نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل دائرة كهربية تتكون من بطارية ومصباح. أي العبارات الآتية صواب؟ أ: تحتوي البطارية على نفس عدد الشحنات الموجبة والسالبة، لكن المادة المصنوعة منها البطارية تحدث تراكمًا للشحنات السالبة على الطرف السالب. وهو ما يؤدي إلى توليد فرق جهد كهربي خلال الدائرة، وهو ما يولد تيارًا كهربيًّا بها. ب: تحتوي البطارية على شحنات سالبة أكثر من الشحنات الموجبة. تتدفق الشحنات السالبة من الطرف السالب إلى الدائرة. وعندما يساوي عدد الشحنات السالبة في البطارية عدد الشحنات الموجبة، فلن تتمكن البطارية من توليد تيار كهربي.
لتحديد أي العبارتين صواب أ، أم ب دعونا نحلل الإجابتين. في الخيار أ تذكر المعطيات أن البطارية تحتوي على نفس عدد الشحنات الموجبة والسالبة، ويشير الخيار ب إلى أن الشحنات السالبة أكثر من الشحنات الموجبة. دعونا نفكر في ذلك. نعلم أن للبطارية طرفين؛ أحدهما يسمى بالطرف الموجب. في رمز البطارية يمثل ذلك الطرف بالخط الأطول والأرفع. أما الطرف الآخر، وهو الطرف السالب، فيمثل بالخط الأقصر والأكثر سمكًا.
يمكن أن تتحرك الشحنات السالبة بحرية خلال الدائرة الكهربية؛ لأن هذه الشحنات إلكترونات يمكنها الانتقال بين الذرات في المادة الموصلة التي تكون الدائرة الكهربية. أما الشحنات الموجبة، فلا تتحرك في الموصلات. إذا وصلنا مادة موصلة، مثل سلك نحاسي، من الطرف السالب للبطارية إلى الطرف الموجب لها، فإن هذا يكون دائرة كهربية. وستتدفق الإلكترونات خلال السلك بعيدًا عن الطرف السالب وفي اتجاه الطرف الموجب. ويكون اتجاه حركة الإلكترونات هو اتجاه التيار الكهربي نفسه.
دعونا نر الآن أي الخيارين أ، أم ب يصف وصفًا صحيحًا ما يحدث بالفعل عندما توصل بطارية بدائرة كهربية. لنفترض أن عدد الشحنات السالبة في البطارية أكبر من عدد الشحنات الموجبة؛ حيث الشحنات السالبة هي الإلكترونات. إذا كان الأمر كذلك، فإن توصيل البطارية بدائرة غير مشحونة كهربيًّا سيؤدي بالفعل إلى انتقال الإلكترونات، ومن ثم تنتقل الشحنة السالبة إلى الدائرة. ينص الخيار ب على أن الشحنات السالبة تتدفق من الطرف السالب إلى الدائرة. ولكن إذا كانت البطارية جسمًا شحناته السالبة أكثر من شحناته الموجبة، فلن يوجد سبب لتراكم الشحنات السالبة عند أحد طرفي البطارية.
فستتوزع الشحنات السالبة بالتساوي في جميع أنحاء البطارية. وعندئذ الشحنات السالبة المنتقلة إلى الدائرة بواسطة بطارية ليست إلا جسمًا له شحنة سالبة فائضة، ستنقل الشحنات السالبة من طرفي البطارية بالتساوي. هذا يعني أن الإلكترونات ستنتقل من طرفي البطارية الموجب والسالب إلى الدائرة. ستنتقل الإلكترونات من الطرف الموجب إلى الطرف السالب. وستنتقل الإلكترونات من الطرف السالب إلى الطرف الموجب. عندئذ ستتساوى حركة الإلكترونات البعيدة عن الطرف السالب مع حركة الإلكترونات في اتجاه هذا الطرف. وبناء عليه فإن الحركة الكلية للإلكترونات البعيدة عن الطرف السالب ستساوي صفرًا. إذن نلاحظ أن البطارية لا يمكنها أن تولد تيارًا كهربيًّا في الدائرة لمجرد أن لديها شحنات سالبة أكثر من الشحنات الموجبة.
ينص الخيار أ على أن البطارية تحتوي على عدد الشحنات الموجبة والسالبة نفسه، لكن المادة المصنوعة منها البطارية تحدث تراكمًا للشحنات السالبة على الطرف السالب. إذا كان الخيار أ صحيحًا، فسيكون عدد الشحنات السالبة التي يراكمها الطرف السالب أكبر من عدد الشحنات الموجبة. هذا يعني أن البطارية لا بد أن تكون قد فصلت بعض الشحنات السالبة في البطارية عن بعض الشحنات الموجبة فيها. ينص الخيار أ أيضًا على أن هذا يؤدي إلى توليد فرق جهد كهربي خلال الدائرة، وهو ما يولد تيارًا كهربيًّا بها.
تذكر أن فصل الشحنات المتضادة يؤدي إلى توليد فرق جهد بين الشحنات المفصولة. وبما أن البطارية قد فصلت الشحنات ذات الإشارات المتضادة، فلا بد أن يتولد فرق جهد خلال طرفي البطارية. إذا وصل طرفا السلك بطرفي البطارية المتضادين، فلا بد أن يتولد فرق جهد خلال السلك. يحتوي السلك على إلكترونات يمكنها التحرك خلاله. وتوليد فرق جهد خلال السلك يؤدي إلى تحرك الإلكترونات الموجودة في السلك خلاله في الاتجاه نفسه. وهذا تيار كهربي. بذلك نرى أن الخيار أ يصف تأثير توصيل بطارية بدائرة كهربية وصفًا صحيحًا.
