فيديو السؤال: توصيل المقاومة بطريقة صحيحة في فولتميتر قائم على جلفانومتر الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أي من الدوائر الكهربية الآتية يمثل تمثيلًا صحيحًا فولتميترًا يستخدم لقياس جهد مصدر تيار مستمر؟

لدينا ثلاثة مخططات لدوائر كهربية، هي ‪A‬‏، ‪B‬‏، ‪C‬‏، للاختيار من بينها.

يمكن لمصدر التيار المستمر أن يكون أي جهاز ينتج تيارًا مستمرًّا. نستخدم هذه العبارة عادة للإشارة إلى بطارية أو خلية. يمكننا أن نرى أن هذه المخططات الثلاثة تحتوي على بطارية. لذا، علينا اختيار مخطط الدائرة الكهربية الذي يوضح استخدام الفولتميتر لقياس جهد البطارية.

لعلنا نتذكر أن رمز الفولتميتر في الدائرة الكهربية دائرة بداخلها الحرف ‪V‬‏، الذي يشير إلى كلمة ‪volts‬‏ بالإنجليزية. كما نلاحظ، لا يحتوي أي من مخططات الدوائر الكهربية الثلاثة على هذا الرمز. لذا، للوهلة الأولى، يبدو أن كل هذه المخططات لا تتضمن فولتميترًا على الإطلاق.

لكن ما يمكننا ملاحظته هو أن كل مخطط من هذه المخططات يتضمن مكونًا يعرف باسم الجلفانومتر. نتذكر هنا أن الجلفانومتر جهاز كهروميكانيكي مزود بمؤشر ينحرف عند مرور تيار عبره. يمكننا أن نتذكر أيضًا أن الجلفانومتر أحد المكونات المستخدمة في تصميم الفولتميتر. ذلك لأننا إذا وصلنا جلفانومترًا بمكون له فرق جهد، مثل بطارية، فإن التيار الناتج يتسبب في انحراف المؤشر. كلما زاد فرق الجهد، زاد التيار وزاد انحراف المؤشر.

لذا، فإن الجلفانومتر بمفرده يعمل فولتميترًا بدائيًّا. لكن مشكلة استخدام الجلفانومتر وحده باعتباره فولتميترًا هي أن الجلفانومتر حساس للغاية. هذا يعني أنه حتى التيارات الصغيرة جدًّا، التي تكون شدتها 100 ميكروأمبير تقريبًا على سبيل المثال، يمكنها جعل المؤشر ينحرف حتى نهاية التدريج.

عندما نصمم فولتميترًا، علينا حل هذه المشكلة عن طريق تقليل شدة التيار الذي يمر عبر الجلفانومتر. يمكننا فعل ذلك ببساطة عن طريق توصيل مقاومة ثابتة على التوالي بالجلفانومتر. تقلل هذه المقاومة شدة التيار، وتحرك المؤشر مرة أخرى إلى نطاق تدريجه؛ بحيث لا ينحرف بالكامل حتى نهاية التدريج.

وعليه، إذا فصلنا البطارية عن الدائرة الكهربية، فسيمكننا تصميم فولتميتر فور توصيل مقاومة وجلفانومتر على التوالي. يبدو المخطط القياسي للدائرة الكهربية بهذا الشكل. سيقيس هذا الفولتميتر فرق الجهد لأي مكون متصل بين هذين الطرفين. لذا، على سبيل المثال، قد تكون هذه مقاومة في دائرة كهربية. لاحظ أنه في هذه الحالة يمكننا القول بأن الفولتميتر موصل على التوازي مع هذا المكون. هذا هو الحال عمومًا عندما نستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد عبر مكون في دائرة كهربية.

لكن إذا أردنا استخدام الفولتميتر لقياس فرق الجهد عبر مكون واحد بمفرده، مثل بطارية، فسنوصله بهذا الشكل. إذن، في هذه الحالة تحديدًا، يكون الفولتميتر موصلًا بالخلية على التوالي.

بذلك نكون قد أوضحنا أنه يمكننا تصميم فولتميتر عن طريق توصيل جلفانومتر ومقاومة على التوالي. إذا أردنا استخدام هذا الفولتميتر لقياس فرق الجهد أو جهد البطارية، فسنحتاج فقط إلى توصيله بالبطارية على التوالي بهذه الطريقة.

بالنظر إلى خيارات الإجابة المعطاة لنا، يمكننا ملاحظة أن الخيار أ فقط هو الذي يطابق الدائرة الكهربية التي وصفناها. بالنظر إلى الخيار ب، يمكننا أن نرى أنه على الرغم من أن هذه الدائرة الكهربية تحتوي على كل المكونات الصحيحة، فإن الجلفانومتر والمقاومة موصلان على التوازي، وليس على التوالي. إذا نظرنا إلى الخيار ج، يمكننا ملاحظة أن الجلفانومتر وهذه المقاومة موصلان على التوالي. ومع ذلك، وجود هذا الفرع الموازي الزائد الذي به مقاومة يمنع الدائرة الكهربية من العمل باعتبارها فولتميترًا.

إذن، الدائرة الكهربية التي تمثل تمثيلًا صحيحًا فولتميترًا يستخدم لقياس جهد مصدر تيار مستمر هي الخيار أ.