Fislab
الرئيسية / الدروس / الدوائر الكهربائية المركبة

🔌 الدوائر الكهربائية المركبة

Compound (Mixed) Electrical Circuits
⏱️ 25 دقيقة 📂 الكهرباء والمغناطيسية 🎯 مستوى مبتدئ

🎯 نواتج التعلم

  1. تحدد الفرق بين التوالي والتوازي في أي دائرة تحتوي على الاثنين معاً.
  2. تبسّط الدائرة المركبة خطوة بخطوة، من الداخل إلى الخارج.
  3. تحسب المقاومة المكافئة الكلية للدائرة المركبة.
  4. تحسب التيار الكلي، ثم توزّعه على الفروع والمقاومات.
  5. تطبّق قانوني كيرشوف للتحقق من نتائجك.
  6. تحسب الجهد وتيار أي مقاومة في الدائرة المركبة.
  7. تتجنب الأخطاء الشائعة، مثل الخلط بين التوالي والتوازي أو نسيان مقاومة داخلية للبطارية.
  8. تستخدم المحاكاة التفاعلية للتحقق من حساباتك.

1) ما هي الدائرة المركبة؟

الدائرة المركبة (أو المختلطة) هي دائرة تجمع بين مقاومات متصلة على التوالي ومقاومات متصلة على التوازي في الدائرة نفسها. أغلب الدوائر الواقعية من هذا النوع: مثلاً مصباح رئيسي على التوالي مع مجموعة أجهزة متوازية، أو مقاومة داخلية للبطارية على التوالي مع الحمل كله.

السبب في أهمية هذا الدرس بسيط: لا تستطيع تطبيق قانون واحد على الدائرة كلها دفعة واحدة، بل تفكك الدائرة إلى مجموعات صغيرة، وكل مجموعة تُختزل إلى مقاومة واحدة، ثم تتكرر العملية حتى تبقى مقاومة واحدة هي المقاومة المكافئة.

2) كيف تميّز التوالي من التوازي؟

  • على التوالي: المقاومات تشكّل مساراً واحداً للتيار، فيمر التيار نفسه في كل منها. لا توجد نقطة تفرّع بينها.
  • على التوازي: المقاومات تتصل بنقطتين مشتركتين، فيكون عليها الجهد نفسه، ويتفرّع التيار بينها.
  • الانتباه: السلك بين نقطتين لا يحتوي مقاومة يعني أن النقطتين نقطة واحدة. لذلك فإن الخلط بينهما من أكثر الأخطاء شيوعاً.
tip

3) خطوات حل الدائرة المركبة

  1. حدّد العقد (نقاط التفرّع) وأعد رسم الدائرة بوضوح. هذه الخطوة تمنع الخلط بين التوالي والتوازي.
  2. ابدأ من أبعد مجموعة عن المصدر أو من أصغر مجموعة واضحة، وابحث عن مقاومات متصلة على التوالي فاجمعها: R = R₁ + R₂ + ….
  3. اختزل المجموعات المتوازية إلى مقاومة واحدة باستخدام 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …، أو بالصيغة السريعة للمقاومتين: R = R₁R₂ / (R₁+R₂).
  4. كرر الخطوتين السابقتين حتى تبقى مقاومة واحدة هي المقاومة المكافئة R_eq. تذكّر أن المقاومة الداخلية للبطارية (إن وُجدت) تُجمع على التوالي مع الباقي.
  5. احسب التيار الكلي من المصدر: I = V / R_eq.
  6. ارجع خطوة بخطوة إلى الداخل: كل مجموعة متوازية لها جهد V_p = I × R_p، ومن هذا الجهد تحسب تيار كل فرع I = V_p / R_فرع.
  7. تحقّق: مجموع تيارات الفروع يساوي التيار الكلي (قانون كيرشوف الأول)، ومجموع الجهود حول كل حلقة يساوي صفراً (قانون كيرشوف الثاني).

4) قوانين مساعدة تحتاجها دائماً

  • التوالي: R = R₁ + R₂ + ⋯ والتيار واحد في كل العناصر.
  • التوازي: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ⋯ والجهد واحد على كل الفروع.
  • قانون أوم: V = I·R، ومنه I = V/R و R = V/I.
  • القدرة: P = V·I = I²R = V²/R.

5) أمثلة محلولة مع شرح تفصيلي

مثال 1: بطارية بمقاومة داخلية. بطارية 15 V مقاومتها الداخلية r = 1 Ω، على التوالي مع Rc = 2 Ω، ثم مجموعة توازي Ra = 6 Ω و Rb = 3 Ω. أوجد المقاومة الكلية والتيار.

\[ R_{ab} = \left(\frac{1}{6} + \frac{1}{3}\right)^{-1} = 2\,\Omega \]
\[ R_{eq} = R_{ab} + R_c + r = 2 + 2 + 1 = 5\,\Omega \qquad I = \frac{15}{5} = 3\,\text{A} \]

شرح إضافي: المقاومة الداخلية للبطارية ليست جزءاً من الحمل الخارجي، لكنها تقع على المسار نفسه للتيار، لذلك تُجمع على التوالي مع الباقي. ولو أهملناها لأخطأنا في التيار الكلي. ولاحظ أن R_ab تُحسب أولاً لأنها المجموعة الوحيدة التي تتصل على التوازي.

مثال 2: مجموعتان متماثلتان. R₁ = 4 Ω ∥ R₂ = 4 Ω، وهذه المجموعة على التوالي مع R₃ = 6 Ω ∥ R₄ = 6 Ω، ومصدر 20 V. أوجد تيار كل مقاومة.

\[ R_{12} = \left(\frac{1}{4}+\frac{1}{4}\right)^{-1} = 2\,\Omega \qquad R_{34} = \left(\frac{1}{6}+\frac{1}{6}\right)^{-1} = 3\,\Omega \]
\[ R_{eq} = 2 + 3 = 5\,\Omega \qquad I_{tot} = \frac{20}{5} = 4\,\text{A} \]

شرح إضافي: في كل مجموعة متوازية المقاومتان متساويتان، لذلك ينقسم التيار بينهما مناصفة: I₁ = I₂ = 2 A، وبالمثل I₃ = I₄ = 2 A. ولاحظ أن التيار الكلي 4 A يمر في كل مجموعة، لأن المجموعتين على التوالي.

مثال 3: الجهد على مقاومة. مصدر 12 V، تتصل به R₁ = 6 Ω على التوالي، ثم يتفرّع إلى فرع (R₂ = 8 Ω على التوالي مع R₃ = 4 Ω) وفرع R₄ = 12 Ω. أوجد فرق الجهد على R₄.

\[ R_{23} = 8 + 4 = 12\,\Omega \qquad R_{234} = \left(\frac{1}{12}+\frac{1}{12}\right)^{-1} = 6\,\Omega \]
\[ R_{eq} = 6 + 6 = 12\,\Omega \qquad I_{tot} = \frac{12}{12} = 1\,\text{A} \]
\[ V_{234} = I_{tot} \times R_{234} = 1 \times 6 = 6\,\text{V} \quad\Rightarrow\quad V_4 = 6\,\text{V} \]

شرح إضافي: الجهد الكلي 12 V يتوزع على عنصرين على التوالي: R₁ (يأخذ 1 × 6 = 6 V) والمجموعة المتوازية (تأخذ الباقي 6 V). وهذه المجموعة هي التي تعطي R₄ جهده، لأن R₄ تتصل مباشرة بطرفي المجموعة. هذه هي الفكرة الأساسية: المجموعة المتوازية كلها تشترك في الجهد نفسه.

6) المحاكاة التفاعلية

صمّم دائرتك بتغيير الجهد والمقاومات الأربع، وراقب المقاومة المكافئة والتيار وتوزيعهما. حاول الإجابة عن الأسئلة قبل النظر إلى الحساب:

  1. ماذا يحدث للتيار الكلي إذا زدت R₁؟ ولماذا؟
  2. إذا جعلت R₄ صغيرة جداً، أي فرع يأخذ معظم التيار؟
  3. هل مجموع تيارات الفرعين يساوي التيار الكلي دائماً؟ جرّب بقيم مختلفة وتأكد بنفسك.
  4. اضغط «إعادة القيم الأصلية» وتحقق أن النتائج تطابق المثال 3.

7) أخطاء شائعة يجب تجنبها

  • الخلط بين التوالي والتوازي: تذكّر أن التوالي يعني تيار واحد، والتوازي يعني جهداً واحداً.
  • جمع المقاومات المتوازية كأنها متوالية: ستجد مقاومة أكبر من الحقيقية. المقاومة المتوازية دائماً أصغر من أصغر مقاومة فيها.
  • نسيان المقاومة الداخلية للبطارية: إن ذُكرت، فهي جزء من المسار ويجب جمعها على التوالي.
  • استخدام القيمة الكلية لجهد المصدر على فرع داخلي: الجهد على مجموعة توازي ليس بالضرورة V كاملاً، بل يتوزع حسب الموقع في الدائرة.
  • نسيان إعادة الرسم: الرسم المعاد يكشف أغلب الأخطاء قبل أن تقع فيها.

8) ملخص الدرس

  • الدائرة المركبة تجمع التوالي والتوازي، وتُحل بتبسيط المجموعات واحدة بعد أخرى.
  • التوالي: R = ΣR والتيار واحد. التوازي: 1/R = Σ(1/R) والجهد واحد.
  • التيار الكلي: I = V / R_eq، ثم نوزّعه تدريجياً على الفروع.
  • تحقّق دائماً بقانون التيار عند العقد، وبقانون الجهد حول الحلقات.
لاحظت خطأ؟ أو عندك سؤال عن الدرس؟ اكتبه بالتعليقات وحدد مكانه بالضبط. Noticed an error, or have a question about the lesson? Write it in the comments and specify exactly where.
⚙️🧪

اختبار الدوائر الكهربائية المركبة Compound Electrical Circuits Quiz

20 سؤالاً - التوالي والتوازي معاً، المقاومة المكافئة، والتيار والجهد في الدوائر المركبة 20 Questions - Series and parallel combined, equivalent resistance, currents and voltages

المعلوماتInfo
الأسئلةQuestions
النتائجResults
📌 تعليمات مهمة:
• عدد الأسئلة: 20 سؤالاً
• مدة الاختبار: 30 دقيقة
• لا يمكنك تغيير إجاباتك أو إعادة الاختبار إلا بعد 24 ساعة من التسليم.
• تأكد من إجاباتك قبل التسليم!
📌 Important Instructions:
• Number of questions: 20 questions
• Quiz duration: 30 minutes
• You cannot change your answers or retake the quiz for 24 hours after submission.
• Make sure of your answers before submitting!