التوتر الكهربائي — قياس فرق الجهد الكهربائي — العلوم الفيزيائية — السنة الثانية متوسط — المنهاج الجزائري

بعد أن تعرفنا على التيار الكهربائي المستمر في درس سابق، سنتناول في هذا الدرس مفهوماً أساسياً آخر في الكهرباء وهو التوتر الكهربائي أو ما يُعرف بفرق الجهد الكهربائي. فكما أن الماء يتدفق من مكان مرتفع إلى مكان منخفض بفعل فرق الارتفاع، فإن الشحنات الكهربائية تتحرك بفعل فرق في الجهد الكهربائي. هيا بنا نكتشف هذا المفهوم المهم.

الأهداف التعليمية

• أن يعرف التلميذ مفهوم التوتر الكهربائي
• أن يتعرف التلميذ على جهاز قياس التوتر الكهربائي (الفولطметр)
• أن يميز التلميذ بين التوتر الكهربائي والتيار الكهربائي
• أن يقيس التلميذ التوتر الكهربائي في دارة كهربائية بسيطة
• أن يطبق التلميذ قانون التوترات في دارة التسلسل والتوازي

الشرح المبسط

أولاً: مفهوم التوتر الكهربائي (فرق الجهد)

التوتر الكهربائي (فرق الجهد) هو الطاقة اللازمة لنقل وحدة الشحنات الكهربائية بين نقطتين في دارة كهربائية. يرمز له بالحرف U ويُقاس بوحدة تسمى الفولط (V). سميت هذه الوحدة تكريماً للعالم الإيطالي أليساندرو فولتا مخترع البطارية الكهربائية.

يمكن تشبيه التوتر الكهربائي بفرق الارتفاع بين قمة جبل وقاعدته: فالماء يتدفق من القمة إلى القاعدة بفعل هذا الفرق، وكذلك الشحنات الكهربائية تتدفق بفعل فرق الجهد.

مصادر التوتر الكهربائي هي الأجهزة التي تولد فرق جهد، مثل البطاريات (1.5V، 9V)، والمراكم (12V)، والمولدات الكهربائية، ولوحات الطاقة الشمسية.

ثانياً: جهاز قياس التوتر الكهربائي — الفولطمتر

الفولطمتر هو جهاز يُستخدم لقياس التوتر الكهربائي بين نقطتين في دارة كهربائية. يرمز له في الدارات الكهربائية بالرمز ⊗ أو Ⓥ.

قواعد الاستخدام:

• يركب الفولطمتر على التفرع (بالتوازي) مع الجزء المراد قياس التوتر بين طرفيه — أي نوصل طرفي الفولطمتر مباشرة مع طرفي العنصر
• يجب مراعاة القطبية: الطرف الموجب (+) للفولطمتر مع الطرف الموجب للدارة، والطرف السالب (-) مع الطرف السالب
• يختار مدى القياس المناسب (أكبر من التوتر المنتظر)

ثالثاً: رموز التوتر في الدارات الكهربائية

في الدارة الكهربائية، يُرمز لمصدر التوتر بالرمز:
(مولد: ـ||ـ / بطارية: ـ|||ـ )

أما المقاومة فترمز بـ
ـ▭ـ
والمصباح الكهربائي بـ
ـ⭘ـ

يرمز للتيار الكهربائي بالحرف I (ويقاس بالأمبير)، والتوتر الكهربائي بالحرف U (ويقاس بالفولط).

رابعاً: قياس التوتر الكهربائي في دارة بسيطة

لقياس التوتر بين طرفي مصباح في دارة بسيطة:

1. أركب دارة كهربائية بسيطة تتكون من بطارية ومصباح ومفتاح
2. أضع الفولطمتر على التفرع مع المصباح (أي أوصل طرفيه على طرفي المصباح)
3. أغلق المفتاح ثم أقرأ قيمة التوتر على شاشة الفولطمتر

ستلاحظ أن التوتر المقاس يساوي توتر المولد (إذا كان هناك مصباح واحد فقط).

خامساً: قانون التوترات في دارة التسلسل

في دارة التسلسل (حيث تركب العناصر الواحد تلو الآخر في مسار واحد):

قانون التوترات: التوتر الكلي يساوي مجموع التوترات الجزئية.

U(كلي) = U₁ + U₂ + U₃ + …

مثال: إذا ركبنا مصباحين في دارة تسلسل مع بطارية 6V، وكان التوتر بين طرفي المصباح الأول 2.5V، فإن التوتر بين طرفي المصباح الثاني هو: 6V – 2.5V = 3.5V

سادساً: قانون التوترات في دارة التوازي

في دارة التوازي (حيث لكل عنصر مسار مستقل):

قانون التوترات: التوتر الكلي يساوي التوتر على كل فرع.

U(كلي) = U₁ = U₂ = U₃ = …

مثال: إذا ركبنا مصباحين على التوازي مع بطارية 4.5V، فالتوتر على كل مصباح هو 4.5V.

أمثلة محلولة

المثال 1: دارة تسلسل بمصباحين

ركبنا دارة كهربائية على التسلسل تحتوي على بطارية 9V ومصباحين. كان التوتر بين طرفي المصباح الأول 3V. احسب التوتر بين طرفي المصباح الثاني.

الحل:
في دارة التسلسل: U(كلي) = U₁ + U₂
إذن: 9V = 3V + U₂
ومنه: U₂ = 9V — 3V = 6V
إذن التوتر بين طرفي المصباح الثاني هو 6V.

المثال 2: دارة توازي بثلاثة مصابيح

ركبنا ثلاثة مصابيح على التوازي مع بطارية 6V. ما هو التوتر على كل مصباح؟

الحل:
في دارة التوازي: U(كلي) = U₁ = U₂ = U₃
إذن كل مصباح له توتر 6V.

المثال 3: قياس التوتر

إذا أردت قياس التوتر على مصباح كهربائي، هل تركب الفولطمتر على التسلسل أم على التفرع مع المصباح؟ لماذا؟

الإجابة: نركب الفولطمتر على التفرع (بالتوازي) مع المصباح. لأن الفولطمتر يقيس فرق الجهد بين نقطتين، لذلك يجب وصل طرفيه مباشرة مع طرفي المصباح. ولو ركبناه على التسلسل، لتعطلت الدارة ولما مر تيار كافٍ في المصباح.

تمارين تطبيقية

1. لديك أربعة مصابيح متماثلة موصولة على التسلسل مع بطارية 12V. احسب التوتر على كل مصباح.
2. في دارة توازي، إذا زاد عدد المصابيح الموصولة على التوازي، هل يتغير التوتر على كل مصباح؟ علّل إجابتك.
3. أكمل: تقاس شدة التيار بـ ____ ويرمز لها بـ ____، ويقاس التوتر الكهربائي بـ ____ ويرمز له بـ ____.
4. وضح بالرسم كيف تركب فولطمتراً لقياس التوتر بين طرفي مصباح في دارة كهربائية بسيطة (تتكون من بطارية ومصباح ومفتاح).
5. إذا كان جهد البطارية 12V وقسنا التوتر بين طرفي مقاومة فوجدناه 8V، فما قيمة التوتر على باقي عناصر الدارة (على فرض أنها دارة تسلسل بعنصرين)؟

نشاط منزلي

ابحث في منزلك عن بطاريات مختلفة (بطارية التحكم عن بعد، بطارية الحاسوب المحمول، بطارية السيارة إن أمكن) وسجل التوتر المدون عليها بالفولطات. ثم حاول ترتيبها من الأصغر إلى الأكبر. اكتب تقريراً عن كل بطارية: نوعها، توترها، استخدامها.

---

📍 دروس مشابهة

• التيار الكهربائي المستمر — العلوم الفيزيائية للسنة الثانية متوسط
• القوى في الفيزياء (الشد والثقل والمرونة) — العلوم الفيزيائية للسنة الثانية متوسط