ما الذي يحدث في المركِّبات المختلفة في الدائرة الكهربائية؟
·
ما هو المشترك بين الظاهرتين التاليتين؟
أ.
تسخّن المركِّبات في الدائرة الكهربائية.
ب.
إمكانية تشغيل أجهزة مختلفة بواسطة تيّار كهربائي. مثلاً- اللامبة والمروحة
والمحرّك.
·
نربط الظاهرتين أعلاه بالظواهر التي سبق للطلاّب تعلّمها في موضوع الطاقة،
ونذكّرهم بمصطلحات أنواع الطاقة وتحوّلات الطاقة وقانون حفظ الطاقة.
·
نعود ونكرّر حقيقة أنّ الشحنات الكهربائية في مركِّبات الدائرة لا
"تُهدَر".
·
نستنتج أنّه في مرور التيّار الكهربائي في مركِّبات الدائرة، يطرأ تغيّر في
الطاقة الكهربائية للشحنات الكهربائية، وهناك عمليات لتحوّلات طاقة كهربائية إلى
أنواع طاقة مختلفة. على سبيل المثال، عندما نصل مروحة بمصدر كهربائي، يطرأ تغيّر
في الطاقة الحركية للمروحة التي يرافقها فقدان طاقة حرارية إلى البيئة. هذه
العمليات تحقّق قانون حفظ الطاقة، أي أنّ التغيّر في الطاقة الكهربائية يساوي
مجموع التغيّرات في أنواع الطاقة الأخرى (في مثال المروحة، للتغيّر في الطاقة
الحركية والطاقة الحرارية).
·
يمثّل المعلّم من خلال صور أو أجهزة مختلفة أحداثًا لدوائر كهربائية تحدث
فيها تغيّرات من أنواع مختلفة (تحوّلات طاقة): لامبة، محرّك، راديو، مروحة، كأس
فيها إلكترودة. هناك إمكانية أخرى وهي إعطاء الطلاّب تركيب دائرة كهربائية مع
محرّك بدلاً من اللامبة أو بالإضافة إليها.
·
اطلبوا من الطلاّب وصف تحوّلات الطاقة كتابيًا وبواسطة مخطّط جريان. في كلّ
واحد من الأحداث التي عُرضت، يصف الطلاّب تحوّلات الطاقة من الأنواع: حرارية،
ضوئية، صوتية، حركية، كيميائية.
·
في وحدة "الطاقة: أنواعها وتحوّلاتها وحفظها"، تمّ استعمال
المخطّط الدائري لوصف تحوّلات الطاقة التي تحدث في نفس الوقت في ظاهرة معيّنة، ولتأكيد
حفظ الطاقة. يمكن الآن العودة واستعمال المخطّط الدائري لوصف ظاهرة تشمل تحوّل
طاقة كهربائية. على سبيل المثال: نصف تحوّلات الطاقة[1] في لعبة البلبل المضيء والذي يُصدر أنغامًا:
تفسير تحوّلات الطاقة
في حالة البلبل المضيء والذي يُصدر أنغامًا:
في الحالة 1- عندما
ندير اليد الموصولة بالبلبل نشدّ النابض، ومعظم الطاقة في المنظومة هي مرنة، إلى
جانب تحويل إلى طاقة حرارية. لحظة فصل يد البلبل- يبدأ البلبل في الدوران والطاقة
المرنة تحوّلت إلى حركة وإلى طاقة حرارية.
في الحالة 2- بعد وقت
قصير- تُغلَق دائرة كهربائية داخل البلبل (تؤدّي الحركة إلى تحريك كرات صغيرة تغلق
الدائرة الكهربائية). وفي أعقاب إغلاق الدائرة يمكن رؤية ضوء وسماع أنغام. في هذه
المرحلة تنقسم الطاقة في المنظومة إلى خمسة أنواع: حركية وكهربائية وضوئية وصوتية
وحرارية.
ما الذي يحدث في
المرحلة التالية؟ تقلّ الطاقة الحركية، جزء الطاقة الحرارية يزداد، وفي لحظة فصل
الدائرة الكهربائية لا يمكننا رؤية ضوء ولن نسمع أنغامًا. في النهاية كلّ الطاقة
الحركية تتحوّل إلى طاقة حرارية والبلبل يتوقّف.
·
يحصل الطلاّب على أوصاف مكتوبة أو صور لأجهزة كهربائية مختلفة، يمكن فيها
ملاحظة تحوّلات طاقة كهربائية إلى أنواع مختلفة، مثل ضوئية أو صوتية أو حرارية.
على سبيل المثال: التوستر، المروحة (المعلّقة بالسقف مع لامبة)، الفرن، الراديو،
سيّارة اللعب التي تعمل بالبطّاريات، جرس الدرّاجة الهوائية وما شابه. اطلبوا من
الطلاّب بالنسبة لكلّ جهاز: أ. وصف تحوّلات الطاقة كتابيًا. ب. رسم مخطّط تخطيطي
للجهاز الكهربائي الذي تحدث فيه تحوّلات الطاقة. ج. عرض تحوّلات الطاقة في مخطّط
جريان أو في مخطّط دائري.
·
يعطي الطلاّب أمثلة لأجهزة كهربائية تسخن أثناء عملها ويفسّرون سبب ارتفاع
درجة الحرارة من خلال التطرّق إلى تحوّلات الطاقة وقانون حفظ الطاقة.
·
نقاش حول وجود قانون حفظ الطاقة في الدوائر الكهربائية: يزوّد المصدر طاقة
كهربائية تتحوّل إلى ضوء وحرارة وصوت وحركة وغير ذلك. حسب قانون حفظ الطاقة،
تُحفَظ الطاقة الكلّية في المنظومة، لذلك يمكن مبدئيًا أن نرى أنّ ارتفاع درجة
الحرارة في التجربة للمقاوِم الذي يسخن في الدائرة الكهربائية يتناسب مع الطاقة
الكهربائية التي دخلت إلى المنظومة.
تمثيل: نركّب دائرة تشمل مقياس تيّار ومقاوِمًا. نغمس المقاوِم داخل كأس
كلكر نسكب فيها 50 غرام
ماء. نضع مقياس حرارة داخل الماء ونقرأ درجة الحرارة الابتدائية للماء. بعد ذلك
نصل ڤولطمتر على التوازي
بالمقاوِم ونغلق الدائرة لمدّة خمس دقائق. بعد ذلك نخلط الماء ونقرأ درجة الحرارة
النهائية للمقاوِم مع الماء.
، هناك وصف لنتائج تجربة مشابهة وحساب لكمّية الطاقة الداخلة
بالمقارنة مع كمّية الطاقة الحرارية التي قيست في الماء التي غُمس المقاوِم فيها.
النتيجة تلائم قانون حفظ الطاقة.
إرسال تعليق