نسخة الفيديو النصية
أي من الآتي هو المعادلة الصحيحة لشدة التيار الذي يمر بنقطة في دائرة كهربية؟ 𝐼 يمثل شدة التيار، و𝑄 كمية الشحنة، و𝑡 الزمن. أ: 𝐼 تساوي 𝑄 مقسومة على 𝑡. ب: 𝐼 تساوي 𝑄 مضروبة في 𝑡. ج: 𝐼 تساوي 𝑡 مقسومًا على 𝑄. د: 𝑄 تساوي 𝐼 مضروبة في 𝑡 تربيع.
في هذا السؤال، نريد إيجاد معادلة حساب شدة التيار الذي يمر بنقطة في دائرة كهربية. سنبدأ بتذكر تعريف شدة التيار الكهربي.
شدة التيار الكهربي هي معدل تدفق الشحنة الكهربية عبر نقطة في دائرة كهربية. عندما تمر كمية الشحنة 𝑄 بنقطة في الدائرة الكهربية خلال الزمن 𝑡، يمكننا حساب شدة التيار 𝐼 من خلال المعادلة: 𝐼 تساوي 𝑄 مقسومة على 𝑡. وهذا يتفق مع الخيار أ. يمكننا التأكد من صحة هذه المعادلة بالنظر إلى وحدة كل كمية من هذه الكميات.
تمثل الوحدات جزءًا مهمًّا في جميع مسائل الفيزياء. إنها لا تعبر فحسب عن نوع الكمية الذي نتعامل معه بدقة، بل يمكن أن تتضمن أيضًا دلالات تساعدنا في حل المسألة. وحدة النظام الدولي للشحنة الكهربية هي الكولوم، ويرمز إليها بحرف C الكبير. ووحدة النظام الدولي للزمن هي الثانية، ويرمز لها بحرف s الصغير. أما وحدة النظام الدولي لشدة التيار فهي الأمبير، ويرمز لها بحرف A كبير. الأمبير الواحد يساوي كولوم واحدًا لكل ثانية.
بالنظر إلى المعادلة 𝐼 تساوي 𝑄 مقسومة على 𝑡 الموضحة في الخيار أ، نلاحظ أن الطرف الأيسر يحتوي على وحدة الأمبير، والطرف الأيمن يحتوي على وحدة الكولوم مقسومة على الثواني. نعلم أن الأمبير يساوي كولوم واحدًا لكل ثانية. ومن ثم، يمكننا ملاحظة أن الوحدات متطابقة في طرفي هذه المعادلة.
دعونا الآن نفكر في وحدات الخيارات الأخرى المعطاة لنا. بالنظر إلى المعادلة: 𝐼 تساوي 𝑄 مضروبة في 𝑡، الموضحة في الخيار ب، نلاحظ أن الطرف الأيسر يحتوي على وحدة الأمبير، والطرف الأيمن يحتوي على وحدة الكولوم مضروبة في الثواني. بما أن الأمبير يساوي كولوم لكل ثانية، فيمكننا التعويض بذلك في الطرف الأيسر. وهذا يعطينا أن الكولوم مقسومًا على الثواني يساوي الكولوم مضروبًا في الثواني. يمكننا الآن ملاحظة أن الوحدات في طرفي هذه المعادلة غير متطابقة. وهذا يعني أن هذه المعادلة غير صحيحة، وعليه فإن الخيار ب غير صحيح.
بالنظر إلى المعادلة: 𝐼 تساوي 𝑡 مقسومًا على 𝑄، الموضحة في الخيار ج، نلاحظ أن الطرف الأيسر يحتوي على وحدة الأمبير، والطرف الأيمن يحتوي على وحدة الثانية مقسومة على الكولوم. بالتعويض عن الأمبير بوحدة الكولوم لكل ثانية، نجد أن الطرف الأيسر يصبح كولوم مقسومًا على الثواني. ونلاحظ مرة أخرى أن الوحدات في طرفي هذه المعادلة غير متطابقة. وهذا يعني أن هذه المعادلة غير صحيحة، إذن الخيار ج غير صحيح.
بالنظر إلى المعادلة: 𝑄 تساوي 𝐼 مضروبة في 𝑡 تربيع، الموضحة في الخيار د، نلاحظ أن الطرف الأيسر يحتوي على وحدة الكولوم، والطرف الأيمن يحتوي على وحدة الأمبير مضروبة في الثواني تربيع. بالتعويض عن الأمبير بوحدة الكولوم لكل ثانية وتبسيط المعادلة، نجد أن الطرف الأيمن يصبح كولوم مضروبًا في الثواني. ونلاحظ مرة أخرى أن الوحدات في طرفي هذه المعادلة غير متطابقة. هذا يعني أن هذه المعادلة غير صحيحة، وأن الخيار د غير صحيح.
ومن ثم، نكون قد تأكدنا من أن الخيار أ يمثل بالفعل الإجابة الصحيحة. 𝐼 تساوي 𝑄 مقسومة على 𝑡، هي المعادلة الصحيحة لشدة التيار الذي يمر بنقطة في دائرة كهربية.
