Physics
📄 اطبع pdf
00971504825082
االقوة المحركة الكهربائية والمقاومة الداخلية للبطارية
The electromotive force and the internal resistance of the battery
🔋 البطارية والقوة الدافعة الكهربائية
المقاومة الداخلية - القوة المحركة الدافعة (EMF) - فرق الجهد
📖 مقدمة
البطارية: تبذل شغلاً على الشحنات الكهربائية في الدائرة وتعطيها طاقة كهربائية وتدفعها في الدائرة، لذلك تدعى القوة الدافعة الكهربائية.
عند وصل البطارية في دائرة تحتوي على أسلاك موصلة، يتكون مجال كهربائي يعمل على إعطاء طاقة للشحنات الخارجة منها، التي تصطدم مع الشحنات الموجودة في الأسلاك الموصلة وتوجه حركتها وتدفعها في أجزاء الدائرة.
البطارية تبذل قوة على الشحنات \( (f) \) وتعطيها طاقة كهربائية \( (e) \) وتدفعها وتحركها في الدائرة \( (m) \).
لذلك يرمز لفرق الجهد الناتج عن البطارية بـ \( V_{emf} \).
القوة المحركة الدافعة \[ (EMF) = V_{emf} \]
📝 أمثلة تعليمية
📌 المثال الأول
السؤال: البطارية توفر فرق جهد ذات قيمة ثابتة بينما لا توفر تيار ثابت. ما هو السبب؟
▸ السبب:
قيمة التيار تعتمد على:
- فرق الجهد (الفولتية) الذي توفره البطارية
- مقاومة الدائرة الكهربائية وفقاً لقانون أوم: \( I = \frac{V}{R} \)
بما أن البطارية توفر جهداً ثابتاً، فإن التيار يتغير بتغير مقاومة الدائرة. إذا زادت المقاومة ينخفض التيار، وإذا قلت المقاومة يزيد التيار.
💡 ملاحظة: البطاريات المثالية توفر جهداً ثابتاً بغض النظر عن الحمل، لكن البطاريات الحقيقية قد ينخفض جهدها عند تيارات عالية بسبب مقاومتها الداخلية.
📌 المثال الثاني
السؤال: بطارية قابلة للشحن كتب عليها
\[2500 mAh\] ما مقدار الشحنة التي توفرها؟
▸ المعطيات:
السعة = 2500 mA·h = 2.5 A·h
▸ القانون المستخدم:
\[Q = I(A).t(s) \]
(حيث أن 1 أمبير-ساعة = 3600 كولوم)
▸ الحل:
\[ Q = \frac {2500}{1000}\times 3600 = 9000 \text{c} \]
💡 تذكر: mA·h تعني ملي أمبير في الساعة، وهي وحدة لسعة البطارية وتمثل مقدار الشحنة التي يمكن أن توفرها البطارية.
✅ الإجابة النهائية: الشحنة = 9000 كولوم
🔹 المقاومة الداخلية للبطارية
قام أحد الطلاب بقياس فرق الجهد بين طرفي بطارية والدائرة مفتوحة، ومرة أخرى والدائرة مغلقة.
كانت القياسات كما هو موضح بالشكل:
السبب: الدائرة المغلقة حدث بها ضياع في جهد المصدر. السبب وجود مقاومة داخلية في البطارية يرمز لها بالرمز \( r \) وتقدر بوحدة الأوم \( (\Omega) \).
\[ r = \frac{V_r}{I} \]
حيث \( V_r \) هو الجهد المفقود داخل البطارية، و \( I \) هو التيار المار في الدائرة.
🔹 القوة المحركة الدافعة (EMF) وفرق الجهد
- القوة المحركة الدافعة (EMF): هي فرق الجهد بين طرفي البطارية عندما تكون الدائرة مفتوحة (لا يمر تيار).
- فرق الجهد (Terminal Voltage): هو فرق الجهد بين طرفي البطارية عندما تكون الدائرة مغلقة (يمر تيار). وهو دائماً أصغر من القوة المحركة الدافعة.
- لا تظهر قيمة المقاومة الداخلية إلا إذا مر تيار بها.
- إذا أهملت المقاومة الداخلية، عندها تعادل القوة المحركة الدافعة فرق الجهد.
📝 مسائل محلولة
📌 المثال الثالث
المعطيات: في الشكل المقاومة الخارجية \( R = 10\Omega \) والمقاومة الداخلية للبطارية \( r = 2\Omega \)، جهد البطارية \( V = 12V \).
المطلوب: عند إغلاق الدائرة، حدد قيم البيانات التالية:
▸ الخطوة 1: حساب المقاومة الكلية
\[ R_{total} = R + r = 10 + 2 = 12\Omega \]
▸ الخطوة 2: حساب التيار المار في الدائرة
\[ I = \frac{V}{R_{total}} = \frac{12}{12} = 1A \]
▸ الخطوة 3: حساب الجهد المصروف بين طرفي المقاومة الخارجية
\[ V_R = I \times R = 1 \times 10 = 10V \]
▸ الخطوة 4: حساب الجهد المصروف بين طرفي المقاومة الداخلية
\[ V_r = I \times r = 1 \times 2 = 2V \]
▸ الخطوة 5: القوة المحركة للبطارية
\[ V_{emf} = V_R + V_r = 10 + 2 = 12V \]
✅ الإجابات النهائية:
\( V_R = 10V \)
\( V_r = 2V \)
\( V_{emf} = 12V \)
📌 المثال الرابع
المعطيات: قام أحد الطلاب بقياس القوة المحركة الكهربائية بين طرفي بطارية فكانت \( \varepsilon = 10V \). تم وصلها بمقاومة \( R = 20\Omega \) كما في الشكل، وتم قياس فرق الجهد والدائرة مغلقة للبطارية فكانت \( V = 9.6V \).
المطلوب: أوجد المقاومة الداخلية للبطارية.
▸ الخطوة 1: حساب التيار المار في الدائرة
من قانون أوم: \( I = \frac{V}{R} = \frac{9.6}{20} = 0.48A \)
▸ الخطوة 2: حساب الجهد المفقود داخل البطارية
\[ V_r = \varepsilon - V = 10 - 9.6 = 0.4V \]
▸ الخطوة 3: حساب المقاومة الداخلية
\[ r = \frac{V_r}{I} = \frac{0.4}{0.48} = 0.833\Omega \]
✅ الإجابة النهائية: \( r = 0.83\Omega \) (أقرب قيمة من الخيارات هي D)
🔋 اختبار القوة الدافعة الكهربائية وقانون أوم
EMF - المقاومة الداخلية - فرق الجهد - 15 سؤالاً
20:00
السؤال 1/15
التقدم: 0%
تم الإجابة: 0/15
🔋 Battery & Electromotive Force
Internal Resistance - EMF - Terminal Voltage
For inquiries: 00971504825082
📖 Introduction
Battery: Does work on electric charges in the circuit, giving them electrical energy and pushing them through the circuit. This is why it is called Electromotive Force (EMF).
When a battery is connected to a circuit with conducting wires, an electric field is created that gives energy to the charges exiting the battery. These charges collide with charges in the conducting wires, guiding their movement and pushing them through the circuit.
The battery exerts a force \( (f) \) on charges, giving them electrical energy \( (e) \) and moving them \( (m) \) through the circuit.
Therefore, the voltage produced by the battery is denoted as \( V_{emf} \).
\[ \text{Electromotive Force } (EMF) = V_{emf} \]
📝 Educational Examples
📌 Example 1
Question: A battery provides a constant voltage but does not provide constant current. Why?
▸ Reason:
The current value depends on:
- The voltage provided by the battery
- The circuit resistance according to Ohm's Law: \( I = \frac{V}{R} \)
Since the battery provides constant voltage, the current changes as the circuit resistance changes. If resistance increases, current decreases, and vice versa.
💡 Note: Ideal batteries provide constant voltage regardless of the load, but real batteries may have their voltage drop at high currents due to internal resistance.
📌 Example 2
Question: A rechargeable battery is labeled 2500 mAh. How much charge does it provide?
▸ Given:
Capacity = 2500 mA·h = 2.5 A·h
▸ Formula:
\[ \text{Charge (Coulombs)} = \text{Capacity (Ah)} \times 3600 \]
(1 Ah = 3600 Coulombs)
▸ Solution:
\[ Q = 2.5 \times 3600 = 9000 \text{ Coulombs} \]
💡 Remember: mA·h stands for milliamp-hours, a unit of battery capacity representing the amount of charge the battery can provide.
✅ Final Answer: Charge = 9000 Coulombs
🔹 Internal Resistance of a Battery
A student measured the voltage across a battery terminals with the circuit open, and again with the circuit closed.
The measurements are shown in the figure:
Reason: In the closed circuit, there is a voltage drop in the source. This is due to the internal resistance of the battery, denoted by \( r \) and measured in ohms \( (\Omega) \).
\[ r = \frac{V_r}{I} \]
Where \( V_r \) is the voltage lost inside the battery, and \( I \) is the current flowing in the circuit.
🔹 EMF and Terminal Voltage
- EMF (Electromotive Force): The voltage across the battery terminals when the circuit is open (no current flows).
- Terminal Voltage: The voltage across the battery terminals when the circuit is closed (current flows). It is always less than the EMF.
- The internal resistance only appears when current flows through the battery.
- If internal resistance is neglected, the EMF equals the terminal voltage.
📝 Solved Problems
📌 Example 3
Given: External resistance \( R = 10\Omega \), internal resistance \( r = 2\Omega \), battery voltage \( V = 12V \).
Required: When the circuit is closed, find:
▸ Step 1: Calculate total resistance
\[ R_{total} = R + r = 10 + 2 = 12\Omega \]
▸ Step 2: Calculate current in the circuit
\[ I = \frac{V}{R_{total}} = \frac{12}{12} = 1A \]
▸ Step 3: Calculate voltage across external resistance
\[ V_R = I \times R = 1 \times 10 = 10V \]
▸ Step 4: Calculate voltage across internal resistance
\[ V_r = I \times r = 1 \times 2 = 2V \]
▸ Step 5: Battery EMF
\[ V_{emf} = V_R + V_r = 10 + 2 = 12V \]
✅ Final Answers:
\( V_R = 10V \)
\( V_r = 2V \)
\( V_{emf} = 12V \)
📌 Example 4
Given: A student measured the EMF of a battery as \( \varepsilon = 10V \). It was connected to a resistor \( R = 20\Omega \) as shown, and the terminal voltage was measured as \( V = 9.6V \).
Required: Find the internal resistance of the battery.
▸ Step 1: Calculate current in the circuit
From Ohm's Law: \( I = \frac{V}{R} = \frac{9.6}{20} = 0.48A \)
▸ Step 2: Calculate voltage lost inside the battery
\[ V_r = \varepsilon - V = 10 - 9.6 = 0.4V \]
▸ Step 3: Calculate internal resistance
\[ r = \frac{V_r}{I} = \frac{0.4}{0.48} = 0.833\Omega \]
✅ Final Answer: \( r = 0.83\Omega \) (closest option is D)
🔋 EMF and Ohm's Law Quiz
Internal Resistance - Terminal Voltage - 15 Questions
20:00
Question 1/15
Progress: 0%
Answered: 0/15
االقوة المحركة الكهربائية والمقاومة الداخلية للبطارية
|
🔋 البطارية والقوة الدافعة الكهربائية
المقاومة الداخلية - القوة المحركة الدافعة (EMF) - فرق الجهد
📖 مقدمة
البطارية: تبذل شغلاً على الشحنات الكهربائية في الدائرة وتعطيها طاقة كهربائية وتدفعها في الدائرة، لذلك تدعى القوة الدافعة الكهربائية.
عند وصل البطارية في دائرة تحتوي على أسلاك موصلة، يتكون مجال كهربائي يعمل على إعطاء طاقة للشحنات الخارجة منها، التي تصطدم مع الشحنات الموجودة في الأسلاك الموصلة وتوجه حركتها وتدفعها في أجزاء الدائرة.
البطارية تبذل قوة على الشحنات \( (f) \) وتعطيها طاقة كهربائية \( (e) \) وتدفعها وتحركها في الدائرة \( (m) \).
لذلك يرمز لفرق الجهد الناتج عن البطارية بـ \( V_{emf} \).
📝 أمثلة تعليمية
📌 المثال الأول
السؤال: البطارية توفر فرق جهد ذات قيمة ثابتة بينما لا توفر تيار ثابت. ما هو السبب؟
قيمة التيار تعتمد على:
- فرق الجهد (الفولتية) الذي توفره البطارية
- مقاومة الدائرة الكهربائية وفقاً لقانون أوم: \( I = \frac{V}{R} \)
بما أن البطارية توفر جهداً ثابتاً، فإن التيار يتغير بتغير مقاومة الدائرة. إذا زادت المقاومة ينخفض التيار، وإذا قلت المقاومة يزيد التيار.
📌 المثال الثاني
السؤال: بطارية قابلة للشحن كتب عليها \[2500 mAh\] ما مقدار الشحنة التي توفرها؟
السعة = 2500 mA·h = 2.5 A·h
\[Q = I(A).t(s) \]
(حيث أن 1 أمبير-ساعة = 3600 كولوم)
\[ Q = \frac {2500}{1000}\times 3600 = 9000 \text{c} \]
🔹 المقاومة الداخلية للبطارية
قام أحد الطلاب بقياس فرق الجهد بين طرفي بطارية والدائرة مفتوحة، ومرة أخرى والدائرة مغلقة.
كانت القياسات كما هو موضح بالشكل:
السبب: الدائرة المغلقة حدث بها ضياع في جهد المصدر. السبب وجود مقاومة داخلية في البطارية يرمز لها بالرمز \( r \) وتقدر بوحدة الأوم \( (\Omega) \).
حيث \( V_r \) هو الجهد المفقود داخل البطارية، و \( I \) هو التيار المار في الدائرة.
🔹 القوة المحركة الدافعة (EMF) وفرق الجهد
- القوة المحركة الدافعة (EMF): هي فرق الجهد بين طرفي البطارية عندما تكون الدائرة مفتوحة (لا يمر تيار).
- فرق الجهد (Terminal Voltage): هو فرق الجهد بين طرفي البطارية عندما تكون الدائرة مغلقة (يمر تيار). وهو دائماً أصغر من القوة المحركة الدافعة.
- لا تظهر قيمة المقاومة الداخلية إلا إذا مر تيار بها.
- إذا أهملت المقاومة الداخلية، عندها تعادل القوة المحركة الدافعة فرق الجهد.
📝 مسائل محلولة
📌 المثال الثالث
المعطيات: في الشكل المقاومة الخارجية \( R = 10\Omega \) والمقاومة الداخلية للبطارية \( r = 2\Omega \)، جهد البطارية \( V = 12V \).
المطلوب: عند إغلاق الدائرة، حدد قيم البيانات التالية:
\[ R_{total} = R + r = 10 + 2 = 12\Omega \]
\[ I = \frac{V}{R_{total}} = \frac{12}{12} = 1A \]
\[ V_R = I \times R = 1 \times 10 = 10V \]
\[ V_r = I \times r = 1 \times 2 = 2V \]
\[ V_{emf} = V_R + V_r = 10 + 2 = 12V \]
\( V_R = 10V \)
\( V_r = 2V \)
\( V_{emf} = 12V \)
📖 اضغط هنا تظهر طريقة الحل (رابط إضافي)
📌 المثال الرابع
المعطيات: قام أحد الطلاب بقياس القوة المحركة الكهربائية بين طرفي بطارية فكانت \( \varepsilon = 10V \). تم وصلها بمقاومة \( R = 20\Omega \) كما في الشكل، وتم قياس فرق الجهد والدائرة مغلقة للبطارية فكانت \( V = 9.6V \).
المطلوب: أوجد المقاومة الداخلية للبطارية.
من قانون أوم: \( I = \frac{V}{R} = \frac{9.6}{20} = 0.48A \)
\[ V_r = \varepsilon - V = 10 - 9.6 = 0.4V \]
\[ r = \frac{V_r}{I} = \frac{0.4}{0.48} = 0.833\Omega \]
🔋 اختبار القوة الدافعة الكهربائية وقانون أوم
EMF - المقاومة الداخلية - فرق الجهد - 15 سؤالاً
🔋 Battery & Electromotive Force
Internal Resistance - EMF - Terminal Voltage
📖 Introduction
Battery: Does work on electric charges in the circuit, giving them electrical energy and pushing them through the circuit. This is why it is called Electromotive Force (EMF).
When a battery is connected to a circuit with conducting wires, an electric field is created that gives energy to the charges exiting the battery. These charges collide with charges in the conducting wires, guiding their movement and pushing them through the circuit.
The battery exerts a force \( (f) \) on charges, giving them electrical energy \( (e) \) and moving them \( (m) \) through the circuit.
Therefore, the voltage produced by the battery is denoted as \( V_{emf} \).
📝 Educational Examples
📌 Example 1
Question: A battery provides a constant voltage but does not provide constant current. Why?
The current value depends on:
- The voltage provided by the battery
- The circuit resistance according to Ohm's Law: \( I = \frac{V}{R} \)
Since the battery provides constant voltage, the current changes as the circuit resistance changes. If resistance increases, current decreases, and vice versa.
📌 Example 2
Question: A rechargeable battery is labeled 2500 mAh. How much charge does it provide?
Capacity = 2500 mA·h = 2.5 A·h
\[ \text{Charge (Coulombs)} = \text{Capacity (Ah)} \times 3600 \]
(1 Ah = 3600 Coulombs)
\[ Q = 2.5 \times 3600 = 9000 \text{ Coulombs} \]
🔹 Internal Resistance of a Battery
A student measured the voltage across a battery terminals with the circuit open, and again with the circuit closed.
The measurements are shown in the figure:
Reason: In the closed circuit, there is a voltage drop in the source. This is due to the internal resistance of the battery, denoted by \( r \) and measured in ohms \( (\Omega) \).
Where \( V_r \) is the voltage lost inside the battery, and \( I \) is the current flowing in the circuit.
🔹 EMF and Terminal Voltage
- EMF (Electromotive Force): The voltage across the battery terminals when the circuit is open (no current flows).
- Terminal Voltage: The voltage across the battery terminals when the circuit is closed (current flows). It is always less than the EMF.
- The internal resistance only appears when current flows through the battery.
- If internal resistance is neglected, the EMF equals the terminal voltage.
📝 Solved Problems
📌 Example 3
Given: External resistance \( R = 10\Omega \), internal resistance \( r = 2\Omega \), battery voltage \( V = 12V \).
Required: When the circuit is closed, find:
\[ R_{total} = R + r = 10 + 2 = 12\Omega \]
\[ I = \frac{V}{R_{total}} = \frac{12}{12} = 1A \]
\[ V_R = I \times R = 1 \times 10 = 10V \]
\[ V_r = I \times r = 1 \times 2 = 2V \]
\[ V_{emf} = V_R + V_r = 10 + 2 = 12V \]
\( V_R = 10V \)
\( V_r = 2V \)
\( V_{emf} = 12V \)
📌 Example 4
Given: A student measured the EMF of a battery as \( \varepsilon = 10V \). It was connected to a resistor \( R = 20\Omega \) as shown, and the terminal voltage was measured as \( V = 9.6V \).
Required: Find the internal resistance of the battery.
From Ohm's Law: \( I = \frac{V}{R} = \frac{9.6}{20} = 0.48A \)
\[ V_r = \varepsilon - V = 10 - 9.6 = 0.4V \]
\[ r = \frac{V_r}{I} = \frac{0.4}{0.48} = 0.833\Omega \]
🔋 EMF and Ohm's Law Quiz
Internal Resistance - Terminal Voltage - 15 Questions
شرح ممتاز و واضح
ReplyDeleteموقع ممتاز و خاصه التجربه
ReplyDeleteموقع ممتاز وجيد
ReplyDeleteموقع جيد للتعلم و الفهم
ReplyDeleteموقع مفيد جدًا
ReplyDelete