Physics
بنك الاسئلة التيار الكهربائي والدوائر الكهربائية
|
📄 اطبع pdf
00971504825082
📚 Electric Current & Resistance - Question Bank
📚 بنك الأسئلة - التيار الكهربائي والمقاومة
🏛️ 1 - Device that converts electrical energy to heat only
🏛️ 1 - جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط
Which of the following devices converts electrical energy to heat only?
أي من الأجهزة التالية تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط
A
Batteryالبطارية
B
Resistorالمقاومة
C
Lampالمصباح
D
Hair dryerمجفف الشعر
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: A resistor is an electrical component that opposes the flow of current and converts electrical energy into heat energy (Joule heating).
💡 المفهوم: المقاومة هي مكون كهربائي يعيق مرور التيار ويحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية (تسخين جول).
1
Analysis: • Battery: converts chemical energy to electrical energy.
• Resistor: converts electrical energy to heat only.
• Lamp: converts electrical energy to light and heat.
• Hair dryer: converts electrical energy to heat and kinetic energy (fan).
التحليل: • البطارية: تحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية.
• المقاومة: تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط.
• المصباح: يحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وحرارة.
• مجفف الشعر: يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة وطاقة حركية (مروحة).
✅ Resistor
✅ المقاومة
💡 Tip: A resistor is the simplest device that converts electrical energy completely into heat.
💡 تذكير: المقاومة هي أبسط جهاز يحول الطاقة الكهربائية بالكامل إلى حرارة.
🏛️ 2 - Where is most energy lost in a circuit?
🏛️ 2 - أين يتم فقد معظم الطاقة في الدائرة؟
In the circuit shown below, in which part of the circuit is most of the electrical energy lost?
في الشكل أدناه دائرة كهربائية بسيطة، في أي جزء من الدائرة يتم فقد معظم الطاقة للشحنات الكهربائية؟
A
Ammeterالأميتر
B
Voltmeterالفولتميتر
C
Resistorالمقاوم
D
Wiresالأسلاك
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: In a circuit, energy is lost as heat in components that have resistance. The resistor converts electrical energy into heat (Joule heating).
💡 المفهوم: في الدائرة، تُفقد الطاقة على شكل حرارة في المكونات التي لها مقاومة. المقاوم يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة (تسخين جول).
1
Analysis: • Ammeter: has very low resistance, negligible energy loss.
• Voltmeter: has very high resistance, negligible current flow.
• Resistor: has significant resistance, converts electrical energy to heat.
• Wires: have very low resistance, negligible energy loss.
التحليل: • الأميتر: مقاومته منخفضة جداً، فقدان الطاقة مهمل.
• الفولتميتر: مقاومته عالية جداً، تيار مار به مهمل.
• المقاوم: له مقاومة كبيرة، يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة.
• الأسلاك: مقاومتها منخفضة جداً، فقدان الطاقة مهمل.
✅ The resistor (المقاوم)
✅ المقاوم
💡 Tip: In a circuit, energy is lost mainly in the resistor because \(P = I^2R\).
💡 تذكير: في الدائرة، تُفقد الطاقة بشكل رئيسي في المقاوم لأن \(P = I^2R\).
🏛️ 3 - Energy consumed by a lamp
🏛️ 3 - الطاقة التي يصرفها المصباح
An electric current of \(3\;A\) passes through a lamp with a potential difference of \(20\;V\). The energy consumed by the lamp during one minute is:
تيار كهربائي شدته \(3\;A\) يمر في مصباح، فرق الجهد بين طرفيه \(20\;V\). فإن الطاقة التي يصرفها المصباح خلال دقيقة تعادل:
A
\[E=1800 \;\;J\]
B
\[E=3600 \;\;J\]
C
\[E=600 \;\;J\]
D
\[E=1200 \;\;J\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: Electrical power is \(P = VI\), and energy is \(E = P \times t = VIt\).
💡 المفهوم: القدرة الكهربائية هي \(P = VI\)، والطاقة هي \(E = P \times t = VIt\).
1
Calculate power: \(P = VI = 20 \times 3 = 60 \;\;W\)
حساب القدرة: \(P = VI = 20 \times 3 = 60 \;\;W\)
2
Convert time: \(t = 1 \;\;min = 60 \;\;s\)
تحويل الزمن: \(t = 1 \;\;min= 60 \;\;s\)
3
Calculate energy: \(E = P \times t = 60 \times 60 = 3600 \;\;J\)
حساب الطاقة: \(E = P \times t = 60 \times 60 = 3600 \;\;J\)
✅ \[E=3600 \;\;J\]
✅ \[E=3600 \;\;J\]
💡 Tip: Always convert time to seconds when using SI units (Joules).
💡 تذكير: قم دائماً بتحويل الزمن إلى ثوانٍ عند استخدام وحدات النظام الدولي (جول).
🏛️ 4 - Current from number of electrons
🏛️ 4 - شدة التيار من عدد الإلكترونات
The number of electrons passing through a wire cross-section in a circuit during \(120\;s\) was \(120 \times 10^{20}\). The current intensity in the wire is:
تم حصر عدد الإلكترونات التي تعبر مقطع سلك في دائرة كهربائية خلال \(120\;s\) فكان عدد الإلكترونات \(120 \times 10^{20}\). فإن شدة التيار المار في السلك:
A
\[I=1.9 \;\;A\]
B
\[I=0.61 \;\;A\]
C
\[I=1.3 \;\;A\]
D
\[I=2.7 \;\;A\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: Current is the rate of flow of charge: \(I = \frac{Q}{t}\), where \(Q = n \times e\) and \(e = 1.6 \times 10^{-19} C\).
💡 المفهوم: شدة التيار هي معدل تدفق الشحنة: \[I = \frac{Q}{t}\;\;\;\;\;Q = n \times e\;\;\;\;\;\;e = 1.6 \times 10^{-19} C\].
1
Calculate total charge: \(Q = n \times e = 120 \times 10^{20} \times 1.6 \times 10^{-19} = 120 \times 16 = 1920 \;\;C\)
حساب الشحنة الكلية: \(Q = n \times e = 120 \times 10^{20} \times 1.6 \times 10^{-19} = 120 \times 16 = 1920 \;\;C\)
2
Calculate current: \(I = \frac{Q}{t} = \frac{1920}{120} = 16 \;\;A\)
حساب شدة التيار: \(I = \frac{Q}{t} = \frac{1920}{120} = 16 \;\;A\)
✅ \[I=16 \;\;A\]
✅ \[I=16 \;\;A\]
💡 Note: The options seem to have a different scaling. Make sure to check the exponent correctly.
💡 ملاحظة: يبدو أن الخيارات لها مقياس مختلف. تأكد من مراجعة الأس بشكل صحيح.
🏛️ 5 - Unit of Power (Watt)
🏛️ 5 - وحدة قياس القدرة (الوات)
The unit of power is the watt, which is equivalent to:
وحدة قياس القدرة هي الوات، وهي تعادل:
A
\[kg.m^2/S^2\]
B
\[kg.m^2/S^3\]
C
\[J.S\]
D
\[N.S/m\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: Power is the rate of doing work: \(P = \frac{W}{t} = \frac{F \times d}{t} = \frac{kg \cdot m/s^2 \times m}{s} = \frac{kg \cdot m^2}{s^3}\).
💡 المفهوم: القدرة هي معدل بذل الشغل: \(P = \frac{W}{t} = \frac{F \times d}{t} = \frac{kg \cdot m/s^2 \times m}{s} = \frac{kg \cdot m^2}{s^3}\).
1
Derive unit: \(Watt = \frac{Joule}{second} = \frac{kg \cdot m^2/s^2}{s} = kg \cdot m^2 \cdot s^{-3}\).
اشتقاق الوحدة:
\[W = \frac{J}{S} = \frac{kg \cdot m^2/s^2}{s} = kg \cdot m^2 \cdot s^{-3}\].
✅ \[kg.m^2/S^3\]
✅ \[kg.m^2/S^3\]
💡 Tip: 1 Watt = 1 Joule/second = 1 kg·m²/s³.
💡 تذكير: 1 وات = 1 جول/ثانية = 1 كجم·م²/ث³.
🏛️ 6 - Devices connected in parallel
🏛️ 6 - الأجهزة المتصلة على التوازي
In the figure below, a group of devices are connected together. Which devices are connected in parallel?
في الشكل أدناه مجموعة من الأجهزة مرتبطة مع بعضها البعض. الأجهزة التي تم توصيلها على التوازي:
A
Voltmeter - Lampفولتميتر - مصباح
B
Ammeter - Fuseأميتر - منصهر
C
Variable resistor - Resistorمقاومة متغيرة - مقاومة
D
Battery - Switchبطارية - مفتاح
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: A voltmeter is always connected in parallel with the component whose voltage is being measured. A lamp can be connected in parallel with other devices.
💡 المفهوم: الفولتميتر يوصل دائماً على التوازي مع المكون الذي نقيس جهده. المصباح يمكن توصيله على التوازي مع أجهزة أخرى.
1
Analysis: • Voltmeter: connected in parallel to measure voltage.
• Ammeter: connected in series to measure current.
• Variable resistor: connected in series to control current.
• Battery and switch: connected in series.
التحليل: • الفولتميتر: يوصل على التوازي لقياس الجهد.
• الأميتر: يوصل على التوالي لقياس التيار.
• المقاومة المتغيرة: توصل على التوالي للتحكم في التيار.
• البطارية والمفتاح: يوصلان على التوالي.
✅ Voltmeter - Lamp
✅ فولتميتر - مصباح
💡 Tip: Voltmeters are always connected in parallel; ammeters are always connected in series.
💡 تذكير: الفولتميتر يوصل دائماً على التوازي؛ الأميتر يوصل دائماً على التوالي.
🏛️ 7 - Resistance from I-V graph
🏛️ 7 - المقاومة من منحنى التيار-الجهد
The graph below shows the relationship between current and voltage for an ohmic resistor. The value of the resistance is:
في الشكل أدناه تم رسم العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد لمقاوم أومي. فإن قيمة المقاومة تعادل:
A
\[R= 10 \;\Omega\]
B
\[R= 1.8 \;\Omega\]
C
\[R= 0.05 \;\Omega\]
D
\[R= 20 \;\Omega\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: For an ohmic resistor, \(V = IR\). The resistance is the slope of the \(V\) vs. \(I\) graph: \(R = \frac{\Delta V}{\Delta I}\).
💡 المفهوم: للمقاوم الأومي، \[V = IR\]. المقاومة هي ميل منحنى \(V-I\) \[R = \frac{\Delta V}{\Delta I}\].
1
Read from graph: \(\Delta V = 10 \;\;V\), \(\Delta I = 0.5 \;\;A\)
القراءة من الرسم البياني: \(\Delta V = 10 \;\;V\)، \(\Delta I = 0.5 \;\;A\)
2
Calculate resistance: \(R = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10}{0.5} = 20 \;\Omega\)
حساب المقاومة: \(R = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10}{0.5} = 20 \;\Omega\)
✅ \[R= 20 \;\Omega\]
✅ \[R= 20 \;\Omega\]
💡 Tip: The slope of the I-V graph for an ohmic resistor gives the conductance (\(G = 1/R\)).
💡 تذكير: ميل منحنى التيار-الجهد للمقاوم الأومي يعطي الموصلية (\(G = 1/R\)).
🏛️ 8 - Comparing resistances from I-V graph
🏛️ 8 - مقارنة المقاومات من منحنى التيار-الجهد
The graph below shows the relationship between current and voltage for three resistors (1, 2, 3). Which of the following correctly expresses these resistances?
في الشكل أدناه تم رسم العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد لثلاث مقاومات (3,2,1). أحد الإجابات التالية تعبر عن هذه المقاومات:
A
\[R_3 > R_2 > R_1\]
B
\[R_1 = R_3 > R_2\]
C
\[R_1 > R_2 > R_3\]
D
\[R_2 > R_1 > R_3\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: For the same voltage, a larger current means smaller resistance. The slope of the I-V graph is \(1/R\).
💡 المفهوم: لنفس الجهد، تيار أكبر يعني مقاومة أصغر. ميل منحنى التيار-الجهد هو \[1/R\]
1
Analyze slopes: • R1 and R3 have the same slope (same current for same voltage) → equal resistance.
• R2 has a steeper slope (larger current for same voltage) → smaller resistance.
Therefore: \[R_1 = R_3 > R_2\].
تحليل الميل: •\[ R1 و R3\] لهما نفس الميل نفس التيار لنفس الجهد
إذا مقاومة متساوية.
•\[ R2 \]له ميل أكبر (تيار أكبر لنفس الجهد) ← مقاومة أصغر.
إذن: \[R_1 = R_3 > R_2\].
✅ \[R_1 = R_3 > R_2\]
✅ \[R_1 = R_3 > R_2\]
💡 Tip: Steeper slope in an I-V graph means lower resistance.
💡 تذكير: الميل الأكبر في منحنى التيار-الجهد يعني مقاومة أقل.
🏛️ 9 - Voltage where resistance equal
🏛️ 9 - الجهد الذي تتساوى عنده المقاومة
A student studied the relationship between current and voltage for an ohmic resistor, then performed the same experiment on a lamp. At what voltage does the resistance of the lamp equal the resistance of the ohmic resistor?
قام أحد الطلاب بدراسة العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد لمقاوم أومي، ثم أجرى نفس التجربة على مصباح. عند أي جهد تتساوى مقاومة المصباح والمقاومة الأومية؟
A
\[V=1.5 \;\;V\]
B
\[V=6.5 \;\;V\]
C
\[V=3.5 \;\;V\]
D
\[V=8 \;\;V\]
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: The resistance at any point is \(R = V/I\). Find the voltage where the slope of the lamp curve equals the slope of the resistor line.
💡 المفهوم: المقاومة عند أي نقطة هي \(R = V/I\). أوجد الجهد حيث ميل منحنى المصباح يساوي ميل خط المقاومة.
1
From the graph: The resistor line has a constant slope (ohmic). The lamp curve intersects the resistor line at \(V = 3.5 \;\;V\).
من الرسم البياني: خط المقاومة له ميل ثابت (أومي). يتقاطع منحنى المصباح مع خط المقاومة عند \(V = 3.5 \;\;V\).
✅ \[V=3.5 \;\;V\]
✅ \[V=3.5 \;\;V\]
💡 Tip: The intersection point of the two curves is where the resistances are equal.
💡 تذكير: نقطة تقاطع المنحنيين هي حيث تتساوى المقاومات.
🏛️ 10 - Power of a lamp with different voltage
🏛️ 10 - قدرة المصباح عند جهد مختلف
A lamp is rated \(100\;W\), \(220\;V\). It is connected to a battery with EMF \(50\;V\). The power of the lamp becomes:
مصباح كُتب عليه \(100\;W\), \(220\;V\). تم توصيله ببطارية قوتها المحركة \(50\;V\). فإن قدرة المصباح تصبح:
A
\[P=5.2 \;\;W\]
B
\[P=10.5 \;\;W\]
C
\[P=50 \;\;W\]
D
\[P=15.8 \;\;W\]
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: The resistance of the lamp is constant: \(R = \frac{V^2}{P}\). Then use \(P = \frac{V^2}{R}\) for the new voltage.
💡 المفهوم: مقاومة المصباح ثابتة: \(R = \frac{V^2}{P}\). ثم استخدم \(P = \frac{V^2}{R}\) للجهد الجديد.
1
Calculate resistance: \(R = \frac{V^2}{P} = \frac{220^2}{100} = 484 \;\Omega\)
حساب المقاومة: \(R = \frac{V^2}{P} = \frac{220^2}{100} = 484 \;\Omega\)
2
Calculate new power: \(P_{new} = \frac{V_{new}^2}{R} = \frac{50^2}{484} = \frac{2500}{484} = 5.17 \approx 5.2 \;\;W\)
حساب القدرة الجديدة: \(P_{new} = \frac{V_{new}^2}{R} = \frac{50^2}{484} = \frac{2500}{484} = 5.17 \approx 5.2 \;\;W\)
✅ \[P=5.2 \;\;W\]
✅ \[P=5.2 \;\;W\]
💡 Tip: The resistance of a lamp is constant (assuming it doesn't change with temperature).
💡 تذكير: مقاومة المصباح ثابتة (بافتراض أنها لا تتغير مع درجة الحرارة).
🏛️ 11 - Current from Power and Voltage
🏛️ 11 - شدة التيار من القدرة والجهد
A lamp has power \(120\;W\) and operates at voltage \(220\;V\). The current through the lamp is:
مصباح قدرته \(120\;W\) ويعمل تحت فرق جهد \(220\;V\). فإن شدة التيار المار في المصباح تعادل:
A
\[I= 1.2 \;\;A\]
B
\[I= 0.82 \;\;A\]
C
\[I= 1.8 \;\;A\]
D
\[I= 0.54 \;\;A\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: Power is \(P = VI\), so \[I = \frac{P}{V}\].
💡 المفهوم: القدرة هي \(P = VI\)، لذا \[I = \frac{P}{V}\].
1
Calculate current: \(I = \frac{P}{V} = \frac{120}{220} = 0.545 \approx 0.54 \;\;A\)
حساب شدة التيار: \(I = \frac{P}{V} = \frac{120}{220} = 0.545 \approx 0.54 \;\;A\)
✅ \[I= 0.54 \;\;A\]
✅ \[I= 0.54 \;\;A\]
💡 Tip: Remember the power triangle: \(P = VI\), \(I = P/V\), \(V = P/I\).
💡 تذكير: تذكر مثلث القدرة: \(P = VI\)، \(I = P/V\)، \(V = P/I\).
🏛️ 12 - Energy consumed by a fan
🏛️ 12 - الطاقة المصروفة من المروحة
A fan operates at \(220\;V\) and carries a current of \(I=0.1\;A\). The energy consumed during one minute is:
مروحة تعمل تحت فرق جهد \(220\;V\) ويمر بها تيار شدته \(I=0.1\;A\). فإن الطاقة المصروفة خلال دقيقة تعادل:
A
\[E= 840 \;\;J\]
B
\[E= 2318 \;\;J\]
C
\[E= 1320 \;\;J\]
D
\[E= 615 \;\;J\]
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Electrical energy is \(E = VIt\).
💡 المفهوم: الطاقة الكهربائية هي \(E = VIt\).
1
Convert time: \(t = 1 \;\;min = 60 \;\;s\)
تحويل الزمن: \(t = 1 \;\;min = 60 \;\;S\)
2
Calculate energy: \(E = VIt = 220 \times 0.1 \times 60 = 1320 \;\;J\)
حساب الطاقة: \(E = VIt = 220 \times 0.1 \times 60 = 1320 \;\;J\)
✅ \[E= 1320 \;\;J\]
✅ \[E= 1320 \;\;J\]
💡 Tip: Energy = Power × Time = Voltage × Current × Time.
💡 تذكير: الطاقة = القدرة × الزمن = الجهد × التيار × الزمن.
🏛️ 13 - Wire with least resistance
🏛️ 13 - السلك الأقل مقاومة
Four wires of the same material and same temperature are shown. Which wire has the least resistance?
أربع أسلاك من نفس النوع وبنفس درجة الحرارة. أي الأسلاك التالية لها أقل مقاومة؟
A
Wire 1سلك 1
B
Wire 2سلك 2
C
Wire 3سلك 3
D
Wire 4سلك 4
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Resistance is given by \(R = \rho \frac{L}{A}\). For the same material (\(\rho\) constant), resistance is proportional to length and inversely proportional to area.
💡 المفهوم: المقاومة تُعطى بالعلاقة \(R = \rho \frac{L}{A}\). لنفس المادة (\(\rho\) ثابت)، المقاومة تتناسب طردياً مع الطول وعكسياً مع المساحة.
1
Analyze each wire: Wire 3 has the largest cross-sectional area and the shortest length → least resistance.
تحليل كل سلك: السلك 3 لديه أكبر مساحة مقطع وأقصر طول ← أقل مقاومة.
✅ Wire 3
✅ سلك 3
💡 Tip: To minimize resistance: use short, thick wires with low resistivity.
💡 تذكير: لتقليل المقاومة: استخدم أسلاك قصيرة وسميكة ذات مقاومية نوعية منخفضة.
🏛️ 14 - Ordering resistances from table data
🏛️ 14 - ترتيب المقاومات من بيانات الجدول
The correct order of the resistances from the table below, from lowest to highest, is:
الترتيب الصحيح لمقاومات بياناتها في الجدول التالي من الأدنى مقاومة إلى الأعلى:
Resistor D
Resistor C
Resistor B
Resistor A
\(T=20^\circ\) Copper
\(T=80^\circ\) Aluminium
\(T=20^\circ\) Aluminium
\(T=20^\circ\) Copper
A
\[R_A > R_C > R_D > R_B\]
B
\[R_D > R_A > R_B > R_C\]
C
\[R_C > R_B > R_D > R_A\]
D
\[R_C > R_B > R_A > R_D\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: Resistance depends on material (resistivity \(\rho\)), length \(L\), and area \(A\): \(R = \rho \frac{L}{A}\).
💡 المفهوم: المقاومة تعتمد على المادة (المقاومية النوعية \(\rho\))
الطول \(L\)
والمساحة \(A\): \[R = \rho \frac{L}{A}\].
1
Analyze: • Copper has lower resistivity than aluminium.
• Higher temperature increases resistivity.
• Longer length increases resistance.
• Larger area decreases resistance.
التحليل: • النحاس له مقاومية نوعية أقل من الألمنيوم.
• درجة الحرارة الأعلى تزيد المقاومية النوعية.
• الطول الأطول يزيد المقاومة.
• المساحة الأكبر تقلل المقاومة.
✅ \[R_C > R_B > R_A > R_D\]
✅ \[R_C > R_B > R_A > R_D\]
💡 Tip: Compare using: lower resistivity, shorter length, and larger area all reduce resistance.
💡 تذكير: قارن باستخدام: مقاومية نوعية أقل، طول أقصر، ومساحة أكبر كلها تقلل المقاومة.
🏛️ 15 - Lamp that consumes most energy
🏛️ 15 - المصباح الذي يصرف أكثر طاقة
Which of the following lamps consumes the most energy when operated for one hour, given that all lamps are connected to the same battery?
أحد المصابيح التالية يصرف أكثر طاقة عند عملها لمدة ساعة، حيث تم وصل جميع المصابيح بنفس البطارية:
A
A
B
B
C
C
D
D
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: When connected to the same battery (same voltage), the lamp with the smallest resistance will draw the most current and consume the most power: \(P = V^2/R\).
💡 المفهوم: عند التوصيل بنفس البطارية (نفس الجهد)، المصباح ذو المقاومة الأصغر سيسحب تياراً أكبر ويصرف قدرة أكبر: \(P = V^2/R\).
1
Analyze: Lamp\[ A \]has the lowest resistance (thin filament) → highest power → most energy consumed in one hour.
التحليل: المصباح \[A \]لديه أقل مقاومة (فتيل رفيع) ← أعلى قدرة ← أكثر طاقة مصرفة في ساعة.
✅ Lamp A
✅ المصباح A
💡 Tip: Energy consumed = Power × Time. For the same time, higher power means more energy.
💡 تذكير: الطاقة المصروفة = القدرة × الزمن. لنفس الزمن، قدرة أعلى تعني طاقة أكبر.
🏛️ 16 - Features of power transmission wires
🏛️ 16 - مميزات أسلاك نقل الطاقة
Power transmission wires should have which characteristics?
من ميزات أسلاك نقل الطاقة يجب أن تكون:
A
Low resistivity and large cross-sectional areaمقاومتها النوعية منخفضة ومساحة مقطعها كبيرة
B
Low resistivity and small cross-sectional areaمقاومتها النوعية منخفضة ومساحة مقطعها صغيرة
C
High resistivity and small cross-sectional areaمقاومتها النوعية مرتفعة ومساحة مقطعها صغيرة
D
High resistivity and large cross-sectional areaمقاومتها النوعية مرتفعة ومساحة مقطعها كبيرة
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: To minimize power loss \(P = I^2R\) in transmission lines, resistance should be as low as possible: \(R = \rho L/A\).
💡 المفهوم: لتقليل فقدان الطاقة \(P = I^2R\) في خطوط النقل، يجب أن تكون المقاومة منخفضة قدر الإمكان: \(R = \rho L/A\).
1
Requirements: • Low resistivity (\(\rho\) small)
• Large cross-sectional area (\(A\) large)
These two factors minimize resistance.
المتطلبات: • مقاومية نوعية منخفضة (\(\rho\) صغيرة)
• مساحة مقطع كبيرة (\(A\) كبيرة)
هذان العاملان يقللان المقاومة.
✅ Low resistivity and large cross-sectional area
✅ مقاومتها النوعية منخفضة ومساحة مقطعها كبيرة
💡 Tip: Transmission lines use materials like copper or aluminium (low resistivity) with large diameters.
💡 تذكير: تستخدم خطوط النقل مواد مثل النحاس أو الألمنيوم (مقاومية نوعية منخفضة) بأقطار كبيرة.
🏛️ 17 - Transformers for power transmission
🏛️ 17 - المحولات لنقل الطاقة
To transmit power from the station to cities, transformers are used to reduce energy loss. What type of transformers are used?
لنقل الطاقة من المحطة إلى المدن يتم وضع محولات للتقليل من الطاقة الضائعة. يكون نوع المحولات الموضوعة:
A
At station: step-up voltage, step-down current; at city: step-up voltage, step-up currentعند المحطة: رافعة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: رافعة للجهد، رافعة للتيار
B
At station: step-up voltage, step-down current; at city: step-down voltage, step-up currentعند المحطة: رافعة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: خافضة للجهد، رافعة للتيار
C
At station: step-down voltage, step-up current; at city: step-up voltage, step-down currentعند المحطة: خافضة للجهد، رافعة للتيار؛ عند المدينة: رافعة للجهد، خافضة للتيار
D
At station: step-down voltage, step-down current; at city: step-up voltage, step-down currentعند المحطة: خافضة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: رافعة للجهد، خافضة للتيار
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: To reduce power loss during transmission, high voltage and low current are used [\P = VI\]. At the city, voltage is stepped down for safe use.
💡 المفهوم: لتقليل فقدان الطاقة أثناء النقل، يُستخدم جهد عالٍ وتيار منخفض \[P = VI\]. عند المدينة، يُخفض الجهد للاستخدام الآمن.
1
Analysis: • At station: Step-up transformer (increase V, decrease I) to reduce \(I^2R\) losses.
• At city: Step-down transformer (decrease V, increase I) for safe consumption.
التحليل: • عند المحطة: محول رافع
يزيد V،
يقلل I
لتقليل فقد \[I^2R\].
• عند المدينة: محول خافض
يقلل V
يزيد I
للاستهلاك الآمن.
✅ At station: step-up voltage, step-down current; at city: step-down voltage, step-up current
✅ عند المحطة: رافعة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: خافضة للجهد، رافعة للتيار
💡 Tip: Power loss in transmission lines is proportional to \(I^2\). Higher voltage means lower current for the same power.
💡 تذكير: فقدان الطاقة في خطوط النقل يتناسب مع \(I^2\). جهد أعلى يعني تيار أقل لنفس القدرة.
🏛️ 18 - Device that stops current when connected in series
🏛️ 18 - الجهاز الذي يمنع مرور التيار عند التوصيل على التوالي
Which device, if connected in series, prevents current from flowing in the circuit?
أحد الأجهزة التالية إذا تم توصيله على التوالي فإن التيار لا يمر في الدائرة:
A
Voltmeterفولتميتر
B
Ammeterأميتر
C
Variable resistorالمقاومة المتغيرة
D
Fuseمنصهر
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: A voltmeter has very high resistance (\(\approx \infty\)) and is always connected in parallel. If connected in series, it would act as an open circuit.
💡 المفهوم: الفولتميتر له مقاومة عالية جداً (\(\approx \infty\)) ويوصل دائماً على التوازي. إذا تم توصيله على التوالي، سيعمل كدائرة مفتوحة.
1
Analysis: • Voltmeter: high resistance, connected in parallel.
• Ammeter: low resistance, connected in series.
• Variable resistor: connected in series to control current.
• Fuse: connected in series to protect the circuit.
التحليل: • الفولتميتر: مقاومة عالية، يوصل على التوازي.
• الأميتر: مقاومة منخفضة، يوصل على التوالي.
• المقاومة المتغيرة: توصل على التوالي للتحكم في التيار.
• المنصهر: يوصل على التوالي لحماية الدائرة.
✅ Voltmeter
✅ فولتميتر
💡 Tip: Voltmeters are always connected in parallel; connecting them in series would break the circuit.
💡 تذكير: الفولتميتر يوصل دائماً على التوازي؛ توصيله على التوالي يكسر الدائرة.
🏛️ 19 - Resistors with different areas
🏛️ 19 - مقاومان بمساحات مختلفة
Two resistors have the same length, same material, same temperature, and cross-sectional areas \(A_{R1}=2A_{R2}\). They are connected to the same battery until its energy is depleted. Which of the following is correct?
مقاومان لهما نفس الطول ومن نفس المادة وبنفس درجة الحرارة، ومساحة \(A_{R1}=2A_{R2}\). تم توصيلهما بنفس البطارية حتى انتهاء طاقتها. أحد الإجابات التالية تحقق هذه المعلومات:
A
Both resistors work for the same timeكلا المقاومين يعمل لنفس الفترة الزمنية
B
Resistor 1 works for double the time of resistor 2المقاوم 1 يعمل لفترة زمنية ضعف المقاوم 2
C
Resistor 2 works for double the time of resistor 1المقاوم 2 يعمل لفترة زمنية ضعف المقاوم 1
D
The resistor with lower resistance works for a longer timeالمقاوم الذي مقاومته أقل يعمل لفترة أطول
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Resistance is inversely proportional to area: \(R \propto 1/A\). Since \(A_{R1} = 2A_{R2}\), we have \(R_1 = R_2/2\). The resistor with larger resistance (R2) will draw less current and take longer to deplete the battery.
💡 المفهوم: المقاومة تتناسب عكسياً مع المساحة: \(R \propto 1/A\). بما أن \(A_{R1} = 2A_{R2}\)، لدينا \(R_1 = R_2/2\). المقاوم ذو المقاومة الأكبر (R2) سيسحب تياراً أقل ويستغرق وقتاً أطول لتفريغ البطارية.
1
Find resistance ratio: \(R_1 = \frac{\rho L}{A_1} = \frac{\rho L}{2A_2} = \frac{R_2}{2}\)
إيجاد نسبة المقاومات: \(R_1 = \frac{\rho L}{A_1} = \frac{\rho L}{2A_2} = \frac{R_2}{2}\)
2
Energy: \(E = VIt = \frac{V^2}{R}t\) Since energy is the same (same battery), \(t \propto R\). Resistor 2 has twice the resistance, so it works for twice the time.
الطاقة: \(E = VIt = \frac{V^2}{R}t\) بما أن الطاقة متساوية (نفس البطارية)، \(t \propto R\). المقاوم 2 له ضعف المقاومة، لذا يعمل لضعف الزمن.
✅ Resistor 2 works for double the time of resistor 1
✅ المقاوم 2 يعمل لفترة زمنية ضعف المقاوم 1
💡 Tip: For the same energy source, higher resistance means longer operating time.
💡 تذكير: لنفس مصدر الطاقة، مقاومة أعلى تعني وقت تشغيل أطول.
🏛️ 20 - Energy converted to heat in a lamp
🏛️ 20 - الطاقة المتحولة إلى حرارة في المصباح
A lamp has power \(100\;W\) and operates at 40% efficiency, converting electrical energy to radiation. The energy converted to heat during one hour is:
مصباح قدرته \(100\;W\) يعمل بكفاءة 40% حيث يحول الطاقة الكهربائية إلى إشعاعية. فإن الطاقة المتحولة إلى حرارة خلال ساعة من الزمن تعادل:
A
\[E= 1.14 \times 10^5\;\;J\]
B
\[E= 2.16 \times 10^5\;\;J\]
C
\[E= 6 \times 10^1\;\;J\]
D
\[E= 4 \times 10^1\;\;J\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: Efficiency = (useful energy) / (total energy). Heat energy = total energy - useful energy.
💡 المفهوم: الكفاءة = (الطاقة المفيدة) / (الطاقة الكلية). الطاقة الحرارية = الطاقة الكلية - الطاقة المفيدة.
1
Total energy in 1 hour: \(E_{total} = P \times t = 100 \times 3600 = 3.6 \times 10^5 \;\;J\)
الطاقة الكلية في ساعة: \(E_{total} = P \times t = 100 \times 3600 = 3.6 \times 10^5 \;\;J\)
2
Useful energy (radiation): \(E_{useful} = 0.40 \times E_{total} = 0.40 \times 3.6 \times 10^5 = 1.44 \times 10^5 \;\;J\)
الطاقة المفيدة (إشعاعية): \(E_{useful} = 0.40 \times E_{total} = 0.40 \times 3.6 \times 10^5 = 1.44 \times 10^5 \;\;J\)
3
Heat energy: \(E_{heat} = E_{total} - E_{useful} = 3.6 \times 10^5 - 1.44 \times 10^5 = 2.16 \times 10^5 \;\;J\)
الطاقة الحرارية: \(E_{heat} = E_{total} - E_{useful} = 3.6 \times 10^5 - 1.44 \times 10^5 = 2.16 \times 10^5 \;\;J\)
✅ \[E= 2.16 \times 10^5\;\;J\]
✅ \[E= 2.16 \times 10^5\;\;J\]
💡 Tip: Heat energy = Total energy × (1 - Efficiency).
💡 تذكير: الطاقة الحرارية = الطاقة الكلية × (1 - الكفاءة).
🏛️ 21 - Electricity bill calculation
🏛️ 21 - حساب فاتورة الكهرباء
An electricity bill shows a previous reading of \(234532 \;kW.h\) and a current reading of \(236458 \;kW.h\). The price of \(1\;kW.h\) is 0.3 dirhams. The amount of the bill in dirhams is:
فاتورة كهرباء كانت القراءة السابقة \(234532 \;KW.h\) والقراءة الحالية \(236458 \;KW.h\)، وحدد سعر \(1\;KW.h\) بما يعادل 0.3 درهم. فإن قيمة الفاتورة المدفوعة بالدرهم:
A
\[577.8 \;\;DH\]
B
\[446.3 \;\;DH\]
C
\[685.2 \;\;DH\]
D
\[323.5 \;\;DH\]
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: Electricity consumption = Current reading - Previous reading. Cost = Consumption × Price per unit.
💡 المفهوم: الاستهلاك = القراءة الحالية - القراءة السابقة. التكلفة = الاستهلاك × سعر الوحدة.
1
Calculate consumption: \[Consumption = 236458 - 234532 = 1926 \;\;kW.h\]
حساب الاستهلاك: \[ = 236458 - 234532 = 1926 \;\;kW.h\]
2
Calculate cost: \(Cost = 1926 \times 0.3 = 577.8 \;\;DH\)
حساب التكلفة: السعر =
\[=1926 \times 0.3 = 577.8 \;\;DH\]
✅ \[577.8 \;\;DH\]
✅ \[577.8 \;\;DH\]
💡 Tip: Always subtract readings in the correct order: current - previous.
💡 تذكير: قم دائماً بطرح القراءات بالترتيب الصحيح: الحالية - السابقة.
🏛️ 22 - Air conditioner operating time
🏛️ 22 - وقت تشغيل المكيف
An air conditioner carries a current of \(15\;A\) and operates at \(220\;V\). The cost of running it for one week is \(60\;DH\), and the price of 1 kWh is \(0.3\;DH\). The average number of hours the air conditioner runs per day is:
مكيف هواء يمر به تيار شدته \(15\;A\) ويعمل تحت فرق جهد \(220\;V\). التكلفة المدفوعة لعمل المكيف لمدة أسبوع هي \(60\;DH\)، وسعر 1 كيلو وات ساعة يعادل \(0.3\;DH\). فإن متوسط عدد الساعات التي يعمل بها المكيف يومياً تعادل:
A
\[t=6.54 \;\;h\]
B
\[t=12.4 \;\;h\]
C
\[t=8.65 \;\;h\]
D
\[t=7.12 \;\;h\]
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Power \(P = VI KW\). Energy in \[E=P(kW) \times t(h)\] Cost = Energy × Price per kWh.
💡 المفهوم: القدرة \[P = VI KW\] الطاقة \[E=P(kW) \times t(h)\]. التكلفة = الطاقة × سعر الكيلو وات ساعة.
1
Calculate power: \(P = VI = 220 \times 15 = 3300 \;\;W = 3.3 \;\;kW\)
حساب القدرة: \(P = VI = 220 \times 15 = 3300 \;\;W = 3.3 \;\;kW\)
2
Total energy for the week: \(E = \frac{Cost}{Price} = \frac{60}{0.3} = 200 \;\;kWh\)
الطاقة الكلية للأسبوع: \(E = \frac{التكلفة}{السعر} = \frac{60}{0.3} = 200 \;\;kWh\)
3
Total time for the week: \(t_{week} = \frac{E}{P} = \frac{200}{3.3} = 60.61 \;\;h\)
الزمن الكلي للأسبوع: \(t_{week} = \frac{E}{P} = \frac{200}{3.3} = 60.61 \;\;h\)
4
Time per day: \(t_{daily} = \frac{60.61}{7} = 8.66 \approx 8.65 \;\;h\)
الزمن اليومي: \(t_{daily} = \frac{60.61}{7} = 8.66 \approx 8.65 \;\;h\)
✅ \[t=8.65 \;\;h\]
✅ \[t=8.65 \;\;h\]
💡 Tip: Remember to convert Watts to Kilowatts when using kWh units.
💡 تذكير: تذكر تحويل الوات إلى كيلووات عند استخدام وحدات kWh.
📝 Answer the following questions:
📝 أجب عن الأسئلة التالية:
1
Charge Movement Analysis
تحليل حركة الشحنات
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
We have two metal conductors A and B, where the potential of A is greater than the potential of B (VA > VB).
a) Explain the direction of electron movement and conventional current when they are connected by a wire.
b) What happens to charge movement when the potentials are equal? Why?
c) What role does the battery play in maintaining charge movement in the circuit?
السؤال:
لدينا موصلان معدنيان \[A و B\] حيث جهد \[ V_A > V_B\] أ- وضّح اتجاه حركة الإلكترونات والتيار الاصطلاحي عند توصيلهما بسلك.
ب- ماذا يحدث لحركة الشحنات عندما يتساوى الجهدان؟ ولماذا؟
ج- ما الدور الذي تلعبه البطارية في استمرار حركة الشحنات في الدائرة؟
Solution:
طريقة الحل:
a)
Electrons (negative charges) move from lower potential (B) to higher potential (A) because they are attracted to the higher potential. While conventional current (scientists' convention) moves from higher potential (A) to lower potential (B) (opposite to electron direction).
أ-
الإلكترونات (شحنات سالبة) تتحرك من الجهد الأقل إلى الجهد الأعلى لأنها تنجذب للجهد الأعلى. بينما التيار الاصطلاحي (اتفاق العلماء) يتحرك من الجهد الأعلى إلى الجهد الأقل (عكس اتجاه الإلكترونات).
b)
When the potentials are equal, the potential difference stops, and thus charge movement stops because the electric field inside the wire becomes zero.
ب-
عندما يتساوى الجهدان، يتوقف فرق الجهد، وبالتالي تتوقف حركة الشحنات لأن المجال الكهربائي داخل السلك يصبح صفراً.
c)
The battery acts as a charge pump, maintaining a constant potential difference between its terminals by converting chemical energy into electrical energy, ensuring continuous charge movement.
ج-
البطارية تعمل كمضخة للشحنات، حيث تحافظ على فرق جهد ثابت بين طرفيها عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، مما يضمن استمرار حركة الشحنات.
2
Energy Transformations in Circuits
تحولات الطاقة في الدوائر
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
Explain in detail the chain of energy transformations that occur in a hydroelectric power plant (dam) until it reaches a home and operates an electric lamp.
Identify each transformation and mention the devices responsible for it.
السؤال:
اشرح بالتفصيل سلسلة تحولات الطاقة التي تحدث في محطة توليد كهرومائية (سد) حتى وصولها إلى منزل وتشغيل مصباح كهربائي.
وضح كل تحول مع ذكر الأجهزة المسؤولة عنه.
Solution:
طريقة الحل:
1.
Potential energy (water stored in the dam) →
1.
طاقة الوضع (الماء المخزون في السد) ←
2.
Kinetic energy (falling water) →
2.
طاقة حركية (سقوط الماء) ←
3.
Mechanical energy (turbine rotation) →
3.
طاقة ميكانيكية (دوران التوربين) ←
4.
Electrical energy (generator converts rotational motion to electric current via electromagnetic induction).
4.
طاقة كهربائية (المولد الكهربائي الذي يحول الحركة الدورانية إلى تيار كهربائي بفضل الحث الكهرومغناطيسي).
5.
Electrical energy is transmitted through power lines to the home.
5.
تنتقل الطاقة الكهربائية عبر أسلاك النقل إلى المنزل.
6.
In the lamp, electrical energy is converted to light energy (and mostly to heat energy).
6.
في المصباح، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية (ومعظمها إلى طاقة حرارية).
3
Factors Affecting Resistance
العوامل المؤثرة على المقاومة
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
List the four factors that determine the resistance of a metal conductor, explaining the effect of each factor using the mathematical relationship.
Then explain why the resistance of an incandescent lamp increases when turned on compared to when it is off.
السؤال:
اذكر العوامل الأربعة التي تعتمد عليها مقاومة موصل معدني، مع شرح تأثير كل عامل باستخدام العلاقة الرياضية.
ثم فسر لماذا تزداد مقاومة المصباح المتوهج عند تشغيله مقارنة بوقت إطفائه.
Solution:
طريقة الحل:
Factors:
العوامل:
1. Length (L):
Resistance increases proportionally with length (R ∝ L).
1. الطول (L):
تزداد المقاومة طردياً مع الطول (R ∝ L).
2. Cross-sectional area (A):
Resistance decreases inversely with area (R ∝ 1/A).
2. مساحة المقطع العرضي (A):
تتناقص المقاومة عكسياً مع المساحة (R ∝ 1/A).
3. Material type (resistivity ρ):
Resistivity varies with different materials (R = ρ L / A).
3. نوع المادة (المقاومية ρ):
تختلف المقاومية باختلاف المادة (R = ρ L / A).
4. Temperature:
In metals, resistance increases with temperature due to atomic vibrations and increased electron collisions.
4. درجة الحرارة:
في المعادن، تزداد المقاومة بزيادة درجة الحرارة بسبب اهتزاز الذرات وزيادة تصادم الإلكترونات.
Lamp explanation:
When the lamp is turned on, the tungsten filament temperature rises significantly, increasing its resistance. Therefore, the lamp's resistance when operating is higher than when it is cold (off).
تفسير المصباح:
عند تشغيل المصباح، ترتفع درجة حرارة فتيل التنجستن بشكل كبير، مما يزيد من مقاومته. لذلك تكون مقاومة المصباح في حالة التشغيل أعلى منها في حالة البرودة (الإطفاء).
4
Ohm's Law and Ohmic Materials
قانون أوم والمواد الأومية
▪ High
▪ عالي
Question:
a) State Ohm's law, and mention the conditions for its applicability (ohmic materials).
b) You have a resistor of 100 Ω. A variable current is passed through it and voltage-current values are recorded. How can you verify that it is an ohmic resistor? What would the graph of V vs. I look like?
c) If the resistor is non-ohmic, give an example and explain why the law does not apply.
السؤال:
أ- اشرح نص قانون أوم، واذكر شروط انطباقه (المواد الأومية).
ب- لديك مقاومة قيمتها
\[100 Ω،\]
تم تمرير تيار متغير فيها وسجلت قيم الجهد والتيار. كيف يمكنك التحقق من أنها مقاومة أومية؟ وماذا سيكون شكل العلاقة البيانية بين \[V و I\]
ج- إذا كانت المقاومة غير أومية، أعط مثالاً عليها ووضح سبب عدم انطباق القانون.
Solution:
طريقة الحل:
a)
Ohm's law states: "The potential difference across a metal conductor is directly proportional to the current passing through it, provided temperature is constant and the conductor is ohmic." Mathematically: V = I × R.
أ-
ينص قانون أوم على أن: "فرق الجهد الكهربائي بين طرفي موصل معدني يتناسب طردياً مع شدة التيار المار فيه، بشرط ثبات درجة الحرارة وبشرط أن يكون الموصل أومياً". والعلاقة الرياضية:\[ V = I × R.\]
b)
To verify: Change the voltage and measure the current, then calculate the ratio V/I each time. If the ratio is constant and equals 100 Ω, it is ohmic.
The graph will be a straight line passing through the origin, with slope equal to the resistance value.
ب-
للتأكد من أنها أومية: نغير الجهد ونقيس التيار، ثم نحسب النسبة \[V/I\] في كل مرة. إذا كانت النسبة ثابتة وتساوي
\[100 Ω،\] فهي أومية.
العلاقة البيانية ستكون خطاً مستقيماً يمر بنقطة الأصل، ميله يساوي قيمة المقاومة.
c)
Example of non-ohmic resistor: Diode or fluorescent lamp. Reason: The relationship between V and I is not linear because resistance changes with voltage and current (thermal effects or semiconductor properties).
ج-
مثال على مقاومة غير أومية: صمام ثنائي (دايود) أو مصباح الفلورسنت. السبب: أن العلاقة بين\[ V و I\] ليست خطية بسبب تغير المقاومة مع تغير الجهد والتيار (تأثيرات حرارية أو خواص شبه الموصلات).
5
Application of Energy and Power
تطبيق على الطاقة والقدرة
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
A heating device has a power of 2000 W and operates at 220 V.
a) Calculate the current drawn by the device.
b) Calculate the energy consumed during 1.5 hours (in Joules and kWh).
c) If the cost of 1 kWh is 0.30 dinar, calculate the cost of operating the device for 5 hours daily for 30 days.
السؤال:
جهاز تسخين كهربائي قدرته
\[2000 W \]يعمل على جهد
\[220 V\]
أ- احسب شدة التيار الذي يسحبه الجهاز.
ب- احسب الطاقة المستهلكة خلال ساعة ونصف (بالجول والكيلوواط ساعة).
ج- إذا كانت تكلفة الكيلوواط ساعة هي 0.30 دينار، احسب تكلفة تشغيل الجهاز لمدة 5 ساعات يومياً لمدة 30 يوماً.
Solution:
طريقة الحل:
a)
Current: I = P / V = 2000 / 220 = 9.09 A
أ-
التيار: I = P / V = 2000 / 220 = 9.09 A
b)
Energy: P = 2000 W = 2 kW. Time = 1.5 h.
Energy (kWh) = 2 × 1.5 = 3 kWh.
Energy (J) = 3 × 3.6×10⁶ = 10.8×10⁶ J (or 10,800,000 J).
ب-
الطاقة: P = 2000 W = 2 kW. الزمن = 1.5 h.
الطاقة (kWh) = 2 × 1.5 = 3 kWh.
الطاقة (J) = 3 × 3.6×10⁶ = 10.8×10⁶ J (أو 10,800,000 J).
c)
Daily consumption = 2 kW × 5 h = 10 kWh.
Monthly consumption = 10 × 30 = 300 kWh.
Cost = 300 × 0.30 = 90 dinars.
ج-
الاستهلاك اليومي = 2 kW × 5 h = 10 kWh.
الاستهلاك الشهري = 10 × 30 = 300 kWh.
التكلفة = 300 × 0.30 = 90 دينار.
6
Resistivity and Design
المقاومة النوعية والتصميم
▪ High
▪ عالي
Question:
An engineer needs a wire with resistance 0.5 Ω for use in a circuit. He has a material with resistivity 1.6×10⁻⁸ Ω·m.
a) If the wire length is 5 m, what cross-sectional area is required?
b) If the available area is 2 mm², what length is needed to achieve the required resistance?
c) How does the required length change if a material with double the resistivity is used? (Without calculations, explain qualitatively).
السؤال:
مهندس يحتاج إلى سلك مقاومته
\[0.5 Ω \]لاستخدامه في دائرة. لديه مادة مقاومتها النوعية
\[1.6×10⁻⁸ Ω·m.\] أ- إذا كان طول السلك
\[5 m\] ما مساحة المقطع العرضي المطلوبة؟
ب- إذا كانت المساحة المتوفرة
\[2 mm²\] فما الطول اللازم لتحقيق المقاومة المطلوبة؟
ج- كيف يتغير الطول المطلوب إذا استخدم مادة مقاوميتها النوعية ضعف القيمة الأولى؟ (بدون حسابات، اشرح نوعياً).
Solution:
طريقة الحل:
a)
From resistance law: R = ρ L / A → A = ρ L / R
A = (1.6×10⁻⁸ × 5) / 0.5 = (8×10⁻⁸) / 0.5 = 1.6×10⁻⁷ m²
أ-
من قانون المقاومة: R = ρ L / A → A = ρ L / R
A = (1.6×10⁻⁸ × 5) / 0.5 = (8×10⁻⁸) / 0.5 = 1.6×10⁻⁷ m²
b)
A = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m².
L = R × A / ρ = (0.5 × 2×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = (1×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = 62.5 m
ب-
A = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m².
L = R × A / ρ = (0.5 × 2×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = (1×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = 62.5 m
c)
If resistivity doubles (ρ₂ = 2ρ₁) and we want the same resistance and same area, the length must also double (since R ∝ ρL). Therefore, the length becomes twice the length calculated in part (b).
ج-
إذا تضاعفت المقاومية (ρ₂ = 2ρ₁) وتُريد نفس المقاومة ونفس المساحة، فيجب أن يتضاعف الطول أيضاً (حيث R ∝ ρL). أي أن الطول يصبح ضعف الطول المحسوب في الفرع (ب).
7
Circuit Protection Analysis
تحليل دائرة حماية
▪ High
▪ عالي
Question:
In a household circuit, a circuit breaker with a maximum current rating of 15 A is installed.
a) If an iron of 1500 W, a lamp of 100 W, and a hair dryer of 1200 W are all operated at 220 V, will the breaker trip? Show your calculations.
b) If we want to add a washing machine of 2000 W, what will happen? What is the suggested solution?
السؤال:
في دائرة منزلية، تم تركيب قاطع كهربائي (فيوز) يتحمل تياراً أقصى
\[15 A\] أ- إذا تم تشغيل مكواة قدرتها
\[1500 W \]ومصباح قدرته
\[100 W \]ومجفف شعر قدرته
\[1200 W \]
جميعها على جهد
\[220 V\] فهل سيفصل القاطع؟ وضح بالحساب.
ب- إذا أردنا إضافة غسالة قدرتها
\[2000 W\] ماذا سيحدث؟ وما الحل المقترح؟
Solution:
طريقة الحل:
a)
Total current = Total power of devices / Voltage
Pₜ = 1500 + 100 + 1200 = 2800 W
Iₜ = 2800 / 220 = 12.73 A
Since \[ 15 A > 12.73A \] the breaker will not trip.
أ-
التيار الكلي = مجموع قدرات الأجهزة / الجهد
Pₜ = 1500 + 100 + 1200 = 2800 W
Iₜ = 2800 / 220 = 12.73 A
بما أن
\[ 15 A > 12.73A \] ، فإن القاطع لن يفصل.
b)
With the washing machine added: Pₜ = 2800 + 2000 = 4800 W
Iₜ = 4800 / 220 = 21.82 A
This current is greater than 15 A, so the breaker will trip (or the fuse will blow) to protect the wires from fire.
Solution: Either use a breaker with higher rating (e.g., 25 A) while ensuring wire capacity, or operate devices sequentially rather than simultaneously, or distribute loads on separate circuits.
ب-
بإضافة الغسالة: Pₜ = 2800 + 2000 = 4800 W
Iₜ = 4800 / 220 = 21.82 A
هذا التيار أكبر من 15 A، لذلك سيفصل القاطع (أو يحترق الفيوز) لحماية الأسلاك من الحريق.
الحل: إما استخدام قاطع يتحمل تياراً أكبر (مثل 25 A) مع التأكد من قدرة الأسلاك، أو تشغيل الأجهزة بشكل متتابع وليس دفعة واحدة، أو توزيع الأحمال على دوائر منفصلة.
🧮 Calculator
🗑️
✏️ قلم
📚 Electric Current & Resistance - Question Bank
📚 بنك الأسئلة - التيار الكهربائي والمقاومة
🏛️ 1 - Device that converts electrical energy to heat only
🏛️ 1 - جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط
Which of the following devices converts electrical energy to heat only?
أي من الأجهزة التالية تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط
A
Batteryالبطارية
B
Resistorالمقاومة
C
Lampالمصباح
D
Hair dryerمجفف الشعر
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: A resistor is an electrical component that opposes the flow of current and converts electrical energy into heat energy (Joule heating).
💡 المفهوم: المقاومة هي مكون كهربائي يعيق مرور التيار ويحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية (تسخين جول).
1
Analysis: • Battery: converts chemical energy to electrical energy.
• Resistor: converts electrical energy to heat only.
• Lamp: converts electrical energy to light and heat.
• Hair dryer: converts electrical energy to heat and kinetic energy (fan). التحليل: • البطارية: تحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية.
• المقاومة: تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط.
• المصباح: يحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وحرارة.
• مجفف الشعر: يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة وطاقة حركية (مروحة).
• Resistor: converts electrical energy to heat only.
• Lamp: converts electrical energy to light and heat.
• Hair dryer: converts electrical energy to heat and kinetic energy (fan). التحليل: • البطارية: تحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية.
• المقاومة: تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية فقط.
• المصباح: يحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وحرارة.
• مجفف الشعر: يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة وطاقة حركية (مروحة).
✅ Resistor
✅ المقاومة
💡 Tip: A resistor is the simplest device that converts electrical energy completely into heat.
💡 تذكير: المقاومة هي أبسط جهاز يحول الطاقة الكهربائية بالكامل إلى حرارة.
🏛️ 2 - Where is most energy lost in a circuit?
🏛️ 2 - أين يتم فقد معظم الطاقة في الدائرة؟
In the circuit shown below, in which part of the circuit is most of the electrical energy lost?
في الشكل أدناه دائرة كهربائية بسيطة، في أي جزء من الدائرة يتم فقد معظم الطاقة للشحنات الكهربائية؟
A
Ammeterالأميتر
B
Voltmeterالفولتميتر
C
Resistorالمقاوم
D
Wiresالأسلاك
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: In a circuit, energy is lost as heat in components that have resistance. The resistor converts electrical energy into heat (Joule heating).
💡 المفهوم: في الدائرة، تُفقد الطاقة على شكل حرارة في المكونات التي لها مقاومة. المقاوم يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة (تسخين جول).
1
Analysis: • Ammeter: has very low resistance, negligible energy loss.
• Voltmeter: has very high resistance, negligible current flow.
• Resistor: has significant resistance, converts electrical energy to heat.
• Wires: have very low resistance, negligible energy loss. التحليل: • الأميتر: مقاومته منخفضة جداً، فقدان الطاقة مهمل.
• الفولتميتر: مقاومته عالية جداً، تيار مار به مهمل.
• المقاوم: له مقاومة كبيرة، يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة.
• الأسلاك: مقاومتها منخفضة جداً، فقدان الطاقة مهمل.
• Voltmeter: has very high resistance, negligible current flow.
• Resistor: has significant resistance, converts electrical energy to heat.
• Wires: have very low resistance, negligible energy loss. التحليل: • الأميتر: مقاومته منخفضة جداً، فقدان الطاقة مهمل.
• الفولتميتر: مقاومته عالية جداً، تيار مار به مهمل.
• المقاوم: له مقاومة كبيرة، يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة.
• الأسلاك: مقاومتها منخفضة جداً، فقدان الطاقة مهمل.
✅ The resistor (المقاوم)
✅ المقاوم
💡 Tip: In a circuit, energy is lost mainly in the resistor because \(P = I^2R\).
💡 تذكير: في الدائرة، تُفقد الطاقة بشكل رئيسي في المقاوم لأن \(P = I^2R\).
🏛️ 3 - Energy consumed by a lamp
🏛️ 3 - الطاقة التي يصرفها المصباح
An electric current of \(3\;A\) passes through a lamp with a potential difference of \(20\;V\). The energy consumed by the lamp during one minute is:
تيار كهربائي شدته \(3\;A\) يمر في مصباح، فرق الجهد بين طرفيه \(20\;V\). فإن الطاقة التي يصرفها المصباح خلال دقيقة تعادل:
A
\[E=1800 \;\;J\]
B
\[E=3600 \;\;J\]
C
\[E=600 \;\;J\]
D
\[E=1200 \;\;J\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: Electrical power is \(P = VI\), and energy is \(E = P \times t = VIt\).
💡 المفهوم: القدرة الكهربائية هي \(P = VI\)، والطاقة هي \(E = P \times t = VIt\).
1
Calculate power: \(P = VI = 20 \times 3 = 60 \;\;W\)
حساب القدرة: \(P = VI = 20 \times 3 = 60 \;\;W\)
2
Convert time: \(t = 1 \;\;min = 60 \;\;s\)
تحويل الزمن: \(t = 1 \;\;min= 60 \;\;s\)
3
Calculate energy: \(E = P \times t = 60 \times 60 = 3600 \;\;J\)
حساب الطاقة: \(E = P \times t = 60 \times 60 = 3600 \;\;J\)
✅ \[E=3600 \;\;J\]
✅ \[E=3600 \;\;J\]
💡 Tip: Always convert time to seconds when using SI units (Joules).
💡 تذكير: قم دائماً بتحويل الزمن إلى ثوانٍ عند استخدام وحدات النظام الدولي (جول).
🏛️ 4 - Current from number of electrons
🏛️ 4 - شدة التيار من عدد الإلكترونات
The number of electrons passing through a wire cross-section in a circuit during \(120\;s\) was \(120 \times 10^{20}\). The current intensity in the wire is:
تم حصر عدد الإلكترونات التي تعبر مقطع سلك في دائرة كهربائية خلال \(120\;s\) فكان عدد الإلكترونات \(120 \times 10^{20}\). فإن شدة التيار المار في السلك:
A
\[I=1.9 \;\;A\]
B
\[I=0.61 \;\;A\]
C
\[I=1.3 \;\;A\]
D
\[I=2.7 \;\;A\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: Current is the rate of flow of charge: \(I = \frac{Q}{t}\), where \(Q = n \times e\) and \(e = 1.6 \times 10^{-19} C\).
💡 المفهوم: شدة التيار هي معدل تدفق الشحنة: \[I = \frac{Q}{t}\;\;\;\;\;Q = n \times e\;\;\;\;\;\;e = 1.6 \times 10^{-19} C\].
1
Calculate total charge: \(Q = n \times e = 120 \times 10^{20} \times 1.6 \times 10^{-19} = 120 \times 16 = 1920 \;\;C\)
حساب الشحنة الكلية: \(Q = n \times e = 120 \times 10^{20} \times 1.6 \times 10^{-19} = 120 \times 16 = 1920 \;\;C\)
2
Calculate current: \(I = \frac{Q}{t} = \frac{1920}{120} = 16 \;\;A\)
حساب شدة التيار: \(I = \frac{Q}{t} = \frac{1920}{120} = 16 \;\;A\)
✅ \[I=16 \;\;A\]
✅ \[I=16 \;\;A\]
💡 Note: The options seem to have a different scaling. Make sure to check the exponent correctly.
💡 ملاحظة: يبدو أن الخيارات لها مقياس مختلف. تأكد من مراجعة الأس بشكل صحيح.
🏛️ 5 - Unit of Power (Watt)
🏛️ 5 - وحدة قياس القدرة (الوات)
The unit of power is the watt, which is equivalent to:
وحدة قياس القدرة هي الوات، وهي تعادل:
A
\[kg.m^2/S^2\]
B
\[kg.m^2/S^3\]
C
\[J.S\]
D
\[N.S/m\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: Power is the rate of doing work: \(P = \frac{W}{t} = \frac{F \times d}{t} = \frac{kg \cdot m/s^2 \times m}{s} = \frac{kg \cdot m^2}{s^3}\).
💡 المفهوم: القدرة هي معدل بذل الشغل: \(P = \frac{W}{t} = \frac{F \times d}{t} = \frac{kg \cdot m/s^2 \times m}{s} = \frac{kg \cdot m^2}{s^3}\).
1
Derive unit: \(Watt = \frac{Joule}{second} = \frac{kg \cdot m^2/s^2}{s} = kg \cdot m^2 \cdot s^{-3}\).
اشتقاق الوحدة:
\[W = \frac{J}{S} = \frac{kg \cdot m^2/s^2}{s} = kg \cdot m^2 \cdot s^{-3}\].
✅ \[kg.m^2/S^3\]
✅ \[kg.m^2/S^3\]
💡 Tip: 1 Watt = 1 Joule/second = 1 kg·m²/s³.
💡 تذكير: 1 وات = 1 جول/ثانية = 1 كجم·م²/ث³.
🏛️ 6 - Devices connected in parallel
🏛️ 6 - الأجهزة المتصلة على التوازي
In the figure below, a group of devices are connected together. Which devices are connected in parallel?
في الشكل أدناه مجموعة من الأجهزة مرتبطة مع بعضها البعض. الأجهزة التي تم توصيلها على التوازي:
A
Voltmeter - Lampفولتميتر - مصباح
B
Ammeter - Fuseأميتر - منصهر
C
Variable resistor - Resistorمقاومة متغيرة - مقاومة
D
Battery - Switchبطارية - مفتاح
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: A voltmeter is always connected in parallel with the component whose voltage is being measured. A lamp can be connected in parallel with other devices.
💡 المفهوم: الفولتميتر يوصل دائماً على التوازي مع المكون الذي نقيس جهده. المصباح يمكن توصيله على التوازي مع أجهزة أخرى.
1
Analysis: • Voltmeter: connected in parallel to measure voltage.
• Ammeter: connected in series to measure current.
• Variable resistor: connected in series to control current.
• Battery and switch: connected in series. التحليل: • الفولتميتر: يوصل على التوازي لقياس الجهد.
• الأميتر: يوصل على التوالي لقياس التيار.
• المقاومة المتغيرة: توصل على التوالي للتحكم في التيار.
• البطارية والمفتاح: يوصلان على التوالي.
• Ammeter: connected in series to measure current.
• Variable resistor: connected in series to control current.
• Battery and switch: connected in series. التحليل: • الفولتميتر: يوصل على التوازي لقياس الجهد.
• الأميتر: يوصل على التوالي لقياس التيار.
• المقاومة المتغيرة: توصل على التوالي للتحكم في التيار.
• البطارية والمفتاح: يوصلان على التوالي.
✅ Voltmeter - Lamp
✅ فولتميتر - مصباح
💡 Tip: Voltmeters are always connected in parallel; ammeters are always connected in series.
💡 تذكير: الفولتميتر يوصل دائماً على التوازي؛ الأميتر يوصل دائماً على التوالي.
🏛️ 7 - Resistance from I-V graph
🏛️ 7 - المقاومة من منحنى التيار-الجهد
The graph below shows the relationship between current and voltage for an ohmic resistor. The value of the resistance is:
في الشكل أدناه تم رسم العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد لمقاوم أومي. فإن قيمة المقاومة تعادل:
A
\[R= 10 \;\Omega\]
B
\[R= 1.8 \;\Omega\]
C
\[R= 0.05 \;\Omega\]
D
\[R= 20 \;\Omega\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: For an ohmic resistor, \(V = IR\). The resistance is the slope of the \(V\) vs. \(I\) graph: \(R = \frac{\Delta V}{\Delta I}\).
💡 المفهوم: للمقاوم الأومي، \[V = IR\]. المقاومة هي ميل منحنى \(V-I\) \[R = \frac{\Delta V}{\Delta I}\].
1
Read from graph: \(\Delta V = 10 \;\;V\), \(\Delta I = 0.5 \;\;A\)
القراءة من الرسم البياني: \(\Delta V = 10 \;\;V\)، \(\Delta I = 0.5 \;\;A\)
2
Calculate resistance: \(R = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10}{0.5} = 20 \;\Omega\)
حساب المقاومة: \(R = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10}{0.5} = 20 \;\Omega\)
✅ \[R= 20 \;\Omega\]
✅ \[R= 20 \;\Omega\]
💡 Tip: The slope of the I-V graph for an ohmic resistor gives the conductance (\(G = 1/R\)).
💡 تذكير: ميل منحنى التيار-الجهد للمقاوم الأومي يعطي الموصلية (\(G = 1/R\)).
🏛️ 8 - Comparing resistances from I-V graph
🏛️ 8 - مقارنة المقاومات من منحنى التيار-الجهد
The graph below shows the relationship between current and voltage for three resistors (1, 2, 3). Which of the following correctly expresses these resistances?
في الشكل أدناه تم رسم العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد لثلاث مقاومات (3,2,1). أحد الإجابات التالية تعبر عن هذه المقاومات:
A
\[R_3 > R_2 > R_1\]
B
\[R_1 = R_3 > R_2\]
C
\[R_1 > R_2 > R_3\]
D
\[R_2 > R_1 > R_3\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: For the same voltage, a larger current means smaller resistance. The slope of the I-V graph is \(1/R\).
💡 المفهوم: لنفس الجهد، تيار أكبر يعني مقاومة أصغر. ميل منحنى التيار-الجهد هو \[1/R\]
1
Analyze slopes: • R1 and R3 have the same slope (same current for same voltage) → equal resistance.
• R2 has a steeper slope (larger current for same voltage) → smaller resistance.
Therefore: \[R_1 = R_3 > R_2\]. تحليل الميل: •\[ R1 و R3\] لهما نفس الميل نفس التيار لنفس الجهد إذا مقاومة متساوية.
•\[ R2 \]له ميل أكبر (تيار أكبر لنفس الجهد) ← مقاومة أصغر.
إذن: \[R_1 = R_3 > R_2\].
• R2 has a steeper slope (larger current for same voltage) → smaller resistance.
Therefore: \[R_1 = R_3 > R_2\]. تحليل الميل: •\[ R1 و R3\] لهما نفس الميل نفس التيار لنفس الجهد إذا مقاومة متساوية.
•\[ R2 \]له ميل أكبر (تيار أكبر لنفس الجهد) ← مقاومة أصغر.
إذن: \[R_1 = R_3 > R_2\].
✅ \[R_1 = R_3 > R_2\]
✅ \[R_1 = R_3 > R_2\]
💡 Tip: Steeper slope in an I-V graph means lower resistance.
💡 تذكير: الميل الأكبر في منحنى التيار-الجهد يعني مقاومة أقل.
🏛️ 9 - Voltage where resistance equal
🏛️ 9 - الجهد الذي تتساوى عنده المقاومة
A student studied the relationship between current and voltage for an ohmic resistor, then performed the same experiment on a lamp. At what voltage does the resistance of the lamp equal the resistance of the ohmic resistor?
قام أحد الطلاب بدراسة العلاقة بين شدة التيار وفرق الجهد لمقاوم أومي، ثم أجرى نفس التجربة على مصباح. عند أي جهد تتساوى مقاومة المصباح والمقاومة الأومية؟
A
\[V=1.5 \;\;V\]
B
\[V=6.5 \;\;V\]
C
\[V=3.5 \;\;V\]
D
\[V=8 \;\;V\]
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: The resistance at any point is \(R = V/I\). Find the voltage where the slope of the lamp curve equals the slope of the resistor line.
💡 المفهوم: المقاومة عند أي نقطة هي \(R = V/I\). أوجد الجهد حيث ميل منحنى المصباح يساوي ميل خط المقاومة.
1
From the graph: The resistor line has a constant slope (ohmic). The lamp curve intersects the resistor line at \(V = 3.5 \;\;V\).
من الرسم البياني: خط المقاومة له ميل ثابت (أومي). يتقاطع منحنى المصباح مع خط المقاومة عند \(V = 3.5 \;\;V\).
✅ \[V=3.5 \;\;V\]
✅ \[V=3.5 \;\;V\]
💡 Tip: The intersection point of the two curves is where the resistances are equal.
💡 تذكير: نقطة تقاطع المنحنيين هي حيث تتساوى المقاومات.
🏛️ 10 - Power of a lamp with different voltage
🏛️ 10 - قدرة المصباح عند جهد مختلف
A lamp is rated \(100\;W\), \(220\;V\). It is connected to a battery with EMF \(50\;V\). The power of the lamp becomes:
مصباح كُتب عليه \(100\;W\), \(220\;V\). تم توصيله ببطارية قوتها المحركة \(50\;V\). فإن قدرة المصباح تصبح:
A
\[P=5.2 \;\;W\]
B
\[P=10.5 \;\;W\]
C
\[P=50 \;\;W\]
D
\[P=15.8 \;\;W\]
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: The resistance of the lamp is constant: \(R = \frac{V^2}{P}\). Then use \(P = \frac{V^2}{R}\) for the new voltage.
💡 المفهوم: مقاومة المصباح ثابتة: \(R = \frac{V^2}{P}\). ثم استخدم \(P = \frac{V^2}{R}\) للجهد الجديد.
1
Calculate resistance: \(R = \frac{V^2}{P} = \frac{220^2}{100} = 484 \;\Omega\)
حساب المقاومة: \(R = \frac{V^2}{P} = \frac{220^2}{100} = 484 \;\Omega\)
2
Calculate new power: \(P_{new} = \frac{V_{new}^2}{R} = \frac{50^2}{484} = \frac{2500}{484} = 5.17 \approx 5.2 \;\;W\)
حساب القدرة الجديدة: \(P_{new} = \frac{V_{new}^2}{R} = \frac{50^2}{484} = \frac{2500}{484} = 5.17 \approx 5.2 \;\;W\)
✅ \[P=5.2 \;\;W\]
✅ \[P=5.2 \;\;W\]
💡 Tip: The resistance of a lamp is constant (assuming it doesn't change with temperature).
💡 تذكير: مقاومة المصباح ثابتة (بافتراض أنها لا تتغير مع درجة الحرارة).
🏛️ 11 - Current from Power and Voltage
🏛️ 11 - شدة التيار من القدرة والجهد
A lamp has power \(120\;W\) and operates at voltage \(220\;V\). The current through the lamp is:
مصباح قدرته \(120\;W\) ويعمل تحت فرق جهد \(220\;V\). فإن شدة التيار المار في المصباح تعادل:
A
\[I= 1.2 \;\;A\]
B
\[I= 0.82 \;\;A\]
C
\[I= 1.8 \;\;A\]
D
\[I= 0.54 \;\;A\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: Power is \(P = VI\), so \[I = \frac{P}{V}\].
💡 المفهوم: القدرة هي \(P = VI\)، لذا \[I = \frac{P}{V}\].
1
Calculate current: \(I = \frac{P}{V} = \frac{120}{220} = 0.545 \approx 0.54 \;\;A\)
حساب شدة التيار: \(I = \frac{P}{V} = \frac{120}{220} = 0.545 \approx 0.54 \;\;A\)
✅ \[I= 0.54 \;\;A\]
✅ \[I= 0.54 \;\;A\]
💡 Tip: Remember the power triangle: \(P = VI\), \(I = P/V\), \(V = P/I\).
💡 تذكير: تذكر مثلث القدرة: \(P = VI\)، \(I = P/V\)، \(V = P/I\).
🏛️ 12 - Energy consumed by a fan
🏛️ 12 - الطاقة المصروفة من المروحة
A fan operates at \(220\;V\) and carries a current of \(I=0.1\;A\). The energy consumed during one minute is:
مروحة تعمل تحت فرق جهد \(220\;V\) ويمر بها تيار شدته \(I=0.1\;A\). فإن الطاقة المصروفة خلال دقيقة تعادل:
A
\[E= 840 \;\;J\]
B
\[E= 2318 \;\;J\]
C
\[E= 1320 \;\;J\]
D
\[E= 615 \;\;J\]
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Electrical energy is \(E = VIt\).
💡 المفهوم: الطاقة الكهربائية هي \(E = VIt\).
1
Convert time: \(t = 1 \;\;min = 60 \;\;s\)
تحويل الزمن: \(t = 1 \;\;min = 60 \;\;S\)
2
Calculate energy: \(E = VIt = 220 \times 0.1 \times 60 = 1320 \;\;J\)
حساب الطاقة: \(E = VIt = 220 \times 0.1 \times 60 = 1320 \;\;J\)
✅ \[E= 1320 \;\;J\]
✅ \[E= 1320 \;\;J\]
💡 Tip: Energy = Power × Time = Voltage × Current × Time.
💡 تذكير: الطاقة = القدرة × الزمن = الجهد × التيار × الزمن.
🏛️ 13 - Wire with least resistance
🏛️ 13 - السلك الأقل مقاومة
Four wires of the same material and same temperature are shown. Which wire has the least resistance?
أربع أسلاك من نفس النوع وبنفس درجة الحرارة. أي الأسلاك التالية لها أقل مقاومة؟
A
Wire 1سلك 1
B
Wire 2سلك 2
C
Wire 3سلك 3
D
Wire 4سلك 4
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Resistance is given by \(R = \rho \frac{L}{A}\). For the same material (\(\rho\) constant), resistance is proportional to length and inversely proportional to area.
💡 المفهوم: المقاومة تُعطى بالعلاقة \(R = \rho \frac{L}{A}\). لنفس المادة (\(\rho\) ثابت)، المقاومة تتناسب طردياً مع الطول وعكسياً مع المساحة.
1
Analyze each wire: Wire 3 has the largest cross-sectional area and the shortest length → least resistance.
تحليل كل سلك: السلك 3 لديه أكبر مساحة مقطع وأقصر طول ← أقل مقاومة.
✅ Wire 3
✅ سلك 3
💡 Tip: To minimize resistance: use short, thick wires with low resistivity.
💡 تذكير: لتقليل المقاومة: استخدم أسلاك قصيرة وسميكة ذات مقاومية نوعية منخفضة.
🏛️ 14 - Ordering resistances from table data
🏛️ 14 - ترتيب المقاومات من بيانات الجدول
The correct order of the resistances from the table below, from lowest to highest, is:
الترتيب الصحيح لمقاومات بياناتها في الجدول التالي من الأدنى مقاومة إلى الأعلى:
| Resistor D | Resistor C | Resistor B | Resistor A |
| \(T=20^\circ\) Copper |
\(T=80^\circ\) Aluminium |
\(T=20^\circ\) Aluminium |
\(T=20^\circ\) Copper |
A
\[R_A > R_C > R_D > R_B\]
B
\[R_D > R_A > R_B > R_C\]
C
\[R_C > R_B > R_D > R_A\]
D
\[R_C > R_B > R_A > R_D\]
✅ Correct Answer: D✅ الإجابة الصحيحة: D
💡 Concept: Resistance depends on material (resistivity \(\rho\)), length \(L\), and area \(A\): \(R = \rho \frac{L}{A}\).
💡 المفهوم: المقاومة تعتمد على المادة (المقاومية النوعية \(\rho\))
الطول \(L\)
والمساحة \(A\): \[R = \rho \frac{L}{A}\].
الطول \(L\)
والمساحة \(A\): \[R = \rho \frac{L}{A}\].
1
Analyze: • Copper has lower resistivity than aluminium.
• Higher temperature increases resistivity.
• Longer length increases resistance.
• Larger area decreases resistance. التحليل: • النحاس له مقاومية نوعية أقل من الألمنيوم.
• درجة الحرارة الأعلى تزيد المقاومية النوعية.
• الطول الأطول يزيد المقاومة.
• المساحة الأكبر تقلل المقاومة.
• Higher temperature increases resistivity.
• Longer length increases resistance.
• Larger area decreases resistance. التحليل: • النحاس له مقاومية نوعية أقل من الألمنيوم.
• درجة الحرارة الأعلى تزيد المقاومية النوعية.
• الطول الأطول يزيد المقاومة.
• المساحة الأكبر تقلل المقاومة.
✅ \[R_C > R_B > R_A > R_D\]
✅ \[R_C > R_B > R_A > R_D\]
💡 Tip: Compare using: lower resistivity, shorter length, and larger area all reduce resistance.
💡 تذكير: قارن باستخدام: مقاومية نوعية أقل، طول أقصر، ومساحة أكبر كلها تقلل المقاومة.
🏛️ 15 - Lamp that consumes most energy
🏛️ 15 - المصباح الذي يصرف أكثر طاقة
Which of the following lamps consumes the most energy when operated for one hour, given that all lamps are connected to the same battery?
أحد المصابيح التالية يصرف أكثر طاقة عند عملها لمدة ساعة، حيث تم وصل جميع المصابيح بنفس البطارية:
A
A
B
B
C
C
D
D
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: When connected to the same battery (same voltage), the lamp with the smallest resistance will draw the most current and consume the most power: \(P = V^2/R\).
💡 المفهوم: عند التوصيل بنفس البطارية (نفس الجهد)، المصباح ذو المقاومة الأصغر سيسحب تياراً أكبر ويصرف قدرة أكبر: \(P = V^2/R\).
1
Analyze: Lamp\[ A \]has the lowest resistance (thin filament) → highest power → most energy consumed in one hour.
التحليل: المصباح \[A \]لديه أقل مقاومة (فتيل رفيع) ← أعلى قدرة ← أكثر طاقة مصرفة في ساعة.
✅ Lamp A
✅ المصباح A
💡 Tip: Energy consumed = Power × Time. For the same time, higher power means more energy.
💡 تذكير: الطاقة المصروفة = القدرة × الزمن. لنفس الزمن، قدرة أعلى تعني طاقة أكبر.
🏛️ 16 - Features of power transmission wires
🏛️ 16 - مميزات أسلاك نقل الطاقة
Power transmission wires should have which characteristics?
من ميزات أسلاك نقل الطاقة يجب أن تكون:
A
Low resistivity and large cross-sectional areaمقاومتها النوعية منخفضة ومساحة مقطعها كبيرة
B
Low resistivity and small cross-sectional areaمقاومتها النوعية منخفضة ومساحة مقطعها صغيرة
C
High resistivity and small cross-sectional areaمقاومتها النوعية مرتفعة ومساحة مقطعها صغيرة
D
High resistivity and large cross-sectional areaمقاومتها النوعية مرتفعة ومساحة مقطعها كبيرة
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: To minimize power loss \(P = I^2R\) in transmission lines, resistance should be as low as possible: \(R = \rho L/A\).
💡 المفهوم: لتقليل فقدان الطاقة \(P = I^2R\) في خطوط النقل، يجب أن تكون المقاومة منخفضة قدر الإمكان: \(R = \rho L/A\).
1
Requirements: • Low resistivity (\(\rho\) small)
• Large cross-sectional area (\(A\) large)
These two factors minimize resistance. المتطلبات: • مقاومية نوعية منخفضة (\(\rho\) صغيرة)
• مساحة مقطع كبيرة (\(A\) كبيرة)
هذان العاملان يقللان المقاومة.
• Large cross-sectional area (\(A\) large)
These two factors minimize resistance. المتطلبات: • مقاومية نوعية منخفضة (\(\rho\) صغيرة)
• مساحة مقطع كبيرة (\(A\) كبيرة)
هذان العاملان يقللان المقاومة.
✅ Low resistivity and large cross-sectional area
✅ مقاومتها النوعية منخفضة ومساحة مقطعها كبيرة
💡 Tip: Transmission lines use materials like copper or aluminium (low resistivity) with large diameters.
💡 تذكير: تستخدم خطوط النقل مواد مثل النحاس أو الألمنيوم (مقاومية نوعية منخفضة) بأقطار كبيرة.
🏛️ 17 - Transformers for power transmission
🏛️ 17 - المحولات لنقل الطاقة
To transmit power from the station to cities, transformers are used to reduce energy loss. What type of transformers are used?
لنقل الطاقة من المحطة إلى المدن يتم وضع محولات للتقليل من الطاقة الضائعة. يكون نوع المحولات الموضوعة:
A
At station: step-up voltage, step-down current; at city: step-up voltage, step-up currentعند المحطة: رافعة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: رافعة للجهد، رافعة للتيار
B
At station: step-up voltage, step-down current; at city: step-down voltage, step-up currentعند المحطة: رافعة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: خافضة للجهد، رافعة للتيار
C
At station: step-down voltage, step-up current; at city: step-up voltage, step-down currentعند المحطة: خافضة للجهد، رافعة للتيار؛ عند المدينة: رافعة للجهد، خافضة للتيار
D
At station: step-down voltage, step-down current; at city: step-up voltage, step-down currentعند المحطة: خافضة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: رافعة للجهد، خافضة للتيار
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: To reduce power loss during transmission, high voltage and low current are used [\P = VI\]. At the city, voltage is stepped down for safe use.
💡 المفهوم: لتقليل فقدان الطاقة أثناء النقل، يُستخدم جهد عالٍ وتيار منخفض \[P = VI\]. عند المدينة، يُخفض الجهد للاستخدام الآمن.
1
Analysis: • At station: Step-up transformer (increase V, decrease I) to reduce \(I^2R\) losses.
• At city: Step-down transformer (decrease V, increase I) for safe consumption. التحليل: • عند المحطة: محول رافع
يزيد V،
يقلل I
لتقليل فقد \[I^2R\].
• عند المدينة: محول خافض
يقلل V
يزيد I
للاستهلاك الآمن.
• At city: Step-down transformer (decrease V, increase I) for safe consumption. التحليل: • عند المحطة: محول رافع
يزيد V،
يقلل I
لتقليل فقد \[I^2R\].
• عند المدينة: محول خافض
يقلل V
يزيد I
للاستهلاك الآمن.
✅ At station: step-up voltage, step-down current; at city: step-down voltage, step-up current
✅ عند المحطة: رافعة للجهد، خافضة للتيار؛ عند المدينة: خافضة للجهد، رافعة للتيار
💡 Tip: Power loss in transmission lines is proportional to \(I^2\). Higher voltage means lower current for the same power.
💡 تذكير: فقدان الطاقة في خطوط النقل يتناسب مع \(I^2\). جهد أعلى يعني تيار أقل لنفس القدرة.
🏛️ 18 - Device that stops current when connected in series
🏛️ 18 - الجهاز الذي يمنع مرور التيار عند التوصيل على التوالي
Which device, if connected in series, prevents current from flowing in the circuit?
أحد الأجهزة التالية إذا تم توصيله على التوالي فإن التيار لا يمر في الدائرة:
A
Voltmeterفولتميتر
B
Ammeterأميتر
C
Variable resistorالمقاومة المتغيرة
D
Fuseمنصهر
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: A voltmeter has very high resistance (\(\approx \infty\)) and is always connected in parallel. If connected in series, it would act as an open circuit.
💡 المفهوم: الفولتميتر له مقاومة عالية جداً (\(\approx \infty\)) ويوصل دائماً على التوازي. إذا تم توصيله على التوالي، سيعمل كدائرة مفتوحة.
1
Analysis: • Voltmeter: high resistance, connected in parallel.
• Ammeter: low resistance, connected in series.
• Variable resistor: connected in series to control current.
• Fuse: connected in series to protect the circuit. التحليل: • الفولتميتر: مقاومة عالية، يوصل على التوازي.
• الأميتر: مقاومة منخفضة، يوصل على التوالي.
• المقاومة المتغيرة: توصل على التوالي للتحكم في التيار.
• المنصهر: يوصل على التوالي لحماية الدائرة.
• Ammeter: low resistance, connected in series.
• Variable resistor: connected in series to control current.
• Fuse: connected in series to protect the circuit. التحليل: • الفولتميتر: مقاومة عالية، يوصل على التوازي.
• الأميتر: مقاومة منخفضة، يوصل على التوالي.
• المقاومة المتغيرة: توصل على التوالي للتحكم في التيار.
• المنصهر: يوصل على التوالي لحماية الدائرة.
✅ Voltmeter
✅ فولتميتر
💡 Tip: Voltmeters are always connected in parallel; connecting them in series would break the circuit.
💡 تذكير: الفولتميتر يوصل دائماً على التوازي؛ توصيله على التوالي يكسر الدائرة.
🏛️ 19 - Resistors with different areas
🏛️ 19 - مقاومان بمساحات مختلفة
Two resistors have the same length, same material, same temperature, and cross-sectional areas \(A_{R1}=2A_{R2}\). They are connected to the same battery until its energy is depleted. Which of the following is correct?
مقاومان لهما نفس الطول ومن نفس المادة وبنفس درجة الحرارة، ومساحة \(A_{R1}=2A_{R2}\). تم توصيلهما بنفس البطارية حتى انتهاء طاقتها. أحد الإجابات التالية تحقق هذه المعلومات:
A
Both resistors work for the same timeكلا المقاومين يعمل لنفس الفترة الزمنية
B
Resistor 1 works for double the time of resistor 2المقاوم 1 يعمل لفترة زمنية ضعف المقاوم 2
C
Resistor 2 works for double the time of resistor 1المقاوم 2 يعمل لفترة زمنية ضعف المقاوم 1
D
The resistor with lower resistance works for a longer timeالمقاوم الذي مقاومته أقل يعمل لفترة أطول
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Resistance is inversely proportional to area: \(R \propto 1/A\). Since \(A_{R1} = 2A_{R2}\), we have \(R_1 = R_2/2\). The resistor with larger resistance (R2) will draw less current and take longer to deplete the battery.
💡 المفهوم: المقاومة تتناسب عكسياً مع المساحة: \(R \propto 1/A\). بما أن \(A_{R1} = 2A_{R2}\)، لدينا \(R_1 = R_2/2\). المقاوم ذو المقاومة الأكبر (R2) سيسحب تياراً أقل ويستغرق وقتاً أطول لتفريغ البطارية.
1
Find resistance ratio: \(R_1 = \frac{\rho L}{A_1} = \frac{\rho L}{2A_2} = \frac{R_2}{2}\)
إيجاد نسبة المقاومات: \(R_1 = \frac{\rho L}{A_1} = \frac{\rho L}{2A_2} = \frac{R_2}{2}\)
2
Energy: \(E = VIt = \frac{V^2}{R}t\) Since energy is the same (same battery), \(t \propto R\). Resistor 2 has twice the resistance, so it works for twice the time.
الطاقة: \(E = VIt = \frac{V^2}{R}t\) بما أن الطاقة متساوية (نفس البطارية)، \(t \propto R\). المقاوم 2 له ضعف المقاومة، لذا يعمل لضعف الزمن.
✅ Resistor 2 works for double the time of resistor 1
✅ المقاوم 2 يعمل لفترة زمنية ضعف المقاوم 1
💡 Tip: For the same energy source, higher resistance means longer operating time.
💡 تذكير: لنفس مصدر الطاقة، مقاومة أعلى تعني وقت تشغيل أطول.
🏛️ 20 - Energy converted to heat in a lamp
🏛️ 20 - الطاقة المتحولة إلى حرارة في المصباح
A lamp has power \(100\;W\) and operates at 40% efficiency, converting electrical energy to radiation. The energy converted to heat during one hour is:
مصباح قدرته \(100\;W\) يعمل بكفاءة 40% حيث يحول الطاقة الكهربائية إلى إشعاعية. فإن الطاقة المتحولة إلى حرارة خلال ساعة من الزمن تعادل:
A
\[E= 1.14 \times 10^5\;\;J\]
B
\[E= 2.16 \times 10^5\;\;J\]
C
\[E= 6 \times 10^1\;\;J\]
D
\[E= 4 \times 10^1\;\;J\]
✅ Correct Answer: B✅ الإجابة الصحيحة: B
💡 Concept: Efficiency = (useful energy) / (total energy). Heat energy = total energy - useful energy.
💡 المفهوم: الكفاءة = (الطاقة المفيدة) / (الطاقة الكلية). الطاقة الحرارية = الطاقة الكلية - الطاقة المفيدة.
1
Total energy in 1 hour: \(E_{total} = P \times t = 100 \times 3600 = 3.6 \times 10^5 \;\;J\)
الطاقة الكلية في ساعة: \(E_{total} = P \times t = 100 \times 3600 = 3.6 \times 10^5 \;\;J\)
2
Useful energy (radiation): \(E_{useful} = 0.40 \times E_{total} = 0.40 \times 3.6 \times 10^5 = 1.44 \times 10^5 \;\;J\)
الطاقة المفيدة (إشعاعية): \(E_{useful} = 0.40 \times E_{total} = 0.40 \times 3.6 \times 10^5 = 1.44 \times 10^5 \;\;J\)
3
Heat energy: \(E_{heat} = E_{total} - E_{useful} = 3.6 \times 10^5 - 1.44 \times 10^5 = 2.16 \times 10^5 \;\;J\)
الطاقة الحرارية: \(E_{heat} = E_{total} - E_{useful} = 3.6 \times 10^5 - 1.44 \times 10^5 = 2.16 \times 10^5 \;\;J\)
✅ \[E= 2.16 \times 10^5\;\;J\]
✅ \[E= 2.16 \times 10^5\;\;J\]
💡 Tip: Heat energy = Total energy × (1 - Efficiency).
💡 تذكير: الطاقة الحرارية = الطاقة الكلية × (1 - الكفاءة).
🏛️ 21 - Electricity bill calculation
🏛️ 21 - حساب فاتورة الكهرباء
An electricity bill shows a previous reading of \(234532 \;kW.h\) and a current reading of \(236458 \;kW.h\). The price of \(1\;kW.h\) is 0.3 dirhams. The amount of the bill in dirhams is:
فاتورة كهرباء كانت القراءة السابقة \(234532 \;KW.h\) والقراءة الحالية \(236458 \;KW.h\)، وحدد سعر \(1\;KW.h\) بما يعادل 0.3 درهم. فإن قيمة الفاتورة المدفوعة بالدرهم:
A
\[577.8 \;\;DH\]
B
\[446.3 \;\;DH\]
C
\[685.2 \;\;DH\]
D
\[323.5 \;\;DH\]
✅ Correct Answer: A✅ الإجابة الصحيحة: A
💡 Concept: Electricity consumption = Current reading - Previous reading. Cost = Consumption × Price per unit.
💡 المفهوم: الاستهلاك = القراءة الحالية - القراءة السابقة. التكلفة = الاستهلاك × سعر الوحدة.
1
Calculate consumption: \[Consumption = 236458 - 234532 = 1926 \;\;kW.h\]
حساب الاستهلاك: \[ = 236458 - 234532 = 1926 \;\;kW.h\]
2
Calculate cost: \(Cost = 1926 \times 0.3 = 577.8 \;\;DH\)
حساب التكلفة: السعر =
\[=1926 \times 0.3 = 577.8 \;\;DH\]
✅ \[577.8 \;\;DH\]
✅ \[577.8 \;\;DH\]
💡 Tip: Always subtract readings in the correct order: current - previous.
💡 تذكير: قم دائماً بطرح القراءات بالترتيب الصحيح: الحالية - السابقة.
🏛️ 22 - Air conditioner operating time
🏛️ 22 - وقت تشغيل المكيف
An air conditioner carries a current of \(15\;A\) and operates at \(220\;V\). The cost of running it for one week is \(60\;DH\), and the price of 1 kWh is \(0.3\;DH\). The average number of hours the air conditioner runs per day is:
مكيف هواء يمر به تيار شدته \(15\;A\) ويعمل تحت فرق جهد \(220\;V\). التكلفة المدفوعة لعمل المكيف لمدة أسبوع هي \(60\;DH\)، وسعر 1 كيلو وات ساعة يعادل \(0.3\;DH\). فإن متوسط عدد الساعات التي يعمل بها المكيف يومياً تعادل:
A
\[t=6.54 \;\;h\]
B
\[t=12.4 \;\;h\]
C
\[t=8.65 \;\;h\]
D
\[t=7.12 \;\;h\]
✅ Correct Answer: C✅ الإجابة الصحيحة: C
💡 Concept: Power \(P = VI KW\). Energy in \[E=P(kW) \times t(h)\] Cost = Energy × Price per kWh.
💡 المفهوم: القدرة \[P = VI KW\] الطاقة \[E=P(kW) \times t(h)\]. التكلفة = الطاقة × سعر الكيلو وات ساعة.
1
Calculate power: \(P = VI = 220 \times 15 = 3300 \;\;W = 3.3 \;\;kW\)
حساب القدرة: \(P = VI = 220 \times 15 = 3300 \;\;W = 3.3 \;\;kW\)
2
Total energy for the week: \(E = \frac{Cost}{Price} = \frac{60}{0.3} = 200 \;\;kWh\)
الطاقة الكلية للأسبوع: \(E = \frac{التكلفة}{السعر} = \frac{60}{0.3} = 200 \;\;kWh\)
3
Total time for the week: \(t_{week} = \frac{E}{P} = \frac{200}{3.3} = 60.61 \;\;h\)
الزمن الكلي للأسبوع: \(t_{week} = \frac{E}{P} = \frac{200}{3.3} = 60.61 \;\;h\)
4
Time per day: \(t_{daily} = \frac{60.61}{7} = 8.66 \approx 8.65 \;\;h\)
الزمن اليومي: \(t_{daily} = \frac{60.61}{7} = 8.66 \approx 8.65 \;\;h\)
✅ \[t=8.65 \;\;h\]
✅ \[t=8.65 \;\;h\]
💡 Tip: Remember to convert Watts to Kilowatts when using kWh units.
💡 تذكير: تذكر تحويل الوات إلى كيلووات عند استخدام وحدات kWh.
📝 Answer the following questions: 📝 أجب عن الأسئلة التالية:
1
Charge Movement Analysis
تحليل حركة الشحنات
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
We have two metal conductors A and B, where the potential of A is greater than the potential of B (VA > VB).
a) Explain the direction of electron movement and conventional current when they are connected by a wire.
b) What happens to charge movement when the potentials are equal? Why?
c) What role does the battery play in maintaining charge movement in the circuit? السؤال: لدينا موصلان معدنيان \[A و B\] حيث جهد \[ V_A > V_B\] أ- وضّح اتجاه حركة الإلكترونات والتيار الاصطلاحي عند توصيلهما بسلك.
ب- ماذا يحدث لحركة الشحنات عندما يتساوى الجهدان؟ ولماذا؟
ج- ما الدور الذي تلعبه البطارية في استمرار حركة الشحنات في الدائرة؟
a) Explain the direction of electron movement and conventional current when they are connected by a wire.
b) What happens to charge movement when the potentials are equal? Why?
c) What role does the battery play in maintaining charge movement in the circuit? السؤال: لدينا موصلان معدنيان \[A و B\] حيث جهد \[ V_A > V_B\] أ- وضّح اتجاه حركة الإلكترونات والتيار الاصطلاحي عند توصيلهما بسلك.
ب- ماذا يحدث لحركة الشحنات عندما يتساوى الجهدان؟ ولماذا؟
ج- ما الدور الذي تلعبه البطارية في استمرار حركة الشحنات في الدائرة؟
Solution:
طريقة الحل:
a) Electrons (negative charges) move from lower potential (B) to higher potential (A) because they are attracted to the higher potential. While conventional current (scientists' convention) moves from higher potential (A) to lower potential (B) (opposite to electron direction). أ- الإلكترونات (شحنات سالبة) تتحرك من الجهد الأقل إلى الجهد الأعلى لأنها تنجذب للجهد الأعلى. بينما التيار الاصطلاحي (اتفاق العلماء) يتحرك من الجهد الأعلى إلى الجهد الأقل (عكس اتجاه الإلكترونات).
b) When the potentials are equal, the potential difference stops, and thus charge movement stops because the electric field inside the wire becomes zero. ب- عندما يتساوى الجهدان، يتوقف فرق الجهد، وبالتالي تتوقف حركة الشحنات لأن المجال الكهربائي داخل السلك يصبح صفراً.
c) The battery acts as a charge pump, maintaining a constant potential difference between its terminals by converting chemical energy into electrical energy, ensuring continuous charge movement. ج- البطارية تعمل كمضخة للشحنات، حيث تحافظ على فرق جهد ثابت بين طرفيها عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، مما يضمن استمرار حركة الشحنات.
a) Electrons (negative charges) move from lower potential (B) to higher potential (A) because they are attracted to the higher potential. While conventional current (scientists' convention) moves from higher potential (A) to lower potential (B) (opposite to electron direction). أ- الإلكترونات (شحنات سالبة) تتحرك من الجهد الأقل إلى الجهد الأعلى لأنها تنجذب للجهد الأعلى. بينما التيار الاصطلاحي (اتفاق العلماء) يتحرك من الجهد الأعلى إلى الجهد الأقل (عكس اتجاه الإلكترونات).
b) When the potentials are equal, the potential difference stops, and thus charge movement stops because the electric field inside the wire becomes zero. ب- عندما يتساوى الجهدان، يتوقف فرق الجهد، وبالتالي تتوقف حركة الشحنات لأن المجال الكهربائي داخل السلك يصبح صفراً.
c) The battery acts as a charge pump, maintaining a constant potential difference between its terminals by converting chemical energy into electrical energy, ensuring continuous charge movement. ج- البطارية تعمل كمضخة للشحنات، حيث تحافظ على فرق جهد ثابت بين طرفيها عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، مما يضمن استمرار حركة الشحنات.
2
Energy Transformations in Circuits
تحولات الطاقة في الدوائر
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
Explain in detail the chain of energy transformations that occur in a hydroelectric power plant (dam) until it reaches a home and operates an electric lamp.
Identify each transformation and mention the devices responsible for it. السؤال: اشرح بالتفصيل سلسلة تحولات الطاقة التي تحدث في محطة توليد كهرومائية (سد) حتى وصولها إلى منزل وتشغيل مصباح كهربائي.
وضح كل تحول مع ذكر الأجهزة المسؤولة عنه.
Identify each transformation and mention the devices responsible for it. السؤال: اشرح بالتفصيل سلسلة تحولات الطاقة التي تحدث في محطة توليد كهرومائية (سد) حتى وصولها إلى منزل وتشغيل مصباح كهربائي.
وضح كل تحول مع ذكر الأجهزة المسؤولة عنه.
Solution:
طريقة الحل:
1. Potential energy (water stored in the dam) → 1. طاقة الوضع (الماء المخزون في السد) ←
2. Kinetic energy (falling water) → 2. طاقة حركية (سقوط الماء) ←
3. Mechanical energy (turbine rotation) → 3. طاقة ميكانيكية (دوران التوربين) ←
4. Electrical energy (generator converts rotational motion to electric current via electromagnetic induction). 4. طاقة كهربائية (المولد الكهربائي الذي يحول الحركة الدورانية إلى تيار كهربائي بفضل الحث الكهرومغناطيسي).
5. Electrical energy is transmitted through power lines to the home. 5. تنتقل الطاقة الكهربائية عبر أسلاك النقل إلى المنزل.
6. In the lamp, electrical energy is converted to light energy (and mostly to heat energy). 6. في المصباح، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية (ومعظمها إلى طاقة حرارية).
1. Potential energy (water stored in the dam) → 1. طاقة الوضع (الماء المخزون في السد) ←
2. Kinetic energy (falling water) → 2. طاقة حركية (سقوط الماء) ←
3. Mechanical energy (turbine rotation) → 3. طاقة ميكانيكية (دوران التوربين) ←
4. Electrical energy (generator converts rotational motion to electric current via electromagnetic induction). 4. طاقة كهربائية (المولد الكهربائي الذي يحول الحركة الدورانية إلى تيار كهربائي بفضل الحث الكهرومغناطيسي).
5. Electrical energy is transmitted through power lines to the home. 5. تنتقل الطاقة الكهربائية عبر أسلاك النقل إلى المنزل.
6. In the lamp, electrical energy is converted to light energy (and mostly to heat energy). 6. في المصباح، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية (ومعظمها إلى طاقة حرارية).
3
Factors Affecting Resistance
العوامل المؤثرة على المقاومة
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
List the four factors that determine the resistance of a metal conductor, explaining the effect of each factor using the mathematical relationship.
Then explain why the resistance of an incandescent lamp increases when turned on compared to when it is off. السؤال: اذكر العوامل الأربعة التي تعتمد عليها مقاومة موصل معدني، مع شرح تأثير كل عامل باستخدام العلاقة الرياضية.
ثم فسر لماذا تزداد مقاومة المصباح المتوهج عند تشغيله مقارنة بوقت إطفائه.
Then explain why the resistance of an incandescent lamp increases when turned on compared to when it is off. السؤال: اذكر العوامل الأربعة التي تعتمد عليها مقاومة موصل معدني، مع شرح تأثير كل عامل باستخدام العلاقة الرياضية.
ثم فسر لماذا تزداد مقاومة المصباح المتوهج عند تشغيله مقارنة بوقت إطفائه.
Solution:
طريقة الحل:
Factors: العوامل:
1. Length (L): Resistance increases proportionally with length (R ∝ L). 1. الطول (L): تزداد المقاومة طردياً مع الطول (R ∝ L).
2. Cross-sectional area (A): Resistance decreases inversely with area (R ∝ 1/A). 2. مساحة المقطع العرضي (A): تتناقص المقاومة عكسياً مع المساحة (R ∝ 1/A).
3. Material type (resistivity ρ): Resistivity varies with different materials (R = ρ L / A). 3. نوع المادة (المقاومية ρ): تختلف المقاومية باختلاف المادة (R = ρ L / A).
4. Temperature: In metals, resistance increases with temperature due to atomic vibrations and increased electron collisions. 4. درجة الحرارة: في المعادن، تزداد المقاومة بزيادة درجة الحرارة بسبب اهتزاز الذرات وزيادة تصادم الإلكترونات.
Lamp explanation: When the lamp is turned on, the tungsten filament temperature rises significantly, increasing its resistance. Therefore, the lamp's resistance when operating is higher than when it is cold (off). تفسير المصباح: عند تشغيل المصباح، ترتفع درجة حرارة فتيل التنجستن بشكل كبير، مما يزيد من مقاومته. لذلك تكون مقاومة المصباح في حالة التشغيل أعلى منها في حالة البرودة (الإطفاء).
Factors: العوامل:
1. Length (L): Resistance increases proportionally with length (R ∝ L). 1. الطول (L): تزداد المقاومة طردياً مع الطول (R ∝ L).
2. Cross-sectional area (A): Resistance decreases inversely with area (R ∝ 1/A). 2. مساحة المقطع العرضي (A): تتناقص المقاومة عكسياً مع المساحة (R ∝ 1/A).
3. Material type (resistivity ρ): Resistivity varies with different materials (R = ρ L / A). 3. نوع المادة (المقاومية ρ): تختلف المقاومية باختلاف المادة (R = ρ L / A).
4. Temperature: In metals, resistance increases with temperature due to atomic vibrations and increased electron collisions. 4. درجة الحرارة: في المعادن، تزداد المقاومة بزيادة درجة الحرارة بسبب اهتزاز الذرات وزيادة تصادم الإلكترونات.
Lamp explanation: When the lamp is turned on, the tungsten filament temperature rises significantly, increasing its resistance. Therefore, the lamp's resistance when operating is higher than when it is cold (off). تفسير المصباح: عند تشغيل المصباح، ترتفع درجة حرارة فتيل التنجستن بشكل كبير، مما يزيد من مقاومته. لذلك تكون مقاومة المصباح في حالة التشغيل أعلى منها في حالة البرودة (الإطفاء).
4
Ohm's Law and Ohmic Materials
قانون أوم والمواد الأومية
▪ High
▪ عالي
Question:
a) State Ohm's law, and mention the conditions for its applicability (ohmic materials).
b) You have a resistor of 100 Ω. A variable current is passed through it and voltage-current values are recorded. How can you verify that it is an ohmic resistor? What would the graph of V vs. I look like?
c) If the resistor is non-ohmic, give an example and explain why the law does not apply. السؤال: أ- اشرح نص قانون أوم، واذكر شروط انطباقه (المواد الأومية).
ب- لديك مقاومة قيمتها \[100 Ω،\] تم تمرير تيار متغير فيها وسجلت قيم الجهد والتيار. كيف يمكنك التحقق من أنها مقاومة أومية؟ وماذا سيكون شكل العلاقة البيانية بين \[V و I\]
ج- إذا كانت المقاومة غير أومية، أعط مثالاً عليها ووضح سبب عدم انطباق القانون.
b) You have a resistor of 100 Ω. A variable current is passed through it and voltage-current values are recorded. How can you verify that it is an ohmic resistor? What would the graph of V vs. I look like?
c) If the resistor is non-ohmic, give an example and explain why the law does not apply. السؤال: أ- اشرح نص قانون أوم، واذكر شروط انطباقه (المواد الأومية).
ب- لديك مقاومة قيمتها \[100 Ω،\] تم تمرير تيار متغير فيها وسجلت قيم الجهد والتيار. كيف يمكنك التحقق من أنها مقاومة أومية؟ وماذا سيكون شكل العلاقة البيانية بين \[V و I\]
ج- إذا كانت المقاومة غير أومية، أعط مثالاً عليها ووضح سبب عدم انطباق القانون.
Solution:
طريقة الحل:
a) Ohm's law states: "The potential difference across a metal conductor is directly proportional to the current passing through it, provided temperature is constant and the conductor is ohmic." Mathematically: V = I × R. أ- ينص قانون أوم على أن: "فرق الجهد الكهربائي بين طرفي موصل معدني يتناسب طردياً مع شدة التيار المار فيه، بشرط ثبات درجة الحرارة وبشرط أن يكون الموصل أومياً". والعلاقة الرياضية:\[ V = I × R.\]
b) To verify: Change the voltage and measure the current, then calculate the ratio V/I each time. If the ratio is constant and equals 100 Ω, it is ohmic.
The graph will be a straight line passing through the origin, with slope equal to the resistance value. ب- للتأكد من أنها أومية: نغير الجهد ونقيس التيار، ثم نحسب النسبة \[V/I\] في كل مرة. إذا كانت النسبة ثابتة وتساوي \[100 Ω،\] فهي أومية.
العلاقة البيانية ستكون خطاً مستقيماً يمر بنقطة الأصل، ميله يساوي قيمة المقاومة.
c) Example of non-ohmic resistor: Diode or fluorescent lamp. Reason: The relationship between V and I is not linear because resistance changes with voltage and current (thermal effects or semiconductor properties). ج- مثال على مقاومة غير أومية: صمام ثنائي (دايود) أو مصباح الفلورسنت. السبب: أن العلاقة بين\[ V و I\] ليست خطية بسبب تغير المقاومة مع تغير الجهد والتيار (تأثيرات حرارية أو خواص شبه الموصلات).
a) Ohm's law states: "The potential difference across a metal conductor is directly proportional to the current passing through it, provided temperature is constant and the conductor is ohmic." Mathematically: V = I × R. أ- ينص قانون أوم على أن: "فرق الجهد الكهربائي بين طرفي موصل معدني يتناسب طردياً مع شدة التيار المار فيه، بشرط ثبات درجة الحرارة وبشرط أن يكون الموصل أومياً". والعلاقة الرياضية:\[ V = I × R.\]
b) To verify: Change the voltage and measure the current, then calculate the ratio V/I each time. If the ratio is constant and equals 100 Ω, it is ohmic.
The graph will be a straight line passing through the origin, with slope equal to the resistance value. ب- للتأكد من أنها أومية: نغير الجهد ونقيس التيار، ثم نحسب النسبة \[V/I\] في كل مرة. إذا كانت النسبة ثابتة وتساوي \[100 Ω،\] فهي أومية.
العلاقة البيانية ستكون خطاً مستقيماً يمر بنقطة الأصل، ميله يساوي قيمة المقاومة.
c) Example of non-ohmic resistor: Diode or fluorescent lamp. Reason: The relationship between V and I is not linear because resistance changes with voltage and current (thermal effects or semiconductor properties). ج- مثال على مقاومة غير أومية: صمام ثنائي (دايود) أو مصباح الفلورسنت. السبب: أن العلاقة بين\[ V و I\] ليست خطية بسبب تغير المقاومة مع تغير الجهد والتيار (تأثيرات حرارية أو خواص شبه الموصلات).
5
Application of Energy and Power
تطبيق على الطاقة والقدرة
▪ Medium
▪ متوسط
Question:
A heating device has a power of 2000 W and operates at 220 V.
a) Calculate the current drawn by the device.
b) Calculate the energy consumed during 1.5 hours (in Joules and kWh).
c) If the cost of 1 kWh is 0.30 dinar, calculate the cost of operating the device for 5 hours daily for 30 days. السؤال: جهاز تسخين كهربائي قدرته \[2000 W \]يعمل على جهد \[220 V\]
أ- احسب شدة التيار الذي يسحبه الجهاز.
ب- احسب الطاقة المستهلكة خلال ساعة ونصف (بالجول والكيلوواط ساعة).
ج- إذا كانت تكلفة الكيلوواط ساعة هي 0.30 دينار، احسب تكلفة تشغيل الجهاز لمدة 5 ساعات يومياً لمدة 30 يوماً.
a) Calculate the current drawn by the device.
b) Calculate the energy consumed during 1.5 hours (in Joules and kWh).
c) If the cost of 1 kWh is 0.30 dinar, calculate the cost of operating the device for 5 hours daily for 30 days. السؤال: جهاز تسخين كهربائي قدرته \[2000 W \]يعمل على جهد \[220 V\]
أ- احسب شدة التيار الذي يسحبه الجهاز.
ب- احسب الطاقة المستهلكة خلال ساعة ونصف (بالجول والكيلوواط ساعة).
ج- إذا كانت تكلفة الكيلوواط ساعة هي 0.30 دينار، احسب تكلفة تشغيل الجهاز لمدة 5 ساعات يومياً لمدة 30 يوماً.
Solution:
طريقة الحل:
a) Current: I = P / V = 2000 / 220 = 9.09 A أ- التيار: I = P / V = 2000 / 220 = 9.09 A
b) Energy: P = 2000 W = 2 kW. Time = 1.5 h.
Energy (kWh) = 2 × 1.5 = 3 kWh.
Energy (J) = 3 × 3.6×10⁶ = 10.8×10⁶ J (or 10,800,000 J). ب- الطاقة: P = 2000 W = 2 kW. الزمن = 1.5 h.
الطاقة (kWh) = 2 × 1.5 = 3 kWh.
الطاقة (J) = 3 × 3.6×10⁶ = 10.8×10⁶ J (أو 10,800,000 J).
c) Daily consumption = 2 kW × 5 h = 10 kWh.
Monthly consumption = 10 × 30 = 300 kWh.
Cost = 300 × 0.30 = 90 dinars. ج- الاستهلاك اليومي = 2 kW × 5 h = 10 kWh.
الاستهلاك الشهري = 10 × 30 = 300 kWh.
التكلفة = 300 × 0.30 = 90 دينار.
a) Current: I = P / V = 2000 / 220 = 9.09 A أ- التيار: I = P / V = 2000 / 220 = 9.09 A
b) Energy: P = 2000 W = 2 kW. Time = 1.5 h.
Energy (kWh) = 2 × 1.5 = 3 kWh.
Energy (J) = 3 × 3.6×10⁶ = 10.8×10⁶ J (or 10,800,000 J). ب- الطاقة: P = 2000 W = 2 kW. الزمن = 1.5 h.
الطاقة (kWh) = 2 × 1.5 = 3 kWh.
الطاقة (J) = 3 × 3.6×10⁶ = 10.8×10⁶ J (أو 10,800,000 J).
c) Daily consumption = 2 kW × 5 h = 10 kWh.
Monthly consumption = 10 × 30 = 300 kWh.
Cost = 300 × 0.30 = 90 dinars. ج- الاستهلاك اليومي = 2 kW × 5 h = 10 kWh.
الاستهلاك الشهري = 10 × 30 = 300 kWh.
التكلفة = 300 × 0.30 = 90 دينار.
6
Resistivity and Design
المقاومة النوعية والتصميم
▪ High
▪ عالي
Question:
An engineer needs a wire with resistance 0.5 Ω for use in a circuit. He has a material with resistivity 1.6×10⁻⁸ Ω·m.
a) If the wire length is 5 m, what cross-sectional area is required?
b) If the available area is 2 mm², what length is needed to achieve the required resistance?
c) How does the required length change if a material with double the resistivity is used? (Without calculations, explain qualitatively). السؤال: مهندس يحتاج إلى سلك مقاومته \[0.5 Ω \]لاستخدامه في دائرة. لديه مادة مقاومتها النوعية \[1.6×10⁻⁸ Ω·m.\] أ- إذا كان طول السلك \[5 m\] ما مساحة المقطع العرضي المطلوبة؟
ب- إذا كانت المساحة المتوفرة \[2 mm²\] فما الطول اللازم لتحقيق المقاومة المطلوبة؟
ج- كيف يتغير الطول المطلوب إذا استخدم مادة مقاوميتها النوعية ضعف القيمة الأولى؟ (بدون حسابات، اشرح نوعياً).
a) If the wire length is 5 m, what cross-sectional area is required?
b) If the available area is 2 mm², what length is needed to achieve the required resistance?
c) How does the required length change if a material with double the resistivity is used? (Without calculations, explain qualitatively). السؤال: مهندس يحتاج إلى سلك مقاومته \[0.5 Ω \]لاستخدامه في دائرة. لديه مادة مقاومتها النوعية \[1.6×10⁻⁸ Ω·m.\] أ- إذا كان طول السلك \[5 m\] ما مساحة المقطع العرضي المطلوبة؟
ب- إذا كانت المساحة المتوفرة \[2 mm²\] فما الطول اللازم لتحقيق المقاومة المطلوبة؟
ج- كيف يتغير الطول المطلوب إذا استخدم مادة مقاوميتها النوعية ضعف القيمة الأولى؟ (بدون حسابات، اشرح نوعياً).
Solution:
طريقة الحل:
a) From resistance law: R = ρ L / A → A = ρ L / R
A = (1.6×10⁻⁸ × 5) / 0.5 = (8×10⁻⁸) / 0.5 = 1.6×10⁻⁷ m² أ- من قانون المقاومة: R = ρ L / A → A = ρ L / R
A = (1.6×10⁻⁸ × 5) / 0.5 = (8×10⁻⁸) / 0.5 = 1.6×10⁻⁷ m²
b) A = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m².
L = R × A / ρ = (0.5 × 2×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = (1×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = 62.5 m ب- A = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m².
L = R × A / ρ = (0.5 × 2×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = (1×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = 62.5 m
c) If resistivity doubles (ρ₂ = 2ρ₁) and we want the same resistance and same area, the length must also double (since R ∝ ρL). Therefore, the length becomes twice the length calculated in part (b). ج- إذا تضاعفت المقاومية (ρ₂ = 2ρ₁) وتُريد نفس المقاومة ونفس المساحة، فيجب أن يتضاعف الطول أيضاً (حيث R ∝ ρL). أي أن الطول يصبح ضعف الطول المحسوب في الفرع (ب).
a) From resistance law: R = ρ L / A → A = ρ L / R
A = (1.6×10⁻⁸ × 5) / 0.5 = (8×10⁻⁸) / 0.5 = 1.6×10⁻⁷ m² أ- من قانون المقاومة: R = ρ L / A → A = ρ L / R
A = (1.6×10⁻⁸ × 5) / 0.5 = (8×10⁻⁸) / 0.5 = 1.6×10⁻⁷ m²
b) A = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m².
L = R × A / ρ = (0.5 × 2×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = (1×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = 62.5 m ب- A = 2 mm² = 2×10⁻⁶ m².
L = R × A / ρ = (0.5 × 2×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = (1×10⁻⁶) / (1.6×10⁻⁸) = 62.5 m
c) If resistivity doubles (ρ₂ = 2ρ₁) and we want the same resistance and same area, the length must also double (since R ∝ ρL). Therefore, the length becomes twice the length calculated in part (b). ج- إذا تضاعفت المقاومية (ρ₂ = 2ρ₁) وتُريد نفس المقاومة ونفس المساحة، فيجب أن يتضاعف الطول أيضاً (حيث R ∝ ρL). أي أن الطول يصبح ضعف الطول المحسوب في الفرع (ب).
7
Circuit Protection Analysis
تحليل دائرة حماية
▪ High
▪ عالي
Question:
In a household circuit, a circuit breaker with a maximum current rating of 15 A is installed.
a) If an iron of 1500 W, a lamp of 100 W, and a hair dryer of 1200 W are all operated at 220 V, will the breaker trip? Show your calculations.
b) If we want to add a washing machine of 2000 W, what will happen? What is the suggested solution? السؤال: في دائرة منزلية، تم تركيب قاطع كهربائي (فيوز) يتحمل تياراً أقصى \[15 A\] أ- إذا تم تشغيل مكواة قدرتها \[1500 W \]ومصباح قدرته \[100 W \]ومجفف شعر قدرته \[1200 W \] جميعها على جهد \[220 V\] فهل سيفصل القاطع؟ وضح بالحساب.
ب- إذا أردنا إضافة غسالة قدرتها \[2000 W\] ماذا سيحدث؟ وما الحل المقترح؟
a) If an iron of 1500 W, a lamp of 100 W, and a hair dryer of 1200 W are all operated at 220 V, will the breaker trip? Show your calculations.
b) If we want to add a washing machine of 2000 W, what will happen? What is the suggested solution? السؤال: في دائرة منزلية، تم تركيب قاطع كهربائي (فيوز) يتحمل تياراً أقصى \[15 A\] أ- إذا تم تشغيل مكواة قدرتها \[1500 W \]ومصباح قدرته \[100 W \]ومجفف شعر قدرته \[1200 W \] جميعها على جهد \[220 V\] فهل سيفصل القاطع؟ وضح بالحساب.
ب- إذا أردنا إضافة غسالة قدرتها \[2000 W\] ماذا سيحدث؟ وما الحل المقترح؟
Solution:
طريقة الحل:
a) Total current = Total power of devices / Voltage
Pₜ = 1500 + 100 + 1200 = 2800 W
Iₜ = 2800 / 220 = 12.73 A
Since \[ 15 A > 12.73A \] the breaker will not trip. أ- التيار الكلي = مجموع قدرات الأجهزة / الجهد
Pₜ = 1500 + 100 + 1200 = 2800 W
Iₜ = 2800 / 220 = 12.73 A
بما أن \[ 15 A > 12.73A \] ، فإن القاطع لن يفصل.
b) With the washing machine added: Pₜ = 2800 + 2000 = 4800 W
Iₜ = 4800 / 220 = 21.82 A
This current is greater than 15 A, so the breaker will trip (or the fuse will blow) to protect the wires from fire.
Solution: Either use a breaker with higher rating (e.g., 25 A) while ensuring wire capacity, or operate devices sequentially rather than simultaneously, or distribute loads on separate circuits. ب- بإضافة الغسالة: Pₜ = 2800 + 2000 = 4800 W
Iₜ = 4800 / 220 = 21.82 A
هذا التيار أكبر من 15 A، لذلك سيفصل القاطع (أو يحترق الفيوز) لحماية الأسلاك من الحريق.
الحل: إما استخدام قاطع يتحمل تياراً أكبر (مثل 25 A) مع التأكد من قدرة الأسلاك، أو تشغيل الأجهزة بشكل متتابع وليس دفعة واحدة، أو توزيع الأحمال على دوائر منفصلة.
a) Total current = Total power of devices / Voltage
Pₜ = 1500 + 100 + 1200 = 2800 W
Iₜ = 2800 / 220 = 12.73 A
Since \[ 15 A > 12.73A \] the breaker will not trip. أ- التيار الكلي = مجموع قدرات الأجهزة / الجهد
Pₜ = 1500 + 100 + 1200 = 2800 W
Iₜ = 2800 / 220 = 12.73 A
بما أن \[ 15 A > 12.73A \] ، فإن القاطع لن يفصل.
b) With the washing machine added: Pₜ = 2800 + 2000 = 4800 W
Iₜ = 4800 / 220 = 21.82 A
This current is greater than 15 A, so the breaker will trip (or the fuse will blow) to protect the wires from fire.
Solution: Either use a breaker with higher rating (e.g., 25 A) while ensuring wire capacity, or operate devices sequentially rather than simultaneously, or distribute loads on separate circuits. ب- بإضافة الغسالة: Pₜ = 2800 + 2000 = 4800 W
Iₜ = 4800 / 220 = 21.82 A
هذا التيار أكبر من 15 A، لذلك سيفصل القاطع (أو يحترق الفيوز) لحماية الأسلاك من الحريق.
الحل: إما استخدام قاطع يتحمل تياراً أكبر (مثل 25 A) مع التأكد من قدرة الأسلاك، أو تشغيل الأجهزة بشكل متتابع وليس دفعة واحدة، أو توزيع الأحمال على دوائر منفصلة.
No comments:
Post a Comment