نسخة الفيديو النصية
تعد الخلايا أحد مصادر القوة الدافعة الكهربية اللازمة لتشغيل الدوائر الكهربية. وعندما تحتوي دائرة كهربية على عدة خلايا، يعتمد مقدار القوة الدافعة الكهربية الكلية التي تزودها كل هذه الخلايا على ترتيب الخلايا. وفي هذا الدرس، سوف نتعرف على القوة الدافعة الكهربية التي يزودها عدد من الخلايا الموصلة على التوازي.
أولًا: دعونا نتذكر أن الخلايا الحقيقية لها أشكال وأبعاد وقوى دافعة كهربية مختلفة. لكن عند رسم مخططات الدوائر الكهربية، نمثل جميع الخلايا بالرمز نفسه. يمثل الخط الطويل الطرف الموجب للخلية، بينما يمثل الخط القصير الطرف السالب لها. تذكر أيضًا أنه عندما يمر تيار في دائرة كهربية، تتحرك الإلكترونات من الطرف السالب للخلية وتتدفق عبر الدائرة متجهة نحو الطرف الموجب. وأخيرًا: نكتب أيضًا قيمة فرق الجهد؛ أي القوة الدافعة الكهربية التي تزودها الخلية، بالقرب من رمز الخلية. في هذه الحالة، كتبنا خمسة فولت بالقرب من الخلية، وهو ما يخبرنا بأن القوة الدافعة الكهربية لهذه الخلية تحديدًا تساوي خمسة فولت. في سياق الخلايا، تستخدم القوة الدافعة الكهربية وفرق الجهد لوصف الشيء نفسه.
والآن، بعد أن تذكرنا كيفية تمثيل الخلايا في مخططات الدوائر الكهربية، دعونا نتناول مخططًا يوضح خلايا موصلة على التوازي. في هذا المخطط، توجد مقاومة، وثلاث خلايا. وهذه الخلايا الثلاث موصلة على التوازي. لكي نتعرف على كيفية تحديد أن هذه الخلايا موصلة على التوازي، دعونا نرسم مسار التيار المار عبر هذه الدائرة. بما أن الطرف الموجب لجميع الخلايا يوجد على اليسار والطرف السالب يوجد على اليمين، فإن اتجاه التيار سيكون عكس اتجاه عقارب الساعة عبر الدائرة. جدير بالذكر أن الاتجاه الفعلي لتحرك الإلكترونات هو اتجاه عقارب الساعة. يرجع ذلك إلى الطريقة التي درس بها التيار تاريخيًّا. فقد اصطلح على تعريف اتجاه التيار بأنه عكس الاتجاه الفعلي لتحرك الإلكترونات في الدائرة الكهربية.
دعونا نرسم مسار هذا التيار، بدءًا من هذه النقطة. يستمر مسار التيار الكهربي عكس اتجاه عقارب الساعة على امتداد الأسلاك وعبر المقاومة، ثم يعود باتجاه الخلايا. ولكن، عند هذه النقطة، يوجد في الواقع ثلاثة مسارات مختلفة للتيار. أحد هذه المسارات المحتملة يتجه إلى أعلى ثم عبر الخلية العليا، ثم عبر بقية الدائرة. ثمة مسار محتمل آخر يمر بالخلية الوسطى بشكل مستقيم، ثم عبر بقية الدائرة. والمسار المحتمل الأخير يتجه إلى أسفل نحو الخلية السفلية، ثم إلى أعلى مجددًا، ثم عبر بقية الدائرة. إذن، في واقع الأمر، ثمة ثلاثة مسارات محتملة لهذا التيار. وكل من هذه المسارات الثلاثة يحتوي على خلية واحدة فقط. هكذا يمكننا أن نعرف إذا ما كانت الخلايا الثلاث موصلة على التوازي.
فيوجد العديد من المسارات التي يمكن أن يمر بها التيار، وكل من هذه المسارات يحتوي على خلية مختلفة. ومثالًا على الخلايا غير الموصلة على التوازي، لدينا هذه الخلايا الثلاث. هذه الخلايا ليست موصلة على التوازي؛ لأنه يوجد مسار واحد فقط بين أحد جانبي الخلايا والجانب الآخر. ويمر هذا المسار عبر هذه الخلايا الثلاث كلها. وبما أن جميع الخلايا تقع على مسار واحد بدلًا من مسارات متعددة، فإن هذه الخلايا ليست موصلة على التوازي. إذن يمكننا تحديد إن كانت الخلايا موصلة على التوازي عن طريق إيجاد مسارات متعددة للتيار يحتوي كل منها على خلية مختلفة. دعونا نتعرف الآن على القوة الدافعة الكهربية الكلية التي تزودها مجموعة من الخلايا الموصلة على التوازي.
إن قاعدة حساب القوة الدافعة الكهربية الكلية بسيطة للغاية. إذا كانت جميع الخلايا لها الاتجاه نفسه، وكان لجميع الخلايا القوة الدافعة الكهربية نفسها، وتحقق هذان الشرطان معًا، فستكون القوة الدافعة الكهربية لمجموعة الخلايا الموصلة على التوازي مساوية للقوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة. دعونا نتأكد من معرفتنا كيفية التحقق من هذين الشرطين. إن التحقق من أن جميع الخلايا لها القوة الدافعة الكهربية نفسها أمر بسيط. فكل ما علينا فعله هو أن ننظر إلى القوة الدافعة الكهربية المكتوبة على كل خلية. بعد كتابة مقدار القوة الدافعة الكهربية إلى كل خلية في المخطط على اليسار، نلاحظ أن الخلية في الأعلى لها قوة دافعة كهربية مقدارها ثلاثة فولت، والخلية في المنتصف لها قوة دافعة كهربية مقدارها ثلاثة فولت، والخلية في الأسفل لها قوة دافعة كهربية مقدارها ثلاثة فولت أيضًا. وعليه فإن هذه الخلايا الثلاث لها القوة الدافعة الكهربية نفسها.
وللتأكد من أن الخلايا لها الاتجاه نفسه، علينا أن ننظر إلى موضع الطرفين الموجب والسالب. في المخطط على اليسار، الطرف الموجب لكل من الخلايا الثلاث يقع على اليسار، والطرف السالب يقع على اليمين. وبما أن هذه الأطراف الموجبة موجهة جميعًا في نفس اتجاه مرور التيار في بقية الدائرة، فهذا يعني أن الخلايا الثلاث كلها لها الاتجاه نفسه. ما توصلنا إليه إذن هو أن جميع الخلايا في المخطط لها الاتجاه نفسه والقوة الدافعة الكهربية نفسها، وهي أيضًا موصلة على التوازي. وعليه فإن القوة الدافعة الكهربية الكلية لهذه المجموعة من الخلايا تساوي القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة، وهو ما يساوي ثلاثة فولت.
قبل أن نتناول بعض الأمثلة على الخلايا الموصلة على التوازي، من المهم أن نفهم ما الخطأ الذي يمكن أن يحدث إذا لم يكن للخلايا الموصلة على التوازي الاتجاه نفسه. في هذا المخطط، لكل خلية اتجاه معاكس للأخرى. الطرف الموجب للخلية العليا يقع على اليسار، في حين يقع الطرف الموجب للخلية السفلى على اليمين. تذكر أن التيار يخرج من الطرف الموجب للخلية ويدخل إلى طرفها السالب. وهذا يعني أنه يوجد الآن مسار متاح أمام التيار يبدأ من الخلية العليا ويمر بالخلية السفلى، ويعود مرة أخرى إلى الخلية العليا. والتيار المار عبر هذا المسار لا يمر عبر باقي الدائرة بتاتًا.
وبما أنه لا توجد أي مكونات أخرى يمكن أن يمر هذا التيار عبرها، فسينتج عن ذلك تيار لا يمكن السيطرة عليه وسيتسبب في نهاية المطاف في صهر الأسلاك وإتلاف الخلايا في حالة الدوائر الحقيقية. ولهذا السبب، من المهم دائمًا عند توصيل الخلايا على التوازي أن توصل في الاتجاه نفسه. بعد أن تعرفنا على الخلايا الموصلة على التوازي، دعونا نتناول بعض الأمثلة.
يوضح الشكل ثلاث خلايا متصلة على التوازي. ما مقدار القوة الدافعة الكهربية الكلية الناتجة عن الخلايا؟
بالنظر إلى الشكل، نلاحظ أن كل خلية من الخلايا لها القوة الدافعة الكهربية نفسها، بالتحديد أربعة فولت. نلاحظ بعد ذلك أنه من اليسار إلى اليمين، يقع الطرف السالب لجميع الخلايا على اليسار، ويقع الطرف الموجب على اليمين. إذن جميع الخلايا لها الاتجاه نفسه على طول مسار التيار. نتذكر الآن أنه عندما يكون لجميع الخلايا الموصلة على التوازي القوة الدافعة الكهربية نفسها والاتجاه نفسه، فإن القوة الدافعة الكهربية الكلية تساوي القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة. وبما أن كل خلية من هذه الخلايا تنتج قوة دافعة كهربية تساوي أربعة فولت، فإن القوة الدافعة الكلية لهذه المجموعة من الخلايا الموصلة على التوازي تساوي أربعة فولت أيضًا.
في هذا المثال، استخدمنا القوة الدافعة الكهربية للخلية الواحدة لإيجاد القوة الدافعة الكهربية الكلية. في المثال الآتي، سنستخدم القوة الدافعة الكهربية الكلية لإيجاد القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة.
يوضح الشكل ثلاث خلايا متطابقة موصلة على التوازي. القوة الدافعة الكهربية الكلية التي تزودها الخلايا تساوي ستة فولت. ما قيمة القوة الدافعة الكهربية التي تزودها كل خلية؟
عندما يكون علينا الربط بين القوة الدافعة الكهربية الكلية التي تزودها مجموعة من الخلايا الموصلة على التوازي والقوة الدافعة الكلية التي تزودها كل خلية على حدة، فثمة علاقة علينا تذكرها على الفور. إذا كانت الخلايا الموصلة على التوازي لها الاتجاه نفسه والقوة الدافعة الكهربية نفسها، فإن القوة الدافعة الكهربية الكلية للخلايا الموصلة على التوازي تساوي القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة. نعلم من السؤال أن الخلايا الثلاث متطابقة، وهو ما يعني أن لها القوة الدافعة الكهربية نفسها بحسب التعريف.
بالنظر إلى الشكل، نلاحظ أن الطرف الموجب للخلايا الثلاث كلها يقع على اليمين والطرف السالب يقع على اليسار، وهو ما يعني أنها موصلة في الاتجاه نفسه الذي كان التيار سيسلكه إذا وصلت هذه الخلايا بدائرة كهربية. جميع الخلايا لها الاتجاه نفسه والقوة الدافعة الكهربية نفسها، وهو ما يعني أن القوة الدافعة الكهربية الكلية لهذه المجموعة من الخلايا لا بد أن تساوي القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة. نعلم من السؤال أن القوة الدافعة الكهربية الكلية تساوي ستة فولت. وبما أن القوة الدافعة الكهربية الكلية تساوي القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة، فإن القوة الدافعة للخلية الواحدة تساوي ستة فولت.
بعد أن تناولنا بعض الأمثلة، دعونا نراجع ما تعلمناه في هذا الدرس. في هذا الدرس، تعلمنا تحديد إذا ما كانت الخلايا موصلة على التوازي عن طريق البحث عن المسارات العديدة التي يمكن أن يسلكها التيار في الدائرة؛ بحيث يحتوي كل مسار على خلية واحدة فقط. تعلمنا أيضًا أن القوة الدافعة الكهربية الكلية لمجموعة من الخلايا الموصلة على التوازي تساوي القوة الدافعة الكهربية لكل خلية على حدة، إذا كان لكل الخلايا الاتجاه نفسه والقوة الدافعة الكهربية نفسها. وأخيرًا: تعلمنا كيف نميز بين مخطط الدائرة الكهربية في حالة التوصيل الآمن لخليتين على التوازي؛ حيث يكون لكل منهما الاتجاه نفسه، وحالة التوصيل غير الآمن لخليتين على التوازي؛ حيث يكون لكل منهما اتجاه معاكس للآخر. هذه الطريقة الثانية في التوصيل غير آمنة؛ لأنها تولد تيارًا كهربيًّا لا يمكن السيطرة عليه ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الدائرة الكهربية ومكوناتها حتى تنصهر الأسلاك أو تتلف الدائرة.
