🎯 نواتج التعلم

🎯 Learning Outcomes

بعد هذا الدرس ستكون قادرًا على أن:

After this lesson you will be able to:

تعرّف الغلفانومتر وتحدد تيار الانحراف الكامل \(I_g\) ومقاومته \(R_g\).Identify the galvanometer and determine its full-scale current \(I_g\) and resistance \(R_g\).
تشرح مبدأ الأميتر، وتحسب مقاومة التحويل \(R_s=\dfrac{R_g}{n-1}\) لتوسيع مداه.Explain how an ammeter works and calculate the shunt \(R_s=\dfrac{R_g}{n-1}\) that extends its range.
تشرح مبدأ الفولتميتر، وتحسب مقاومة المضاعف \(R_m=\dfrac{V}{I_g}-R_g\) لتوسيع مداه.Explain how a voltmeter works and calculate the multiplier \(R_m=\dfrac{V}{I_g}-R_g\) that extends its range.
تقارن بين توصيل الأميتر على التوالي ومقاومته الصغيرة، وتوصيل الفولتميتر على التوازي ومقاومته الكبيرة.Compare the series connection and low resistance of an ammeter with the parallel connection and high resistance of a voltmeter.
تحل مسائل على توسيع مدى الأميتر والفولتميتر، وتتحقق من النتائج بالتجربة التفاعلية.Solve problems on extending the ranges of ammeters and voltmeters, and check the results with the interactive experiment.

⚡ القسم الأول: الأميتر

⚡ Part One: The Ammeter

الغلفانومتر جهاز حساس يكشف التيارات الصغيرة. مقاومته الداخلية \(R_g\)، وأكبر تيار ينحرف مؤشره حتى نهاية التدريج هو تيار الانحراف الكامل \(I_g\)، وهو عادةً بضعة مِلّي أمبير فقط.

A galvanometer is a sensitive instrument that detects small currents. It has an internal resistance \(R_g\), and the largest current that deflects its needle to full scale is the full-scale current \(I_g\), usually only a few milliamperes.

توسيع مدى الأميتر بمقاومة التحويل

Extending the ammeter range with a shunt

لقياس تيار \(I\) أكبر من \(I_g\)، نوصل مقاومة صغيرة \(R_s\) تسمى مقاومة التحويل (shunt) على التوازي مع الغلفانومتر، فيمر معظم التيار فيها، ويمر في الغلفانومتر \(I_g\) فقط.

To measure a current \(I\) larger than \(I_g\), a small resistor \(R_s\) called the shunt is connected in parallel with the galvanometer, so most of the current flows through it and only \(I_g\) flows through the galvanometer.

\[ I_g R_g = (I - I_g)\,R_s \quad\Rightarrow\quad R_s = \dfrac{I_g R_g}{I - I_g} = \dfrac{R_g}{n-1}, \qquad n = \dfrac{I}{I_g} \]

يصبح مدى الأميتر الجديد \(I = nI_g\)، وتكون مقاومته الكلية \(R_A = \dfrac{R_g}{n}\)، أي أصغر من \(R_g\) بكثير. يوصل الأميتر على التوالي مع العنصر المراد قياس تياره.

The new ammeter range is \(I = nI_g\), and its total resistance is \(R_A = \dfrac{R_g}{n}\), much smaller than \(R_g\). The ammeter is connected in series with the element whose current is measured.

مثال: غلفانومتر \(I_g=1\,\mathrm{mA}\) و\(R_g=50\,\Omega\)، ونريد أميترًا مداه \(10\,\mathrm{mA}\): \(n=10\)، و\(R_s=\dfrac{50}{9}\approx5.56\,\Omega\).

Example: A galvanometer with \(I_g=1\,\mathrm{mA}\) and \(R_g=50\,\Omega\), and we want an ammeter with range \(10\,\mathrm{mA}\): \(n=10\), and \(R_s=\dfrac{50}{9}\approx5.56\,\Omega\).

🔧 تجربة تفاعلية: ماذا يحدث داخل الأميتر؟

🔧 Interactive experiment: what happens inside the ammeter?

الأميتر موصّل على التوالي في الدائرة. داخله يتفرع التيار: جزء صغير يمر في الغلفانومتر \(G\) فيحرّك المؤشر، والباقي يمر في مقاومة التحويل \(R_s\). غيّر المدى وجهد المصدر والمقاومة \(R_x\)، ولاحظ كيف يتوزع التيار، وكيف يؤثر الأميتر نفسه في التيار المقاس.

The ammeter is connected in series in the circuit. Inside it the current splits: a small part flows through the galvanometer \(G\), moving the needle, and the rest flows through the shunt \(R_s\). Change the range, the source voltage and the resistor \(R_x\), and watch how the current splits and how the ammeter itself affects the measured current.

جهد المصدر E (V)Source voltage E (V)5

المقاومة الخارجية R_x (Ω)External resistance R_x (Ω)500

مدى الأميتر I_max (mA)Ammeter range I_max (mA)20

عدد المرات n = I_max / I_gMultiplier n = I_max / I_g—

مقاومة التحويل R_s (Ω)Shunt R_s (Ω)—

مقاومة الأميتر R_A (Ω)Ammeter resistance R_A (Ω)—

التيار الحقيقي بدون أميتر (mA)True current without ammeter (mA)—

التيار الذي يقيسه الأميتر (mA)Current read by the ammeter (mA)—

خطأ القياس بسبب الأميتر (%)Error caused by the ammeter (%)—

تيار الغلفانومتر I_G (mA)Galvanometer current I_G (mA)—

تيار مقاومة التحويل I_s (mA)Shunt current I_s (mA)—

أسئلة على الأميتر

Questions on the ammeter

سؤال 1Question 1

غلفانومتر \(R_g=60\,\Omega\) وتيار انحرافه الكامل \(I_g=2\,\mathrm{mA}\). ما مقاومة التحويل اللازمة ليصبح أميترًا مداه \(20\,\mathrm{mA}\)؟A galvanometer with \(R_g=60\,\Omega\) and \(I_g=2\,\mathrm{mA}\). What shunt makes it an ammeter with range \(20\,\mathrm{mA}\)?

\(0.67\,\Omega\)\(0.67\,\Omega\)

\(6.67\,\Omega\)\(6.67\,\Omega\)

\(60\,\Omega\)\(60\,\Omega\)

\(66.7\,\Omega\)\(66.7\,\Omega\)

سؤال 2Question 2

عند توسيع مدى الأميتر بإضافة مقاومة تحويل صغيرة، ماذا يحدث للمقاومة الكلية للأميتر؟When the ammeter range is extended by adding a small shunt, what happens to the total resistance of the ammeter?

تزدادIt increases

تنقصIt decreases

تبقى كما هيIt stays the same

تصبح لانهائيةIt becomes infinite

سؤال 3Question 3

وُصِل أميتر مثالي على التوازي مع مقاومة في دائرة بدلًا من التوالي. ماذا يحدث؟An ideal ammeter is connected in parallel with a resistor in a circuit instead of in series. What happens?

يقيس الجهد على المقاومة مباشرةIt measures the voltage across the resistor directly

يمر فيه معظم تيار الدائرة وقد يتلفMost of the circuit current passes through it and it may be damaged

يبقى التيار في الدائرة كما هوThe circuit current stays the same

تنعدم قراءته دائمًاIt always reads zero

⚡ القسم الثاني: الفولتميتر

⚡ Part Two: The Voltmeter

توسيع مدى الفولتميتر بالمضاعف

Extending the voltmeter range with a multiplier

لتحويل الغلفانومتر إلى فولتميتر، نوصل على التوالي معه مقاومة كبيرة \(R_m\) تسمى المضاعف (multiplier). الفولتميتر يوصل على التوازي مع العنصر المراد قياس جهده.

To turn a galvanometer into a voltmeter, a large resistor \(R_m\) called the multiplier is connected in series with it. The voltmeter is connected in parallel with the element whose voltage is measured.

\[ V = I_g\,(R_g + R_m) \quad\Rightarrow\quad R_m = \dfrac{V}{I_g} - R_g \]

المقاومة الكلية للفولتميتر \(R_V = R_g + R_m = \dfrac{V}{I_g}\)، وحساسيته (عدد الأوم لكل فولت) \(\dfrac{1}{I_g}\). لذلك كلما قلّ \(I_g\) زادت الحساسية. ولأن مقاومته كبيرة، يمر فيه تيار صغير جدًا فلا يغيّر الجهد الذي نقيسه.

The total resistance of the voltmeter is \(R_V = R_g + R_m = \dfrac{V}{I_g}\), and its sensitivity (ohms per volt) is \(\dfrac{1}{I_g}\). The smaller \(I_g\) is, the higher the sensitivity. Because its resistance is large, only a very small current passes through it, so it does not change the voltage being measured.

مثال: الغلفانومتر نفسه \(I_g=1\,\mathrm{mA}\) و\(R_g=50\,\Omega\)، ونريد فولتميترًا مداه \(10\,\mathrm{V}\): \(R_m=\dfrac{10}{0.001}-50=9950\,\Omega\).

Example: The same galvanometer, \(I_g=1\,\mathrm{mA}\) and \(R_g=50\,\Omega\), and we want a voltmeter with range \(10\,\mathrm{V}\): \(R_m=\dfrac{10}{0.001}-50=9950\,\Omega\).

🔧 تجربة تفاعلية: ماذا يحدث داخل الفولتميتر؟

🔧 Interactive experiment: what happens inside the voltmeter?

الفولتميتر موصّل على التوازي مع المقاومة \(R_L\). داخله يمر تيار صغير عبر الغلفانومتر \(G\) ثم المضاعف \(R_m\) على التوالي. غيّر المدى وجهد المصدر ومقاومة الحمل، ولاحظ كيف تقترب القراءة من الجهد الحقيقي عندما تكون مقاومة الفولتميتر كبيرة.

The voltmeter is connected in parallel with the load \(R_L\). Inside it a small current flows through the galvanometer \(G\) and then the multiplier \(R_m\) in series. Change the range, the source voltage and the load, and see how the reading approaches the true voltage when the voltmeter's resistance is large.

جهد المصدر E (V)Source voltage E (V)10

مقاومة الحمل R_L (kΩ)Load resistance R_L (kΩ)10

مدى الفولتميتر V_max (V)Voltmeter range V_max (V)20

المقاومة الكلية R_V (kΩ)Total resistance R_V (kΩ)—

مقاومة المضاعف R_m (Ω)Multiplier R_m (Ω)—

الحساسية (Ω/V)Sensitivity (Ω/V)—

الجهد الحقيقي بدون فولتميتر (V)True voltage without voltmeter (V)—

الجهد الذي يقيسه الفولتميتر (V)Voltage read by the voltmeter (V)—

خطأ القياس بسبب الفولتميتر (%)Error caused by the voltmeter (%)—

تيار الغلفانومتر I_G (mA)Galvanometer current I_G (mA)—

أسئلة على الفولتميتر

Questions on the voltmeter

سؤال 1Question 1

غلفانومتر \(I_g=1\,\mathrm{mA}\)، \(R_g=100\,\Omega\). ما مقدار المضاعف اللازم ليصبح فولتميترًا مداه \(20\,\mathrm{V}\)؟A galvanometer with \(I_g=1\,\mathrm{mA}\), \(R_g=100\,\Omega\). What multiplier makes it a voltmeter with range \(20\,\mathrm{V}\)?

\(19.9\,\mathrm{k\Omega}\)\(19.9\,\mathrm{k\Omega}\)

\(20\,\mathrm{k\Omega}\)\(20\,\mathrm{k\Omega}\)

\(0.1\,\mathrm{k\Omega}\)\(0.1\,\mathrm{k\Omega}\)

\(2\,\mathrm{k\Omega}\)\(2\,\mathrm{k\Omega}\)

سؤال 2Question 2

لماذا يجب أن تكون مقاومة الفولتميتر كبيرة جدًا؟Why must the resistance of a voltmeter be very large?

حتى يمر فيه تيار كبيرSo that a large current passes through it

حتى لا يسحب تيارًا كبيرًا من الدائرة فيغيّر الجهد المراد قياسهSo that it does not draw a large current and change the voltage being measured

حتى يتحمل جهدًا صغيرًاSo that it tolerates a small voltage

لأنه يوصل على التواليBecause it is connected in series

سؤال 3Question 3

عند زيادة مدى فولتميتر من \(10\,\mathrm{V}\) إلى \(50\,\mathrm{V}\) مع بقاء \(I_g\) و\(R_g\) ثابتين، ماذا يحدث لمقاومة المضاعف؟When a voltmeter's range is increased from \(10\,\mathrm{V}\) to \(50\,\mathrm{V}\) with \(I_g\) and \(R_g\) fixed, what happens to the multiplier resistance?

تقل إلى الخُمسIt falls to one fifth

تزدادIt increases

تبقى ثابتةIt stays fixed

تصبح صفرًاIt becomes zero

📝 امتحان: الأميتر والفولتميتر

📝 Quiz: Ammeter and Voltmeter

⚡🧪

اختبار الأميتر والفولتميتر Ammeter and Voltmeter Quiz

20 سؤالاً - الأميتر والفولتميتر 20 Questions - Ammeter and voltmeter

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!

الاسم الكاملFull Name

الصفGrade

المدرسةSchool

⚡ الأميتر والفولتميتر (توسيع مدى القياس)