للتيار الكهربائي مقدار شدة واتجاه

الهدف: تبيين أنّ للتيّار مقدارًا (شدّة) واتّجاهًا.

المهارات: بحث: مشاهدة، فرضية، تخطيط تجربة، إجراء تجربة وتوثيق النتائج، استنتاجات.

اقتراح لمجرى الدرس:

نقاش مفتوح:

·       عرّفنا مصطلح التيّار بأنّه حركة شحنات متحرّكة في دائرة مغلقة.

·       هل التيّار هو باتّجاه واحد (من البطّارية إلى اللامبة) أم دائري (من البطّارية إلى اللامبة ويعود عن طريق البطّارية)؟

·       هل يستطيع التيّار تغيير اتّجاهه أم أنّه يسري دائمًا بنفس الاتّجاه؟

·       كيف يمكن قياس شدّة التيّار؟

·       هل تتغيّر شدّة التيّار أم تبقى ثابتة؟

·       اقترحوا طرقًا لفحص فرضياتكم.

·       إذا كانت لامبة معيّنة فاتحة أكثر من لامبة أخرى مطابقة لها، ما الذي يمكن استنتاجه بالنسبة للتيّار الذي يمرّ عبرها؟

·       ما الذي يحدث في الدائرة إذا أضفنا بطّاريات؟ هل تتغيّر شدّة الإضاءة؟

·       حتّى الآن استعملنا اللامبة المضيئة كمقياس لوجود التيّار الكهربائي، لكن هناك وسائل أخرى لتشخيص وقياس التيّار. تعتمد هذه الوسائل على ظواهر تنبع من مرور التيّار الكهربائي.

* انظروا اقتراحًا مفصّلاً لمجرى درس يدمج بين بناء مهارات البحث في موقع موتنت (WU7)

أ. اللامبة كمقياس لشدّة التيّار

·       نشاهد دائرة كهربائية تشمل لامبة واحدة وبطّاريتين ونقارن بين شدّة إضاءة اللامبة.

·       ما الذي يمكن استنتاجه من ذلك عن شدّة التيّار؟ (تتعيّر الشدّة وتتأثّر بالطاقة التي تزوّدها البطّاريات.)

ب. البوصلة كمقياس لشدّة التيّار واتّجاهه

·       فعالية (يحبّذ في مجموعات) للتعرّف على البوصلة (بافتراض أنّ الطلاّب لا يعرفونها): نشاهد انحراف إبرة البوصلة باتّجاه الشمال. نقرّب مغناطيسًا إلى إبرة البوصلة، ونشاهد تأثير المغناطيس على اتّجاه انحراف إبرة البوصلة، والعلاقة بين انحراف الإبرة والبعد بين البوصلة والمغناطيس.

·       فعالية نستعمل البوصلة فيها لتشخيص التيّار الكهربائي ("فصول في الكهرباء والكيمياء" صفحة 68-69): نأخذ سلكًا موصلاً مغطًّى ونضعه فوق البوصلة، بحيث يكون السلك موازيًا للبوصلة. نصل السلك ببطّارية ونضيف مفتاحًا. نغلق المفتاح ونفتحه ونشاهد انحراف الإبرة. يمكن أن يشكّل مقدار زاوية الانحراف دليلاً على مرور تيّار في السلك.

·       نجري نقاشًا في موضوع البوصلة كمقياس لشدّة التيّار:

o      كيف يؤثّر التيّار الكهربائي على إبرة البوصلة؟

o      بماذا يشبه تأثير التيّار الكهربائي تأثير المغناطيس على البوصلة؟

o      هل يمكن استعمال البوصلة كوسيلة لتشخيص وجود تيّار كهربائي؟

o      يمكن التوسّع هنا، والقيام بفعالية بحثية يقترح الطلاّب فيها كيف يمكن فحص شدّة التيّار بواسطة البوصلة، وبحث الدوائر التي تشمل بطّارية واحدة بالمقارنة مع الدوائر التي تشمل بطّاريتين، والبوصلة تُستعمل لقياس شدّة التيّار بالإضافة إلى اللامبة. نقارن التغيّر في شدّة الإضاءة مع التغيّر في انحراف إبرة البوصلة.

o      ما هي العلاقة بين انحراف إبرة البوصلة وشدّة التيّار؟

o      هل يمكن بناء دائرة كهربائية لا تضيء اللامبة فيها، والبوصلة تشخّص وجود تيّار؟ ما هو الاستنتاج في أعقاب التجربة التي قارنّا فيها بين وسائل القياس المختلفة؟

ج. الصمام الثنائي (الديودا) واتّجاه التيّار

·       نفحص دائرة تشمل صمامًا ثنائيًا ولامبة، بحيث يكون الصمام الثنائي مرّةً موصولاً باتّجاه معيّن، ومرّةً أخرى باتّجاه معاكس. 

·        لماذا تضيء اللامبة في إحدى المرّتين فقط؟ ما الذي يمكن استنتاجه من ذلك عن التيّار؟ (أنّ للتيّار اتّجاهًا.)

د. مقياس التيّار (الأمبيرمتر)

·       في مرحلة لاحقة في النقاش حول أفضليات ومحدودات وسائل القياس المختلفة، يمكن طرح الحاجة لجهاز يُستعمل وسيلة للقياس. الأمبيرمتر هو الجهاز الذي يقيس شدّة التيّار بطريقة أدقّ من اللامبة. (قياس كمّي بالمقارنة مع قياس نوعي.)

·       نضيف إلى مركِّبات الدائرة الكهربائية مقياس تيّار (الأمبيرمتر)، ونشاهد كيف يُستعمل هو أيضًا مقياسًا لوجود التيّار الكهربائي، وكيف يقيس شدّة التيّار. (نعود إلى الدائرة التي تشمل بطّاريتين بالمقارنة مع الدائرة التي تشمل بطّارية واحدة، عندما يكون مقياس التيّار موصولاً مكان اللامبة أو بالإضافة إليها.)

·       من المهمّ المقارنة بين الحالات التي تضيء اللامبة فيها والحالات التي لا تضيء اللامبة فيها، لكنّ مقياس التيّار يبيّن وجود تيّار. من الجدير التحدّث عن الفرق بين المقياسين (المؤشّرين) وعن حساسية القياس.