البطارية والقوة الدافعة الكهربائية (شرح تفصيلي) — The Battery & Electromotive Force — Detailed Explanation

للتواصل: 00971504825082

📖 مقدمة

📖 Introduction

البطارية تبذل شغلًا على الشحنات الكهربائية بالدائرة وتعطيها طاقة كهربائية وتدفعها بها، لذلك تُدعى القوة الدافعة الكهربائية.

The battery does work on the electric charges in the circuit, giving them electrical energy and driving them through it, hence called the electromotive force.

عند وصل البطارية بدائرة تحتوي أسلاكًا موصلة، يتكوّن مجال كهربائي يمنح طاقة للشحنات الخارجة منها، التي تصطدم بالشحنات الموجودة بالأسلاك وتوجّه حركتها وتدفعها بأجزاء الدائرة.

Connecting a battery to a circuit with conducting wires establishes an electric field that energizes the outgoing charges, which collide with charges in the wires, directing and driving their motion through the circuit.

البطارية تبذل قوة على الشحنات \((f)\) وتعطيها طاقة كهربائية \((e)\) وتدفعها وتحرّكها بالدائرة \((m)\)، لذلك يُرمز لفرق الجهد الناتج عنها بـ \(V_{emf}\).

The battery exerts a force on charges \((f)\), giving them electrical energy \((e)\), and driving them through the circuit \((m)\), so the resulting voltage is denoted \(V_{emf}\).

القوة المحركة الدافعة \(=(EMF) = V_{emf}\)Electromotive force \(=(EMF) = V_{emf}\)

📝 أمثلة تعليمية📝 Educational Examples

📌 المثال الأول: البطارية توفّر فرق جهد ذا قيمة ثابتة، بينما لا توفّر تيارًا ثابتًا. ما السبب؟📌 Example 1: The battery provides a constant voltage but not a constant current. What is the reason?

قيمة التيار تعتمد على: (1) فرق الجهد الذي توفّره البطارية، (2) مقاومة الدائرة الكهربائية وفقًا لقانون أوم \(I=\dfrac{V}{R}\). بما أن البطارية توفّر جهدًا ثابتًا، فإن التيار يتغيّر بتغيّر مقاومة الدائرة: إذا زادت المقاومة ينخفض التيار، وإذا قلّت يزيد التيار.

The current depends on: (1) the voltage the battery provides, (2) the circuit's resistance, per Ohm's law \(I=\dfrac{V}{R}\). Since the battery provides a constant voltage, the current changes with the circuit's resistance: as resistance increases, current decreases, and vice versa.

💡 البطاريات المثالية توفّر جهدًا ثابتًا بغض النظر عن الحمل، لكن البطاريات الحقيقية قد ينخفض جهدها عند تيارات عالية بسبب مقاومتها الداخلية.💡 Ideal batteries provide constant voltage regardless of load, but real batteries may have reduced voltage at high currents due to internal resistance.

📌 المثال الثاني: بطارية قابلة للشحن كُتب عليها 2500 mAh. ما مقدار الشحنة التي توفّرها؟📌 Example 2: A rechargeable battery is rated 2500 mAh. How much charge does it provide?

السعة = 2500 mA·h = 2.5 A·h. القانون: \(Q=I(A)\cdot t(s)\) (حيث 1 أمبير-ساعة = 3600 كولوم).Capacity = 2500 mA·h = 2.5 A·h. Formula: \(Q=I(A)\cdot t(s)\) (1 amp-hour = 3600 coulombs).

\[ Q = \frac{2500}{1000}\times 3600 = 9000\,C \]

✅ الشحنة = 9000 كولوم✅ Charge = 9000 coulombs

🔹 المقاومة الداخلية للبطارية

🔹 A Battery's Internal Resistance

قام أحد الطلاب بقياس فرق الجهد بين طرفي بطارية والدائرة مفتوحة، ومرة أخرى والدائرة مغلقة. السبب في الفرق بين القياسين: الدائرة المغلقة حدث بها ضياع بجهد المصدر، بسبب مقاومة داخلية بالبطارية يُرمز لها بالرمز \(r\) وتُقاس بوحدة الأوم (Ω).

A student measured a battery's terminal voltage once with an open circuit, and again with a closed circuit. The reason for the difference: in the closed circuit there is a loss in source voltage, due to the battery's internal resistance, denoted \(r\), measured in ohms (Ω).

\[ r = \frac{V_r}{I} \]

حيث \(V_r\) هو الجهد المفقود داخل البطارية، و\(I\) هو التيار المار بالدائرة.

Where \(V_r\) is the voltage lost inside the battery, and \(I\) is the current in the circuit.

🔹 القوة المحركة الدافعة (EMF) وفرق الجهد

🔹 EMF vs. Terminal Voltage

القوة المحركة الدافعة (EMF): فرق الجهد بين طرفي البطارية عندما تكون الدائرة مفتوحة (لا يمر تيار).Electromotive force (EMF): the battery's terminal voltage when the circuit is open (no current flows).
فرق الجهد (Terminal Voltage): فرق الجهد بين طرفي البطارية عندما تكون الدائرة مغلقة (يمر تيار)، وهو دائمًا أصغر من القوة المحركة الدافعة.Terminal voltage: the battery's voltage when the circuit is closed (current flows), always smaller than the EMF.
لا تظهر قيمة المقاومة الداخلية إلا إذا مرّ بها تيار.The internal resistance's effect appears only when current flows through it.
إذا أُهملت المقاومة الداخلية، تعادل القوة المحركة الدافعة فرق الجهد.If internal resistance is negligible, the EMF equals the terminal voltage.

📝 مسائل محلولة📝 Solved Problems

📌 المثال الثالث: مقاومة خارجية \(R=10\Omega\)، مقاومة داخلية للبطارية \(r=2\Omega\)، وجهد البطارية \(V_{emf}=12V\). عند إغلاق الدائرة، أوجد الجهد على كل عنصر والقوة الدافعة.📌 Example 3: External resistance \(R=10\Omega\), battery internal resistance \(r=2\Omega\), and battery EMF \(V_{emf}=12V\). With the circuit closed, find the voltage across each element and the EMF.

الخطوة 1: المقاومة الكليةStep 1: Total resistance

\[ R_{total} = R + r = 10 + 2 = 12\Omega \]

الخطوة 2: التيار المارStep 2: Current

\[ I = \frac{V}{R_{total}} = \frac{12}{12} = 1A \]

الخطوة 3: الجهد على المقاومة الخارجيةStep 3: Voltage across external resistor

\[ V_R = I \times R = 1 \times 10 = 10V \]

الخطوة 4: الجهد على المقاومة الداخليةStep 4: Voltage across internal resistance

\[ V_r = I \times r = 1 \times 2 = 2V \]

الخطوة 5: القوة المحركةStep 5: EMF check

\[ V_{emf} = V_R + V_r = 10 + 2 = 12V \]

✅ \(V_R=10V,\ V_r=2V,\ V_{emf}=12V\)✅ \(V_R=10V,\ V_r=2V,\ V_{emf}=12V\)

📌 المثال الرابع: قوة دافعة كهربائية \(\varepsilon=10V\) موصولة بمقاومة \(R=20\Omega\)، وقياس الجهد والدائرة مغلقة كان \(V=9.6V\). أوجد المقاومة الداخلية للبطارية.📌 Example 4: EMF \(\varepsilon=10V\) connected to a resistor \(R=20\Omega\), with terminal voltage measured (circuit closed) as \(V=9.6V\). Find the battery's internal resistance.

الخطوة 1: التيار من قانون أوم \(I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{9.6}{20}=0.48A\)Step 1: Current from Ohm's law \(I=\dfrac{V}{R}=\dfrac{9.6}{20}=0.48A\)

الخطوة 2: الجهد المفقود داخل البطاريةStep 2: Voltage lost inside the battery

\[ V_r = \varepsilon - V = 10 - 9.6 = 0.4V \]

الخطوة 3: المقاومة الداخليةStep 3: Internal resistance

\[ r = \frac{V_r}{I} = \frac{0.4}{0.48} = 0.833\Omega \]

✅ \(r \approx 0.83\Omega\)✅ \(r \approx 0.83\Omega\)

🎯 اختبار القوة الدافعة الكهربائية وقانون أوم🎯 EMF & Ohm's Law Quiz

15 سؤالاً — EMF، المقاومة الداخلية، وفرق الجهد15 questions — EMF, internal resistance, and terminal voltage

لاحظت خطأ؟ أو عندك سؤال عن أحد الأسئلة؟ اكتبه بالتعليقات وحدد رقم السؤال. Noticed an error, or have a question about one of the questions? Write it in the comments and specify the question number.

🔋 البطارية والقوة الدافعة الكهربائية