنسة كهربائية أو مصباح كهربائي أو تلفاز؟ وماذا نفعل لإيقاف التشغيل؟
توصيله بمصدر للتيار الكهربائي الضغط على زر التشغيل

س 2/ تحتوي المقابس الكهربائية عادة على مسارين هل لديك تفسير لذلك؟
حتى يخرج التيار من جهة ويعود إليها ليكمل الدائرة
س 3 الشكل التالي يمثل دائرة كهربائية لتشغيل مصباح كهربائي ادرس الشكل وبالاستعانة بالأدوات التي أمامك كون دائرة كهربية بسيطة . لماذا سميت بالدائرة الكهربية؟




ملف مرفق 934الأدوات: بطارية ، مصباح ، مفتاح كهربائي و أسلاك.
الخطوات /1-صل الأدوات كما في الشكل.
2-أغلق القاطعة ولاحظي ما يحدث.
توهج المصباح
3-افتح القاطعة ولاحظ ما يحدث.
انطفاء المصباح
4- استبدل مكان المفتاح بمكان المصباح و أغلق القاطعة ثم لاحظ ما يحدث.
.توهج المصباح أيضاً.
5- استنتج لماذا سميت بالدائرة الكهربائية.
هي مجموعة من العناصر الكهربائية التي تحتوي على مسار تسلكه الالكترونات المتدفقة من مولد التيار الكهربائي إلى الأجهزة الكهربائية ثم العودة إلى نفس المصدر.
-هل يمكنك رسم الدائرة السابقة بسهولة وإتقان وخاصة إذا وجدت بها عناصر أخرى محرك ومكواة؟.لا أعاني صعوبة وتأخذ زمن كبير
أتفق العلماء للتسهيل على تمثيل عناصر الدائرة الكهربائية برموز وهي كالآتي:
رموز العناصر :
ملف مرفق 933

ثالثاً تمثيل دارة كهربائية :(تخطيط دائرة كهربائية )


ملف مرفق 935

رابعاً سريان التيار الكهربائي وفرق الجهد
الهدف : تفسير سريان التيار الكهربائي في موصل .
سؤال :كيف تسري الشحنات الكهربائية داخل الموصل.
تجربة 1 الأدوات: مجرى طوله حوالي 50سم أو أكثر(يمكن استخدام أنبوب البلاستيك التي تحفظ فيها أسلاك الكهرباء)
مجموعة من الكرات الصغيرة تكون مناسبة لعرض المجرى ( يمكن استخدام الكرات الزجاجية ( برجون ) أو كرات معدنية صغير تؤخذ من سير الدراجات وتسمى( رمان بلي)
الخطوات:
1- ضع المجرى على طاولة في وضع أفقي ثم رص الكرات عليها.ولاحظ هل تتحرك الكرات وهي في هذا الوضع؟
لا تتحرك

أ ب


2- ضع حاجز عند الطرف ب و ارفعي الطرف أ مسافة عمودية حوالي 5سم بينما يبقى الطرف الآخر في مستوى الطاولة. لاحظ ما يحدث؟
و ما نوع الطاقة التي تكتسبها الكرات في النقطتين أ ،ب ؟
لا تتحرك ، طاقة كامنة في النقطة أ – الطاقة = صفر في النقطة ب ( باعتبار أن مستوى سطح الطاولة هو المستوى الأرضي)

3- أزيل الحاجز ولاحظ ما يحدث .و إلى أي نوع من الطاقة تتحول طاقة الكرات في هذه الحالة ؟
تتحرك الكرات إلى الأسفل تتحول من طاقة كامن إلى طاقةحركية.

5 سم






4- زد المسافة العمودية لتصبح 10 سم تقريباً . ولاحظ ما يحدث؟
تزداد سرعة الكرات نظراً لزيادة الطاقة الكامنة.

ماذا تستنتج: أن الكرات لا تتحرك إلا إذا كان هناك فرق في الطاقة الكامنة بين النقطتين التي تتحرك بينهما وتزداد سرعة هذه الكرات بزيادة فرق الطاقة بين النقطتين.

باعتبار أن الكرات تمثل شحنات الموصل الحرة ماذا يلزم لسريان هذه الشحنات.
1-حتى تسري الشحنات في موصل يجب أن يكون هناك فرق في الطاقة بين النقطتين التي تنقل بينها الشحنات .
2 - تزداد سرعة الشحنات بزيادة فرق الطاقة بين النقطتين التي تنتقل بينهما الشحنات.

رابعاً فرق الجهد الكهربائي
تجربة 2
الأدوات: حوضان ،ماء ، أنبوب مطاطي شفاف .
الخطوات:1-ضع الحوضين في نفس المستوى و املء أحدهما بالماء أكثر من الآخر.
2- ضع أحد طرفي الأنبوب المطاطي في أحد الحوضين ثم قم بسحب الهواء من الطرف الآخر للأنبوب هل ينتقل الماء من أحد الحوضين إلى الآخر.؟نعم ينتقل الماء من الحوض الأعلى إلى الأقل.
3-لاحظ متى يتوقف انتقال الماء بين الحوضين؟ عندما يتساوى مستوى الماء في الحوضين.
1- ارفع الحوض الآخر بحيث يكون في مستوى أعلى من الأول، ولاحظ ما يحدث؟ينتقل الماء من المستوى الأعلى إلى الأقل أيضاً.
2- إذا أردنا نقل الماء من مستوى منخفض إلى مستوى مرتفع كما في المنازل كيف يمكن ذلك؟نستعمل مضخة كهربائية.
3- قارن بين انتقال السائل من حوض إلى آخر بانتقال التيار الكهربائي في الدائرة الكهربائية.
ينتقل السائل من حوض إلى آخر إذا كان هناك فرق في الارتفاع ( الطاقة الكامنة ) بين الحوضين كذلك ينتقل التيار الكهربائي في الدائرة الكهربائية إذا كان هناك فرق في الطاقة بين النقطتين اللتين ينتقل بينهما التيار الكهربائي.
4- باعتبار أن المضخة توفر طاقة (جهد) تعمل لنقل الماء من أسفل إلى أعلى كذلك فإن البطارية لها جهد يسمى بجهد البطارية.
5- ما نوع طاقة الالكترونات التي تتحرك داخل موصل في دائرة كهربائية.
طاقة حركية
6- إذا أردنا تشغيل دائرة كهربائية بها مصباح كهربائي وغسالة ومذياع ما نوع الطاقة التي تعطيها هذه الأجهزة ؟
المصباح طاقة حرارية ضوئية- الغسالة طاقة حركية – المذياع طاقة صوتية
7- ماذا حدث لطاقة الالكترونات ولماذا؟
تحولت إلى أشكال أخرى من الطاقة
ارسم مخطط سهمي توضحي فيه تحولات الطاقة في الدائرة السابقة.

إن الطاقة الكهربائية التي تنقلها الشحنات الكهربائية عندما تنتقل من نقطة إلى أخرى في دائرة تسمى جهد كهربائي ، ما الفرق بينها وبين جهد البطارية.
جهد البطارية الطاقة التي تنقلها كمية من الشحنة من المولد، بينما الجهد الكهربائي الطاقة التي تنقلها كمية الشحنة إلى الدائرة الكهربية

تفكير ناقد :س 1 ما الرابط بين الدورة الدموية ودورة المياه في المنازل و الدائرة الكهربائية.
في الدائرة الكهربية يقوم المولد بدفع التيار الكهربائي داخل الأسلاك بينما في الدورة الدموية يقوم القلب بضخ الدم خلال الأوعية الدموية وفي دورة المياه في المنازل تقوم المضخة بنقل المياه في الأنابيب.
س2 تحط الطيور على أسلاك الجهد العالي في جميع الأوقات فلماذا لا تصعق؟.
لعدم وجود فرق في الجهد بين رجلي الطائر (أسراب الطيور تقف على سلك واحد... وبالتالي فرق الجهد بينالرجلين مثلا هو صفر ...)

س3 لو أن تياراً مقداره كسر صغير من الأمبير مر من يد شخص ما وخرج من الأخرى فقد يصعق ولكن إذا كان مسار التيار من إحدى اليدين إلى كوع نفس اليد فإن الإنسان ينجو حتى لو كان التيار من الكبر بحيث يحرق.اشرح هذه العبارة؟

لم تتكون دائرة كهربية فالصعق الكهربائي لا يحدث إلا عندما يكون هناك دائرة كهربائية حولي الجسم . ولذلك ينصح العاملون في مجال الصيانة الكهربائية بلباس الاحذية العازلة والتيتفصل جسم الانسان عن الارض ..

خامساً: جهد البطارية وجهد الدائرة
الهدف:1- التمييز بين مفهوم جهد البطارية وجهد الدائرة الكهربائية باستخدام إستراتيجية تمثيل الأدوار

الأدوات: 1-سلال صغيرة ، سلة كبيرة لحمل الطاقة .
2- قطع من السكر (حلويات صغيرة) تمثل الطاقة الكهربائية.
3-خمس طالبات تمثل كل واحدة منهن كمية الكهرباء ( كولوم) وطالبة رئيسية تمثل البطارية.
4- المجموعات التعاونية تمثل كل مجموعة جهاز كهربائي .
5-بطاقات بعدد المجموعات يكتب عليها أرقام مختلفة بعدد أفراد كل مجموعة ( مصباح كهربائي 5 فولت ، مروحة 4 فولت ، مكواة 6 فولت ، تلفزيون 7 فولت، ....)
6- بطاقة رئيسية على شكل بطارية تكتب عليها عبارة (40 فولت (يفضل بعدد يساوي عدد الطالبات في المجموعات))
7- بطاقات للطالبات اللاتي يمثلن الكولوم على شكل تاج توضع على رأس الخمس طالبات يكتب عليها كمية شحنة (كولوم ).
الطريقة:1-نضع في السلة الكبيرة الحلويات الصغيرة وتوضع أمام الطالبة التي تمثل البطارية.
2- تتراص الطالبات اللاتي تمثلن الكولوم أمام البطارية ومعهن السلال الصغيرة.
3- تأخذ كل واحدة كمية من الحلويات بعدد جهد البطارية .
4- تبدأ المسيرة من الجهد السالب وتمر كل طالبة بكل مجموعة على التسلسل وتعطي كل طالبة كل مجموعة عدد من الحلويات بعدد جهد المجموعة ، ثم تكمل مسارها حتى تصل إلى البطارية مرة أخرى فتأخذ مرة أخرى كمية أخرى كما في السابق وتعاد الدورة من جديد.







أوجه الشبه بين الدائرة الكهربائية وبين التمثيل









1- الكولومات يمثلن التيار الكهربائي وبما أن السكريات تعطي طاقة فهي تمثل الطاقة الكهربية.
2- يسري التيار المستمر من القطب السالب بحيث تحمل كل كولوم طاقة مقدارها 40 جول من هنا يمكن تعريف جهد البطارية بأنه كمية الطاقة التي يكتسبها كل كولوم من المولد،أو كمية الطاقة التي تنقلها الشحنات من المولد
3- جهد الدائرة تمثل كمية الطاقة التي يفقدها الكولوم في الدائرة أو كمية الطاقة التي تنقلها الشحنات إلى الدائرة.

ماشاء الله انت مبدعة