نسخة الفيديو النصية
وصل مصباح ببطارية على التوالي. فرق الجهد عبر المصباح يساوي أربعة فولت. وشدة التيار المار خلاله تساوي 0.1 أمبير. ما مقدار الشحنة المارة عبر المصباح خلال 60 ثانية؟ ما مقدار الطاقة التي يبددها المصباح في صورة ضوء وحرارة خلال 60 ثانية؟
لدينا هذان السؤالان بخصوص هذه الحالة. وسنبدأ بالسؤال الأول، «ما مقدار الشحنة المارة عبر هذا المصباح خلال 60 ثانية؟» فيما يتعلق بهذا المصباح الضوئي، علمنا أنه موصل ببطارية على التوالي، وأن فرق الجهد عبر المصباح يساوي أربعة فولت، وأن شدة التيار المار عبر الدائرة الكهربية تساوي 0.1 أمبير. وبناء على ذلك، في هذا السؤال الأول، نريد إيجاد مقدار الشحنة المارة عبر المصباح خلال 60 ثانية.
للإجابة عن هذا السؤال، لنتذكر تعريف شدة التيار. شدة التيار، 𝐼، تساوي مقدار الشحنة، 𝑄، المارة عبر نقطة في دائرة كهربية خلال زمن، 𝑡. وبالمثل، يمكننا أن نكتب أن هذه الشحنة، 𝑄، تساوي حاصل ضرب شدة التيار في الزمن. في هذه الحالة، علمنا أن شدة التيار تساوي 0.1 أمبير. وعلمنا أيضًا أن الزمن مقداره 60 ثانية. إذا عوضنا بهاتين القيمتين وضربناهما معًا، فسنحصل على ناتج يساوي ستة كولوم. وهذا هو مقدار الشحنة المارة عبر هذا المصباح خلال 60 ثانية.
بعد معرفة ذلك، لننتقل إلى الجزء الثاني من السؤال: «ما مقدار الطاقة التي يبددها المصباح في صورة ضوء وحرارة خلال 60 ثانية؟» هنا، سيكون من المفيد تذكر معادلة تربط بين الطاقة والشحنة والجهد في الدوائر الكهربية. في هذه الحالة، الطاقة المعنية تساوي الشحنة مضروبة في الجهد المطبق.
تتمثل إحدى طرق فهم هذه المعادلة بشكل أفضل في دراسة معادلة مماثلة من عالم الميكانيكا. في عالم الميكانيكا، إذا أخذنا جسمًا وزنه 𝑊 ووضعناه على ارتفاع ℎ فوق مستوى مرجعي، فإننا نكسب هذا الجسم طاقة وضع تساوي حاصل ضرب وزنه في الارتفاع. في هذه الحالة، ليس لدينا الوزن في الارتفاع. لكن لدينا الشحنة في الجهد. وحاصل ضرب هذين الحدين يعطينا طاقة كهربية.
على أي حال، نحن نحاول إيجاد قيمة الطاقة 𝐸. وهي تساوي الشحنة، 𝑄، التي أوجدنا قيمتها سابقًا وهي ستة كولوم، مضروبة في الجهد عبر المصباح وهو أربعة فولت. عندما نوجد حاصل ضرب هاتين القيمتين، نجد أنه يساوي 24 جول. وهذا هو مقدار الطاقة التي يبددها المصباح في صورة ضوء وحرارة خلال 60 ثانية.
