مسائل على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية

بواسطة: - آخر تحديث: ١٨:١٤ ، ٣١ يوليو ٢٠١٩
مسائل على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية

الدائرة الكهربائية

الدائرة الكهربائية هي مسار لنقل التيار الكهربائي، وتشتمل الدائرة الكهربائية على جهاز يوفر الطاقة للجزيئات المشحونة التي تشكل التيار، مثل البطارية أو المولد، ومن الأجهزة التي تستخدم التيار: المصابيح أو المحركات الكهربائية، وأسلاك التوصيل أو خطوط النقل، ومن القوانين الأساسية التي تصف رياضيًا أداء الدوائر الكهربائية؛ قانون أوم وقوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية التي تُعنى بحساب الجهد، والتيار في الديار، وفي هذا المقال مسائل على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية.[١]

الجهد الكهربائي

الجهد الكهربائي هو تمثيل للطاقة الكهربائية المحتملة لكل وحدة شحن، فإذا تم وضع الشحنة الكهربائية في مكان ما، فإن الجهد يشير إلى الطاقة الكامنة لها في تلك المرحلة، وبمعنى آخر، الجهد هو قياس الطاقة الموجودة داخل مجال كهربائي أو دائرة كهربائية عند نقطة معينة، ووحدة قياسه هي الفولت، بحيث 1 فولت = 1 جول / كولوم، وتم تسميتها فولت باسم الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا الذي اخترع بطارية كيميائية، وهذا يعني أن كولوم واحد من الشحن سيكسب جول واحد من الطاقة الكامنة عندما يتم نقله بين موقعين، حيث يكون فرق الجهد الكهربائي هو فولت واحد، ويمكن تعيين فرق الجهد الكهربائي من خلال بعض المسائل على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية.[٢]

قانون كيرشوف للدوائر الكهربائية

تصف قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية التيار والجهد الكهربائي حول حلقة، وقد وضع كيرشوف تلك القوانين المرتبطة بالدوائر الكهربائية والتي لا يسهل حلها من خلال قانون أوم وقانون القوة الدفعة الكهربائية، وفيما يأتي توضيح لقوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية: [٣]

قانون كيرشوف للتيار الكهربائي

ينص قانون كيرشوف الأول للدوائر الكهربائية، على أن مجموع كل التيارات التي تتدفق إلى عقدة يساوي مجموع التيارات التي تخرج من نفس العقدة، حيث أنه عند أي نقطة بالدائرة الكهربائية يصبح مجموع التيارات مساوٍ لصفر، مع الأخذ بعين الاعتبار اتجاه التيار الداخل إلى النقطة أو الخارج منها، ويمكن التعبير عن ذلك رياضيًا كالآتي: مجموع التيارات الداخلة = مجموع التيارات الخارجة.

قانون كيرتشوف للجهد الكهربائي

ينص قانون كيرشوف الثاني للدوائر الكهربائية على أن مجموع قوى الجهد الكهربائي حول نقطة يساوي صفر، مع الأخذ بعين الاعتبار اتجاه التيار، ويمكن التعبير عن ذلك رياضيًا كالآتي: مجموع الجهود حول حلقة = صفر ج1+ج2+ج3+ج4...=صفر.

مسائل على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية

يمكن عرض مجموعة مسائل على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية بأسلوب مبسط يشمل حساب الجهد والتيار، ويمكن عرض بعض تلك الأمثلة كالآتي:[٤]

  • إذا كانت دائرة بها أربعة مقاومات بقيم 100، 200، 300، 400 أوم، ومصدر جهد يبلغ 20 فولت، يتم حل تلك المسألة باستخدام قانون أوم، والخطوة الأولى هي حساب التيار ثم حساب الجهد عبر المقاومات الفردية، حيث تكون كدائرة متسلسلة، لذلك لا يوجد سوى تيار واحد متدفق، فيكون حساب المقاومة المكافئة كالآتي:

المقاومة المكافئة= 100 +200+300+400= 1000 أوم.

ومن خلال قانون أوم، يمكن حساب التيار في المثال السابق حسب العلاقة الآتية: "التيار= الجهد/ المقاومة المكافئة" ليكون 20/1000 =0.020 أمبير.

يمكن بعد ذلك حساب الجهد عند كل مقاومة: جهد المقاومة الأولى= 20 * 100= 2 فولت.

جهد المقاومة الثانية= 20 * 200 = 4 فولت.

جهد المقاومة الثالثة= 20 * 300= 6 فولت.

جهد المقاومة الرابعة= 20 * 400= 8 فولت.

  • إذا سرى في دائرة كهربائية تيار كهربائي بقيم: 6، -4، -3 أمبير، وتعين إيجاد قيمة التيار المجهول، يتم تطبيق قانون كيرشوف للتيار، حيث أن مجموع كل التيارات المتدفقة التي تخرج من نفس النقطة تساوي صفر، فيتم إضافة جميع التيارات التي تخرج من النقطة ثم مساوة قيمها بالصفر كالآتي:

6+1+(-3)+التيار المجهول+(-4)= 0.

وهذا يعني بأنه لا يسري تيار كهربائي بهذا الفرع من الدائرة الكهربائية.

المراجع[+]

  1. " Electric circuit ", www.britannica.com, Retrieved 16-07-2019. Edited.
  2. " Voltage Definition in Physics ", www.thoughtco.com, Retrieved 16-07-2019. Edited.
  3. "Kirchhoff's laws", www.khanacademy.org, Retrieved 16-07-2019. Edited.
  4. "Kirchhoff's laws", www.khanacademy.org, Retrieved 31-07-2019. Edited.