⚡ الطاقة والقدرة الكهربائية
⚡ Electrical Energy and Power
عند تطبيق فرق جهد في دائرة، فإن القوة الدافعة الكهربائية للبطارية تبذل شغلًا على الشحنات وتُكسبها طاقة كهربائية.
When a voltage is applied in a circuit, the battery's electromotive force does work on the charges, giving them electrical energy.
🧪 محاكاة: مقاومة أومية تستهلك طاقة البطارية
🧪 Simulation: An Ohmic Resistor Consuming Battery Energy
في هذه المحاكاة دائرة تحتوي على مقاومة أومية تعمل على استهلاك طاقة البطارية.
This simulation shows a circuit with an ohmic resistor consuming the battery's energy.
🔗 القدرة المصروفة في دائرة مقاومات على التوالي
🔗 Power Dissipated in a Series Resistor Circuit
🔀 القدرة المصروفة في دائرة مقاومات على التوازي
🔀 Power Dissipated in a Parallel Resistor Circuit
🔌 القدرة المصروفة في دائرة مقاومات على التوالي والتوازي معًا
🔌 Power Dissipated in a Combined Series-Parallel Circuit
💡 سطوع المصابيح
💡 Bulb Brightness
عندما نتكلم عن سطوع المصابيح، علينا أن نبحث عن القدرة: كلما كانت قدرة المصباح أكبر، كان سطوعه أكبر.
When discussing bulb brightness, we need to look at power: the greater a bulb's power, the brighter it is.
هذه محاكاة عدة مصابيح متصلة ببعضها — قارن بين سطوع هذه المصابيح:
This is a simulation of several connected bulbs — compare the brightness of these bulbs:
هذه محاكاة لدائرة مركبة مع مصدر طاقة وأربعة مصابيح كهربائية متطابقة وثلاثة مفاتيح. افتح المفاتيح وأغلقها وتوقّع قيم الجهد عبر المصابيح، والتيارات عبرها، وسطوعها (المرتبط بالطاقة التي يبدّدها كل مصباح كحرارة وضوء). استخدم مربعات الاختيار لإظهار الفولتية والتيارات أو إخفائها.
This is a simulation of a combined circuit with a power source, four identical bulbs, and three switches. Open and close the switches and predict the voltages across the bulbs, the currents through them, and their brightness (related to the power each dissipates as heat and light). Use the checkboxes to show or hide the voltages and currents.
🎯 أسئلة تقييم ذاتي🎯 Self-Assessment Questions
١. دائرة مبسّطة من بطارية 9 فولت (بدون مقاومة داخلية) وثلاث مقاومات: \(R_1=2\,\Omega\) على التوالي مع \(R_A=6\,\Omega\) و\(R_4=3\,\Omega\) الموصولتين على التوازي. ما القدرة الكلية للدائرة؟ 1. A simplified circuit with a 9V battery (no internal resistance) and three resistors: \(R_1=2\,\Omega\) in series with \(R_A=6\,\Omega\) and \(R_4=3\,\Omega\) connected in parallel. What is the circuit's total power?
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
الحل: مقاومة التوازي: \( R_{parallel} = \dfrac{R_A R_4}{R_A+R_4} = \dfrac{6\times3}{6+3} = 2\,\Omega \)
Solution: Parallel resistance: \( R_{parallel} = \dfrac{R_A R_4}{R_A+R_4} = \dfrac{6\times3}{6+3} = 2\,\Omega \)
المقاومة الكلية: \( R_{total} = R_1 + R_{parallel} = 2+2 = 4\,\Omega \)
Total resistance: \( R_{total} = R_1 + R_{parallel} = 2+2 = 4\,\Omega \)
التيار الكلي: \( I = \dfrac{V}{R_{total}} = \dfrac{9}{4} = 2.25\,A \)
Total current: \( I = \dfrac{V}{R_{total}} = \dfrac{9}{4} = 2.25\,A \)
القدرة الكلية: \( P = V\cdot I = 9\times2.25 = 20.25\,W \) ✅
Total power: \( P = V\cdot I = 9\times2.25 = 20.25\,W \) ✅
٢. في الدائرة المجاورة وُصل مصباح A على التوالي مع ثلاثة مصابيح B وC وD موصولة على التوازي فيما بينها. أيّ من الأحداث التالية يسبّب انخفاضًا في قراءة الأميتر الموجود بالدائرة الرئيسية؟ 2. In the adjacent circuit, bulb A is connected in series with three bulbs B, C, and D connected in parallel with each other. Which of the following events causes a decrease in the reading of the ammeter in the main circuit?
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
الحل: الأميتر يقرأ التيار الكلي المار بالدائرة الرئيسية، وهو نفس التيار المار بالمصباح A (لأنه على التوالي مع باقي الدائرة).
Solution: The ammeter reads the total current in the main circuit, which is the same current flowing through bulb A (since it is in series with the rest of the circuit).
احتراق فتيل B يعني فتح ذلك الفرع (مقاومته تصبح لانهائية)، فتزداد المقاومة المكافئة لمجموعة التوازي (B,C,D)، وبالتالي تزداد المقاومة الكلية للدائرة، فيقلّ التيار الكلي — أي تقلّ قراءة الأميتر. ✅
If B's filament burns out, that branch opens (its resistance becomes infinite), so the equivalent resistance of the parallel group (B, C, D) increases, increasing the circuit's total resistance, which decreases the total current — that is, the ammeter reading decreases. ✅
أما قصر A أو C أو D بسلك فيقلّل المقاومة الكلية ويزيد التيار (عكس المطلوب)، أو قد يسبب قصرًا كليًا للدائرة.
Shorting A, C, or D with a wire instead decreases the total resistance and increases the current (the opposite of what's asked), or may cause a total short circuit.
٣. بنفس الدائرة السابقة (مصباح A على التوالي مع B وC وD المتماثلة في المقاومة والموصولة على التوازي)، أيّ المصابيح له أشدّ سطوع؟ 3. In the same circuit (bulb A in series with B, C, and D, identical in resistance and connected in parallel), which bulb is brightest?
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
الحل: يمرّ التيار الكلي للدائرة بالكامل عبر المصباح A (لأنه على التوالي)، بينما يتوزّع نفس هذا التيار على المصابيح B وC وD الثلاثة (كل واحد يأخذ ثلث التيار تقريبًا لتماثل مقاوماتها).
Solution: The circuit's entire total current flows through bulb A (since it's in series), while that same current splits among bulbs B, C, and D (each taking roughly a third, since their resistances are identical).
وبما أن جميع المصابيح متماثلة في المقاومة \(R\)، والقدرة \(P=I^2R\)، فإن المصباح الذي يمرّ به أكبر تيار (وهو A) يبدّد أكبر قدرة — أي هو الأشدّ سطوعًا. ✅
Since all the bulbs are identical in resistance \(R\), and power is \(P=I^2R\), the bulb carrying the largest current (A) dissipates the most power — meaning it's the brightest. ✅
٤. مصدر تيار يزوّد الدائرة بتيار كلي \(I=3\,A\)، مع \(R_1=5\,\Omega\) على التوالي مع (\(R_2=4\,\Omega\) على التوازي مع \(R_3=8\,\Omega\)). ما القدرة الكلية المبدّدة في الدائرة؟ 4. A current source supplies a total current of \(I=3\,A\) to a circuit, with \(R_1=5\,\Omega\) in series with (\(R_2=4\,\Omega\) in parallel with \(R_3=8\,\Omega\)). What is the total power dissipated in the circuit?
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
الحل: مقاومة التوازي: \( R_{parallel}=\dfrac{R_2R_3}{R_2+R_3}=\dfrac{4\times8}{4+8}=\dfrac{32}{12}=2.667\,\Omega \)
Solution: Parallel resistance: \( R_{parallel}=\dfrac{R_2R_3}{R_2+R_3}=\dfrac{4\times8}{4+8}=\dfrac{32}{12}=2.667\,\Omega \)
المقاومة الكلية: \( R_{total}=R_1+R_{parallel}=5+2.667=7.667\,\Omega \)
Total resistance: \( R_{total}=R_1+R_{parallel}=5+2.667=7.667\,\Omega \)
بما أن كل التيار \(I=3\,A\) يمرّ بالمقاومة الكلية (مصدر تيار)، فإن القدرة الكلية: \( P = I^2 R_{total} = 3^2 \times 7.667 = 69\,W \) ✅
Since all the current \(I=3\,A\) flows through the total resistance (a current source), the total power: \( P = I^2 R_{total} = 3^2 \times 7.667 = 69\,W \) ✅
٥. مصباح مكتوب عليه (60 W, 220 V). احسب مقاومة المصباح والطاقة المستهلكة خلال 10 دقائق. 5. A bulb is rated (60 W, 220 V). Calculate the bulb's resistance and the energy consumed over 10 minutes.
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
الحل: من \( P=\dfrac{V^2}{R} \Rightarrow R = \dfrac{V^2}{P} = \dfrac{220^2}{60} = \dfrac{48400}{60} \approx 807.6\,\Omega \)
Solution: From \( P=\dfrac{V^2}{R} \Rightarrow R = \dfrac{V^2}{P} = \dfrac{220^2}{60} = \dfrac{48400}{60} \approx 807.6\,\Omega \)
الزمن: \( t = 10\ \text{min} = 600\ s \). الطاقة: \( E = P\cdot t = 60 \times 600 = 36000\,J \) ✅
Time: \( t = 10\ \text{min} = 600\ s \). Energy: \( E = P\cdot t = 60 \times 600 = 36000\,J \) ✅