الدرس الأول: الكهرباء

الكهرباء نوع من الطاقة ينشأ من حركة الإلكترونات أو تراكمها. تنقسم إلى كهرباء ساكنة تجمع شحنات على السطوح وتسبب شرارة عند اللمس، وتيار كهربائي يسري في مسار مغلق يسمى الدائرة الكهربائية. تتكون الدائرة من أسلاك ومصدر جهد ومقاومة ومفتاح للتحكم. توجد دوائر التوالي التي تنتقل فيها الطاقة بمسار واحد وتضعف بإضافة مقاومات، ودوائر التوازي التي توفر مسارات متعددة وتبقى الأجهزة تعمل باستقلالية. تستخدم القواطع والمنصهرات لتوفير الحماية من التيارات الكبيرة ومنع الحرائق.

الفكرة الأساسية

الكهرباء شكل من أشكال الطاقة، وتنتج عن حركة الإلكترونات أو تراكمها. تنقسم إلى كهرباء ساكنة تتراكم على السطوح، وتيار كهربائي يسري عبر مسارات مغلقة تسمى الدوائر الكهربائية لتشغيل الأجهزة.

الشرح

تتكون الذرة من بروتونات ذات شحنة موجبة وإلكترونات ذات شحنة سالبة. عندما تتراكم الإلكترونات على السطوح تتكون الكهرباء الساكنة التي قد تنتقل بين الأجسام على شكل شرارة عند تقاربها، مثل لمس مقبض الباب في يوم بارد. أما التيار الكهربائي فهو سريان الإلكترونات في موصل ضمن مسار مغلق يسمى الدائرة الكهربائية. تضم الدائرة مصدراً للجهد مثل البطارية، ومقاومة كهربائية مثل المصباح، ومفتاحاً لفتح وإغلاق الدائرة. تقاس المقاومة بوحدة أوم. تنقسم الدوائر الكهربائية إلى نوعين: دائرة التوالي التي يسري فيها التيار في مسار واحد وتتأثر بنقص أو زيادة المقاومات، ودائرة التوازي التي توجد فيها مسارات متعددة لسريان التيار بحيث يبقى التيار مستمراً في بقية المسارات إذا توقف أحدها.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا عمل جهاز التلفاز بمعدل قدرة مئة وعشرين واط لمدة اثنتي عشرة ساعة ونصف في الأسبوع، فما مقدار الطاقة التي يستهلكها في أسبوع بوحدة كيلوواط ساعة؟ الخطوة الأولى: أجد مقدار الواط الذي يستهلكه الجهاز وأضربه في عدد ساعات التشغيل الأسبوعية فيكون الناتج مئة وعشرين واط مضروباً في اثنتي عشرة ساعة ونصف فيكون الناتج ألفاً وخمسمائة واط ساعة. الخطوة الثانية: أحول الناتج إلى وحدة كيلوواط ساعة بالقسمة على ألف فيكون الناتج ألفاً وخمسمائة مقسوماً على ألف فيساوي واحداً ونصف كيلوواط ساعة.

أخطاء شائعة

الظن أن قطع أحد المصابيح في دائرة التوازي يوقف عمل جميع المصابيح الأخرى، بينما الصحيح أن التيار يستمر في المسارات الأخرى. الاعتقاد بأن الأسلاك المهترئة لا تشكل خطراً، والصحيح أنها قد تسبب دائرة تماس وتؤدي إلى حريق.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ماذا يحدث للمقاومة الكلية في دائرة التوالي عند إضافة مقاومات جديدة؟ الإجابة: تنقص الطاقة التي تصل إلى كل مقاومة وتزداد المقاومة الكلية في الدائرة. السؤال الثاني: ما الذي يحمي المنازل من التيارات الكهربائية الكبيرة؟ الإجابة: القواطع الكهربائية والمنصهرات.