الدارة البسيطة والتوصيل على التوالي والتوازي
يركّب دارة بسيطة ويحدّد اتّجاه التيار الإلكتروني والاصطلاحي فيها، ويقارن إضاءة المصابيح الموصولة على التوالي والتوازي عند إضافة مصباح أو فكّه.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: أدوات بناء الدارة الكهربائية: التيار المستمر — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (١): الدّارة الكهربائيّة البسيطة — الجزء الثاني، ص ٤٠
- نشاط (٢): اتّجاه التّيّار الكهربائي — الجزء الثاني، ص ٤١
- نشاط (٣): توصيل المصابيح الكهربائيّة — الجزء الثاني، ص ٤٣
خطوات التجربة
افتح شاشة «مقدمة»، وابنِ دارة بسيطة من «بطارية» و«مصباح كهربائي» و«مفتاح كهربائي» وأسلاك. اضغط على المفتاح لتغلقه وتفتحه، ولاحظ المصباح.
بدّل العرض إلى الرموز بزرّ العرض الرمزي (أيقونة الرسم بالخطوط) بجانب الشكل الواقعي، وقارن الرسم بالدارة التي رسمتها بالرموز في الكتاب.
ضع علامة على «أظهِر التيّار» واختر «الكترونات»، وتتبّع اتّجاه حركة الإلكترونات بين قطبي البطارية. ثم اختر «اصطلاحي» وقارن اتّجاه الأسهم.
ابنِ الدارة (١): بطارية ومفتاح ومصباحان موصولان الواحد تلو الآخر على الخط نفسه. ثم ابنِ الدارة (٢): بطارية ثانية ومفتاح ومصباحان كلٌّ منهما في فرع. أغلق المفتاحين وقارن الإضاءة.
أضف مصباحًا ثالثًا إلى كل دارة بالطريقة نفسها، وقارن شدّة إضاءة المصابيح في الدارتين.
احذف مصباحًا واحدًا من كل دارة (اضغط عليه ثم على أيقونة الحذف)، وسجّل ماذا حدث للمصابيح الباقية.
أكمل جدول المقارنة كما في الكتاب: تفرّع التيار، وشدّة الإضاءة، وأثر تلف أحد المصابيح، في التوصيل على التوالي والتوصيل على التوازي.
الفكرة العلمية
الدارة الكهربائية البسيطة مسار مغلق: البطارية تدفع الشحنات، والأسلاك تنقلها، والمفتاح يغلق المسار ويفتحه، والمصباح يضيء حين يمرّ فيه التيار. والشحنات السالبة تتحرّك فعليًّا من القطب السالب للبطارية عبر الأسلاك والمصباح إلى قطبها الموجب، وهذا هو التيار الإلكتروني. لكن العلماء اصطلحوا على أن اتّجاه التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب، وهذا هو التيار الاصطلاحي. وفي التوصيل على التوالي يسري التيار نفسه في المصابيح كلها دون تفرّع، فتقلّ إضاءتها كلما زاد عددها، وإذا فُكّ أحدها انقطعت الدارة وانطفأت كلها. وفي التوصيل على التوازي يتفرّع التيار، فيبقى كل مصباح مضيئًا بشدّة، وإذا فُكّ أحدها بقيت البقية مضيئة. لاحظ أن بطارية المحاكاة مثالية لا تضعف، أما البطارية الحقيقية فقد تضعف قليلًا مع كثرة المصابيح على التوازي.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
اخترت «الكترونات» في المحاكاة. في أيّ اتّجاه تتحرّك الإلكترونات في الأسلاك خارج البطارية؟
- من القطب الموجب إلى القطب السالب
- من القطب السالب إلى القطب الموجب
- من القطبين معًا نحو المصباح
- تتحرّك ذهابًا وإيابًا في مكانها
اعرض الإجابة
ب) من القطب السالب إلى القطب الموجب
الشحنات السالبة تتحرّك فعليًّا من القطب السالب عبر الأسلاك والمصباح إلى القطب الموجب، وهذا هو التيار الإلكتروني. والاتّجاه من الموجب إلى السالب هو التيار الاصطلاحي، وهو اتّفاق بين العلماء لا حركة الإلكترونات الفعلية. الخلط بين الاتّجاهين أشهر خطأ في هذا النشاط.
في الدارة (١) ثلاثة مصابيح على التوالي. حذفت أحدها. ماذا يحدث للمصباحين الآخرين؟
- يزداد ضوؤهما
- يبقيان كما كانا
- ينطفئان، لأن مسار التيار الوحيد انقطع
- ينطفئ واحد ويبقى الآخر مضيئًا
اعرض الإجابة
ج) ينطفئان، لأن مسار التيار الوحيد انقطع
في التوصيل على التوالي للتيار مسار واحد يمرّ في المصابيح كلها، فإذا انقطع في أيّ موضع توقّف التيار في الدارة كلها. ومن توقّع أن يزداد الضوء طبّق ما يحدث حين نقلّل المصابيح في دارة مغلقة، لكن الحذف هنا ترك ثغرة في المسار.
أضفت مصباحًا ثالثًا على التوازي في الدارة (٢). ماذا لاحظت على إضاءة المصابيح؟
- ضعفت إضاءتها كلها كما في التوالي
- انطفأت كلها
- صار المصباح الجديد وحده مضيئًا
- بقيت إضاءة كل مصباح قوية كما كانت تقريبًا
اعرض الإجابة
د) بقيت إضاءة كل مصباح قوية كما كانت تقريبًا
في التوصيل على التوازي لكل مصباح فرعه الخاص من البطارية، فيبقى ضوؤه قويًّا مهما أضفنا من فروع في المحاكاة. ومن ظنّ أن الإضاءة تضعف كما في التوالي لم يفرّق بين المسار الواحد والمسارات المتفرّعة.
في البيت إذا تلف مصباح في غرفة بقيت مصابيح الغرف الأخرى مضيئة. على أيّ طريقة وُصلت مصابيح البيت؟ استعن بما جرّبته.
اعرض الإجابة
وُصلت على التوازي. فقد رأيت في المحاكاة أن حذف مصباح من دارة التوازي يترك المصابيح الأخرى مضيئة، لأن لكل مصباح فرعًا خاصًّا به. أما في التوالي فتلف مصباح واحد يطفئ الجميع، وهذا لا يناسب البيت.
بدّلت بين «الكترونات» و«اصطلاحي». هل تغيّرت إضاءة المصباح؟ ماذا يعني ذلك؟
اعرض الإجابة
لم تتغيّر الإضاءة، تغيّر فقط شكل العرض واتّجاه الأسهم. فالتيار الإلكتروني والتيار الاصطلاحي طريقتان لوصف التيار نفسه: الأولى تصف حركة الشحنات السالبة الفعلية، والثانية اتّجاه اتّفق عليه العلماء.