فيديو السؤال: إيجاد الشحنة المارة عبر أحد المكونات الكهربية الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يوصل دايود باعث للضوء قدرته 45 مللي وات ببطارية جهدها تسعة فولت، ويترك في وضع التشغيل لمدة 30 ثانية. ما مقدار الشحنة التي تمر عبر الدايود في هذه الفترة؟

حسنًا، في هذا السؤال، لدينا دايود باعث للضوء موصل ببطارية. دعونا نرسم مخطط دائرة كهربية يوضح ذلك. هذه هي الدائرة الكهربية التي تتكون من بطارية ودايود باعث للضوء. علمنا من المعطيات أن جهد البطارية يساوي تسعة فولت، ما يعني أنها توفر فرق جهد مقداره تسعة فولت عبر الدايود الباعث للضوء. دعونا نطلق على فرق الجهد هذا ‪𝑉‬‏. علمنا أيضًا أن قدرة الدايود الباعث للضوء تساوي 45 مللي وات. لنطلق على قدرة الدايود الباعث للضوء هذه ‪𝑃‬‏، ومن ثم، فإن ‪𝑃‬‏ تساوي 45 مللي وات. آخر معطى لدينا في السؤال هو أن الدايود الباعث للضوء ترك موصلًا بالبطارية لمدة 30 ثانية. دعونا نطلق على الزمن الذي ترك خلاله الدايود الباعث للضوء في وضع التشغيل ‪𝑡‬‏.

المطلوب منا هو إيجاد مقدار الشحنة التي تمر عبر الدايود الباعث للضوء خلال هذه الفترة الزمنية. يمكننا تذكر أن شدة التيار المار عبر مكون كهربي تعرف بأنها مقدار الشحنة لكل وحدة زمن. هذا يعني أنه إذا كان مقدار الشحنة ‪𝑄‬‏ يمر عبر مكون كهربي خلال زمن ‪𝑡‬‏، فإن شدة التيار ‪𝐼‬‏ المار عبر المكون تساوي ‪𝑄‬‏ مقسومًا على ‪𝑡‬‏. إذا أخذنا هذه المعادلة، أي ‪𝐼‬‏ يساوي ‪𝑄‬‏ مقسومًا على ‪𝑡‬‏، وضربنا طرفيها في الزمن ‪𝑡‬‏، فسنلاحظ أن ‪𝑡‬‏ الموجود في بسط الطرف الأيمن سيحذف مع ‪𝑡‬‏ الموجود في المقام. وبكتابة المعادلة بطريقة أخرى، نجد أن الشحنة ‪𝑄‬‏ تساوي شدة التيار ‪𝐼‬‏ مضروبة في الزمن ‪𝑡‬‏.

يطلب منا السؤال إيجاد قيمة ‪𝑄‬‏، أي مقدار الشحنة التي تمر عبر الدايود الباعث للضوء. نعلم بالفعل قيمة ‪𝑡‬‏ في هذه المعادلة. وهو الزمن ‪𝑡‬‏ الذي ترك خلاله الدايود الباعث للضوء في وضع التشغيل. من ثم، إذا استطعنا إيجاد قيمة شدة التيار ‪𝐼‬‏ المار عبر الدايود الباعث للضوء، فسنستطيع التعويض بقيمتي ‪𝐼‬‏ و‪𝑡‬‏ معًا في هذه المعادلة لحساب مقدار الشحنة ‪𝑄‬‏ المارة عبره. لدينا معطيات أخرى في السؤال، وهي قدرة الدايود وفرق الجهد عبره. ويمكننا استخدام هذه المعطيات لإيجاد قيمة شدة التيار.

لكي نفعل ذلك، علينا تذكر أن القدرة ‪𝑃‬‏ لمكون كهربي تساوي شدة التيار ‪𝐼‬‏ المار عبر المكون مضروبة في فرق الجهد ‪𝑉‬‏ عبره. نعرف قيمتي ‪𝑃‬‏ و‪𝑉‬‏، ونريد إيجاد قيمة شدة التيار ‪𝐼‬‏. لذا، دعونا نعد ترتيب المعادلة لجعل ‪𝐼‬‏ في طرف بمفرده. لكي نفعل ذلك، نقسم طرفي المعادلة على فرق الجهد ‪𝑉‬‏. في الطرف الأيمن للمعادلة، يحذف ‪𝑉‬‏ في البسط مع ‪𝑉‬‏ في المقام. بكتابة المعادلة بطريقة أخرى، نجد أن شدة التيار ‪𝐼‬‏ تساوي القدرة ‪𝑃‬‏ مقسومة على فرق الجهد ‪𝑉‬‏.

إذا عوضنا الآن بقيمتي ‪𝑃‬‏ و‪𝑉‬‏ في هذه المعادلة، فسيكون بمقدورنا حساب شدة التيار ‪𝐼‬‏ المار عبر الدايود الباعث للضوء. إذا أردنا الحصول على شدة تيار بوحدة الأمبير، فسنحتاج قدرة بوحدة الوات وفرق جهد بوحدة الفولت. قيمة القدرة ‪𝑃‬‏، الموجودة لدينا الآن، بوحدة المللي وات. يمكننا تذكر أن الوات الواحد يساوي 1000 مللي وات، وبالمثل، المللي وات الواحد يساوي واحدًا على الألف من الوات. ومن ثم، إذا عوضنا عن وحدة المللي وات بواحد على الألف من الوات، فسنجد أن ‪𝑃‬‏، بوحدة الوات، يساوي 45 في واحد على 1000 وات. هذا يساوي 0.045 وات.

بما أن لدينا الآن قيمة لـ ‪𝑃‬‏ بوحدة الوات وقيمة لـ ‪𝑉‬‏ بوحدة الفولت، إذن، نحن مستعدون للتعويض بهاتين القيمتين في هذه المعادلة لحساب شدة التيار ‪𝐼‬‏ المار عبر الدايود الباعث للضوء. بالتعويض، نجد أن ‪𝐼‬‏ يساوي 0.045 وات مقسومًا على تسعة فولت. وبإيجاد قيمة التعبير، نجد أن شدة التيار ‪𝐼‬‏ تساوي 0.005 أمبير.

الآن، بمعلومية قيمة شدة التيار المار عبر الدايود الباعث للضوء والزمن الذي يستغرقه مرور هذا التيار، نستطيع التعويض بهاتين القيمتين في هذه المعادلة لحساب مقدار الشحنة ‪𝑄‬‏ التي تمر عبر الدايود الباعث للضوء خلال هذا الزمن. عندما نفعل ذلك، نجد أن الشحنة ‪𝑄‬‏ تساوي 0.005 أمبير، وهي قيمة شدة التيار ‪𝐼‬‏، مضروبة في 30 ثانية، وهو الزمن ‪𝑡‬‏. عندما يكون لدينا شدة تيار بوحدة الأمبير وزمن بوحدة الثانية، فإن هذا يعني أننا سنحصل على شحنة ‪𝑄‬‏ بوحدة الكولوم. بإيجاد قيمة التعبير، نحصل على 0.15 كولوم. وعليه، تكون إجابتنا عن السؤال هي أن مقدار الشحنة التي تمر عبر الدايود الباعث للضوء يساوي 0.15 كولوم.