تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: تحديد التغير في مقاومة دائرة كهربية بناء على منطقة نضوب الوصلة الثنائية الفيزياء

يوضح الشكل وصلة ثنائية في دائرة توال كهربية. يوضح الجانب الموجب الشحنة لمنطقة النضوب في الوصلة باللون الأحمر، ويوضح الجانب السالب الشحنة باللون الأزرق. عند عكس طرفي توصيل البطارية، هل تنخفض مقاومة الدائرة انخفاضًا كبيرًا، أم ترتفع ارتفاعًا كبيرًا، أم تظل ثابتة تقريبًا؟

٠٨:٠٧

‏نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل وصلة ثنائية في دائرة توال كهربية. يوضح الجانب الموجب الشحنة لمنطقة النضوب في الوصلة باللون الأحمر، ويوضح الجانب السالب الشحنة باللون الأزرق. عند عكس طرفي توصيل البطارية، هل تنخفض مقاومة الدائرة انخفاضًا كبيرًا، أم ترتفع ارتفاعًا كبيرًا، أم تظل ثابتة تقريبًا؟

في هذا الشكل، نرى دائرتين كهربيتين متطابقتين، باستثناء أن قطبية البطارية متعاكسة في الحالتين. تحتوي كل دائرة من هاتين الدائرتين على وصلة ثنائية. إذا نظرنا عن كثب إلى منطقتي نضوب هاتين الوصلتين، والتي يشار إليهما باللونين الأحمر والأزرق، فسنلاحظ أنهما غير متماثلتين. فمنطقة النضوب في الدائرة ذات القطبية الأصلية للبطارية أكبر بكثير من منطقة النضوب في الدائرة ذات القطبية المعكوسة للبطارية. وكما سنرى، هذه علامة على أن مقاومة الدائرة قد تغيرت لأننا عكسنا طرفي توصيل البطارية.

لفهم الاختلافات بين منطقتي النضوب هاتين، دعونا نفرغ بعض المساحة على الشاشة وننظر عن قرب إلى وصلة ثنائية غير متصلة بدائرة خارجية. في هذا المثال، الطرف الأيسر من الوصلة الثنائية هو الجانب ‪n‬‏. يأتي هذا الاسم من حقيقة أن حاملات الشحنة المتحركة في هذا الجانب هي إلكترونات حرة سالبة الشحنة، بينما في الجانب ‪p‬‏، حاملات الشحنة المتحركة هي فجوات موجبة الشحنة.

على الرغم من أننا رسمنا عددًا من الشحنات السالبة في الجانب ‪n‬‏ والشحنات الموجبة في الجانب ‪p‬‏، فإن كل جانب من جانبي الوصلة الثنائية متعادل كهربيًّا. وهذا لأن حاملات الشحنة المتحركة في كل من الحالتين تتحد بأيونات ثابتة، وهو ما يلغي هذه الشحنات. لكننا هنا، بهدف الإيضاح، نعرض فقط الشحنات التي يمكنها أن تتحرك. وبما أن الشحنات الكهربية المتعاكسة يجذب بعضها بعضًا، فإن الإلكترونات الحرة والفجوات الموجودة بالقرب من السطح الفاصل بين هذين الجانبين من الوصلة الثنائية ستميل إلى أن تتحد معًا.

عندما يحدث ذلك، فإنه بدلًا من عدم وجود شحنة كهربية لمنطقة النضوب الناتجة، يكون لها في الواقع شحنة كلية على جانبي المنطقة. ويرجع ذلك إلى الأيونات الموجبة الثابتة في الجانب ‪n‬‏ من منطقة النضوب والأيونات السالبة الثابتة في الجانب ‪p‬‏ من تلك المنطقة. الجانب الموجب باللون الأحمر في منطقة النضوب والجانب السالب باللون الأزرق موضحان في الشكل الأصلي.

دعونا نفترض أننا أخذنا الوصلة الثنائية هذه ووصلناها بالدائرة ذات قطبية البطارية الأصلية. سيبدو ذلك على هذا النحو؛ حيث نرى الطرف الموجب للبطارية على اليسار والطرف السالب على اليمين. اصطلاحيًّا، تتدفق الشحنة الموجبة من القطب الموجب للبطارية. في هذه الدائرة، ستتحرك هذه الشحنة في اتجاه عقارب الساعة، بينما تنتقل الشحنة السالبة التي تأتي من القطب السالب للبطارية عكس اتجاه عقارب الساعة.

دعونا نفكر الآن فيما سيحدث عندما تقترب هذه الشحنات الموجبة والسالبة من طرفي الوصلة الثنائية. في الجانب الأيسر؛ أي الجانب ‪n‬‏، سينجذب العديد من حاملات الشحنة السالبة المتحركة إلى اليسار في اتجاه الشحنات الموجبة القادمة. وسيؤدي ذلك إلى زيادة مساحة منطقة النضوب في هذا الجانب من الوصلة الثنائية. يمكننا القول إن الشحنات السالبة المتحركة تسحب بعيدًا عن مركز الوصلة الثنائية، ويحدث شيء مشابه جدًّا لذلك في الجانب الآخر من الوصلة الثنائية حيث تنجذب الشحنات الموجبة المتحركة نحو الشحنات السالبة القادمة. ويؤدي هذا أيضًا إلى توسعة منطقة النضوب.

نلاحظ أن منطقة النضوب قد أصبحت أكبر. وكلما اتسعت هذه المنطقة، قل احتمال عبور حاملات الشحنة المتحركة من أي جانب من الجانبين عبر المنطقة. إذن، كلما اتسعت منطقة النضوب، قلت شدة التيار المار عبر هذه الوصلة الثنائية. ومن ثم، بالنسبة إلى الدائرة ذات القطبية الأصلية للبطارية، نتوقع أن يتدفق تيار شدته قليلة جدًّا، وربما مهمل، في هذه الدائرة. دعونا نتخيل الآن أن لدينا مفتاحًا في الدائرة يمكننا فتحه. يؤدي ذلك إلى إيقاف تدفق الشحنة في الدائرة وعودة منطقة النضوب إلى حجمها الأصلي.

مع ترك المفتاح مفتوحًا، دعونا نفترض الآن أننا عكسنا قطبية البطارية. يقع الطرف الموجب الآن على اليمين والطرف السالب على اليسار. إذا أغلقنا المفتاح بعد ذلك بحيث تكون الدائرة مكتملة الآن، فستبدأ الشحنة الموجبة في التدفق عكس اتجاه عقارب الساعة، بينما تتدفق الشحنة السالبة في الاتجاه الآخر؛ أي في اتجاه عقارب الساعة. نلاحظ أن لدينا الآن شحنة موجبة في التيار تقترب من الشحنات الموجبة المتحركة في الجانب ‪p‬‏ من الوصلة الثنائية، وكذلك شحنة سالبة في التيار تقترب من الشحنات السالبة المتحركة في الجانب ‪n‬‏.

وبما أن الشحنات الكهربية المتشابهة تتنافر، فإن الشحنة الموجبة القادمة من اليمين في الدائرة ستدفع هذه الشحنات الموجبة المتحركة نحو منطقة النضوب. وبالمثل، فإن الشحنة السالبة القادمة في الجانب الآخر من الوصلة الثنائية ستدفع الشحنات السالبة المتحركة أيضًا نحو مركز الوصلة الثنائية. ويؤدي ذلك إلى تقلص منطقة النضوب. في الواقع، إذا كان الجهد الذي توفره البطارية عاليًا بما يكفي، فقد تختفي منطقة النضوب تمامًا. ومن ثم، توجد الآن منطقة أصغر نسبيًّا، هذا إن كانت موجودة أصلًا، في الوصلة الثنائية حيث لا يمكن لحاملات الشحنة المتحركة العبور منها. هذا يعني أن المقاومة الآن قد انخفضت انخفاضًا كبيرًا عند تدفق حاملات الشحنة المتحركة عبر الوصلة الثنائية. ومع تحرك العديد من هذه الشحنات، ستكون شدة التيار في الدائرة مرتفعة نسبيًّا.

بإعداد قطبية البطارية بهذه الطريقة بالنسبة إلى الوصلة الثنائية، فقد زدنا شدة التيار في الدائرة زيادة كبيرة. وقد فعلنا ذلك عن طريق تقليل مقاومة الوصلة الثنائية بشكل كبير. يخبرنا هذا بكيفية الإجابة عن سؤالنا عن تأثير عكس قطبية البطارية على المقاومة الكلية للدائرة. فعندما فعلنا ذلك، انخفضت مقاومة الدائرة انخفاضًا كبيرًا. ومن ثم، تزداد شدة التيار في الدائرة ازديادًا كبيرًا. وهذا ما ينتج عن عكس قطبية البطارية.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.