Waves and Web viewBase your answer on your experimental data. هل تتبع المقاومة المستخدمة قانون اوم فسر ذالك؟ Note: Some resistors such as

Contents

Current electricity and electromagnetism

Physics Grade 10 Advanced level

UNIT 7: Current electricity and electromagnetism

2

Current electricity Unit 7

Core Standards …………………………………..… 3

Objectives ………………………………..………… 4

Current and charge………...……………………… 5

Potential difference and energy ………………..... 13

Current, potential difference and resistance………. 16

Resistivity ………………………………..…………………………. 32

Questions ………………………………..….……… 35

References ………………………………..…..…… 41

31.1-

31.2

31.3

31.4

3


10A.31.1 Know that electric current is the rate of flow of charged particles, define charge and the coulomb, and solve problems using the relationship Q = It.

10A.31.2 Define potential difference and the volt. Solve problems using the relationships V = W ⁄ Q, P = VI, P = I2R.

10A.31.3 Define resistance and solve problems using the relationships V = IR and R = l/A for multiple resistances connected in series and in parallel.

4


By the end of the unit, students know that an electric current is a stream of charged particles and solve problems related to current and potential difference. Define an electric current and the ampere. Describe conditions that create current in an electric circuit. Draw circuit and recognize that they are closed loops. Define power in electric circuits. Define resistance and describe Ohm’s law. Describe both a series connection and a parallel connection and state the important characteristics of each. Calculate current, voltage drops and equivalent resistance for devices connected in series and in parallel.

Students who progress further describe the distinction between conductors, semiconductors and insulators in terms of their mobile charges, and know how properties of semiconductors can be influenced by impurities and understand and use the concept of resistivity. They distinguish between electromotive force and potential difference and understand the concept of internal resistance. They understand the use of a Hall probe to measure magnetic field strength, and know that the ampere is defined in terms of the force between two current-carrying wires.

Look at the figures below األسفل في التالية اإلشكال إلى انظر

31.1 Current and chargeوالشحنة الكهربائي التيار

5


Van de Graaff generator producing

sparksجراف دي فان جهاز

شرارة يصدر

In electrolysis of copper sulphate

solutionwhen ammeter is

connected in series, the pointer of the ammeter moves

الكهربي التحليل عندكبريتات لمحلول

اميتر وتوصيل النحاس،فأن التوالي على

يتحرك المؤشر

If a bulbconnects to battery,

it lights up مصباح توصيل عنديضىء فإنه ببطارية

What do all these observations show?

هذه جميع تبين ماذاالمشاهدات؟

6


These observations show that there are: المشاهداتأن :تبين

• Movement of charge which can be seen (e.g. sparks, the deposit of copper on a cathode, movement of ammeter pointer).

المهبط، ( عند النحاس ترسب الكهربية، الشرارة الشحنات حركة مشاهدة يمكن( األميتر مؤشر حركة

• Continuous flow of charge which can be detected with an ammeter.. األميتر طريق عن كشفها يمكن الشحنات تدفق

• Current can involve a flow of positive and/or negative charge (e.g. ions, electrons). ( االلكترونات / ( ‘ ايونات موجبة شحنات أو سالبة شحنات تدفق يتضمن الكهربي التيار

Electric current is a flow of electric charges.الكهربية للشحنات تدفق عن عبارة هو الكهربي التيار

In metals the mobile charges are electrons.

. االلكترونات هي المتحركة الشحنات المعادن في

Current in metals

المعادن في الكهربي التيار

Direction of current الكهربي التيار :اتجاه

7


At the first scientists thought that a current was made up of positive charges moving from positive to negative and it is called conventional current.

من تتحرك موجبة شحنات من يتكون الكهربي التيار أن البداية في العلماء اعتقد. االصطالحي التيار وسمي السالب الطرف إلى الموجب الطرف

But now we know that a current is made up of electrons moving from negative to positive.

ع عبارة الكهربي التيار أن يعرف اآلن السالب لكن الطرف من تتحرك الكترونات ن. الموجب الطرف إلى

Electric current can be measured as the rate of flow of charge past a point.

نقطة عند الشحنات تدفق معدل أساس على الكهربي التيار شدة قياس يمكنما.

I=Qt --------(1)

Measuring current التيار شدة قياس:الكهربي

8


Equation (1) shows the relationship relates current (I) and the charge (Q) flowing past a given point in a time interval (t).

.1المعادلة ( معينة) زمنية لمدة تدفقها عند والشحنة التيار شدة بين العالقة توضح

the SI unit of charge, the coulomb (C). the SI unit of time, the second (S). the SI unit of current, the ampere (A).

Electric current measured by ammeter and its connected in series in the circuit.

الدوائر في التوالي على األميتر ويوصل األميتر باستخدام الكهربي التيار شدة تقاسالكهربية.

We use circuit symbols to draw diagrams of electrical circuits, with straight lines to show the wires. The diagram below shows some common circuit symbols.

Circuit symbolالكهربية الدائرة رموز

9


المستقيمة الخطوط مع الكهربية الدوائر لتمثيل الكهربية الدائرة رموز استخدام يتم. األسالك تمثل .التي الشائعة الكهربية الدائرة رموز بعض يبين التالي الشكل

The diagram below shows the electric circuit and its circuit diagram.

للدائرة: والتمثيل الكهربية الدائرة يبين التالي الشكل مثالبالرموز.

Example:

Current in circuits

10


Look at the circuit figures, answer the questions.

.ا األسئلة عن أجب ، الكهربية الدوائر إلى نظر

Figure 1 shows two identical lamps in series with a power supply.. 1الشكل ( ببطارية) التوالي على متصلين متماثلين مصباحين يوضح

Which lamp is brighter? Explain Why? ؟ إضاءة أكثر المصباحين من أيالسبب؟ أشرح

What happens if one lamp is disconnected? أحد توصيل انقطع إذا يحدث ماذا المصباحين؟

Figure 1

11


Figure 2 shows a series circuit containing identical lamps and three ammeters. ) على يوضح) 2الشكل تحتوي توالي مصباحين دائرة

أميتر وثالثة .متماثلين

Predict the relative readings of the ammeters.األميتر؟ أجهزة قراءة بين العالقة خمن

Figure 2

Figure 3 shows two identical lamps in parallel with a power supply..3الشكل ( ببطارية) التوازي على متصلين متماثلين مصباحين يوضح

Which lamp is brighter? Explain why? أشرح ؟ إضاءة أكثر المصباحين من أيالسبب؟

What happens if one lamp is disconnected?المصباحين؟ أحد توصيل انقطع إذا يحدث ماذا

12


Figure 3

Figure 4 shows two identical lamps in parallel with a power supply. One ammeter in each branch of the circuit and two in the unbranched section.

. 4الشكل ( على) أميتر يوجد ببطارية التوازي على متصلين متماثلين مصباحين يوضح. فرع كل

Predict the relative readings of the ammeters. أجهزة قراءة بين العالقة خمناألميترPredict what will happen if one branch of the circuit is broken.

المصباحين؟ أحد توصيل انقطع إذا يحدث ماذا

Figure 4

Conclusion: From circuits diagrams we can conclude that current is conserved at all points in a circuit.

عند استنتاج : محفوظة الكهربي التيار شدة أن استنتاج يمكن السابقة األشكال من. الكهربية الدائرة في النقاط جميع

AAA

A

13


Comparing an electric circuit to the flow of waterالماء وتدفق الكهربية الدائرة بين مقارنة

Figure 1

A battery is analogous to a pump in a water circuit. A pump takes in water at low pressure and pumps water around a closed loop doing work on a turbine ejecting it at high pressure, hence energy is transferred.

. حول منخفض ضغط من الماء تأخذ المضخة الماء دائرة في للمضخة مماثلة البطاريةمغلقة شغل حلقة نقل مؤدية يتم وبذلك مرتفع، ضغط عند وتخرجه التوربين على

الطاقة.A battery take in charge at low voltage does work on it and ejects it at high voltage around a closed circuit doing work on lamps or other devices. So there is a transfer of energy in a circuit from battery to the charges.

31.2 Potential difference and energyوالطاقة الجهد فرق

14


مغلقة دائرة حول مرتفع بجهد وتخرجه المنخفض الجهد ذو اإللكترون تأخذ البطارية . من للطاقة تحول هناك لذلك أخرى أجهزة أو مصابيح على شغل يؤدي حيث

. للشحنات البطاريةPotential difference (pd) between two points in a circuit is the energy transferred by each coulomb moving between those points.

مقدارها شحنة تكتسبها التي الطاقة مقدار هو الدائرة في نقطتين بين الجهد فرق. النقطتين بين تمر واحد كولوم

V=WQ

----- (1)

Equation (1) shows the relationship relates potential difference (V) and the total energy transferred between two points (W) by each charge (Q).

شحنة) 1المعادلة ( لكل المنتقلة والطاقة الجهد فرق تربط التي العالقة توضح the SI unit of potential difference is volt (V) the SI unit of the total energy transferred between two points is joule (J) the SI unit of the charge coulomb (C)

From equation (1) you can see that 1 V = 1 J C–1

If the pd of a battery is 1 V then 1 joule of energy is given to each coulomb of charge.

أعطيت جول واحد مقدارها طاقة أن يعني هذا فولت واحد لبطارية الجهد فرق كان إذاواحد كولوم مقدارها شحنة . لكل

Potential difference measured by voltmeter and it is connected in parallel with the rest of the circuit.

:الكهربية الدوائر في التوازي على ويوصل الفولتميتر باستخدام يقاس الجهد .فرق

Measuring potential difference (voltage)

الجهد فرق قياس

15


The sum of pds across all the devices is equal to the terminal pd of the power supply.

في البطارية جهد تساوي الكهربية الدائرة في األجهزة لجميع الجهد فرق مجموع.الدائرة

The rate of energy transfer is called power.يسمى الطاقة نقل القدرةمعدل .

P=Wt

-------(2)

Equation (2) shows the relationship relates power (P) and the total energy transferred between two points (W) in time (t).

.2المعادلة ( والزمن) المتحولة والطاقة القدرة تربط التي العالقة توضح

the SI unit of power is watt (W) the SI unit of the total energy transferred between two points is joule (J) the SI unit of the time (t)

From equation (2) you can see that 1 W = 1 J s–1

Power, current and potential difference

الجهد وفرق التيار شدة ، القدرة

16


• Eelectrical components have resistance that impedes the flow of current through them.

خاللها التيار تدفق تعيق مقاومة لها الكهربية .العناصر

The pictures below show cars moving in the road.. الطريق في متحركة سيارات توضح التالية الصورة

Picture 1 Picture 2

Think:In which road is easier to drive your car?

السيارة؟ لقيادة أسهل الطريقين أيWhich road prevents you to move easily?

بسهولة؟ التحرك من يعيقك الطريقين أي

Figure 1 Figure 2

31.3 Current, potential difference and resistance

والمقاومة الجهد فرق الكهربي، التيار

17


In the same way the movement of charges in wires depends on the resistance of the wires, So the lower the resistance of the conductor, more is the current flow.

زادت المقاومة قلت كلما األسالك، مقاومة على تعتمد األسالك في الشحنات حركة. التيار شدة

How is resistance measured? تقاس كيفالمقاومة؟

Objectives: التجربة من الهدفDetermine the mathematical relationship between current, potential difference, and resistance in a simple circuit.

دائرة في والمقاومة الجهد وفرق التيار شدة بين الرياضية العالقة إيجادبسيطة كهربائية

Activityنشاط Ohm’s Law (Lab) أوم قانون

18


EQUIPMENT:

Ammeter

Voltmeter

Wires – connecting

Resistor

clips to hold the wires

Light bulb

Adjustable DC Power supply

Procedure: الخطوات The fundamental relationship among the three important electrical quantities current, voltage, and resistance was discovered by George Simon Ohm. One statement of Ohm’s law is that the current through a resistor is proportional to the potential difference across the resistor.

شدة الكهربي التيار في فيزيائية كميات ثالث أهم بين األساسية العالقةأن على قانونه ينص والذي أوم العالم قبل من اكتشفت والمقاومة الجهد وفرق التيار

المقاومة طرفي بين الجهد فرق مع طرديا تتناسب مقاومة خالل التيار .شدة

1. With the power supply turned off, connect the power supply, a resistor, wires, ammeter (current probe), and clips, as shown in the Figure.

على واألميتر واألسالك المقاومة من كل صل تشغيل إيقاف الكهربي المصدر بجعل .التوالي

2. Slowly increase the potential (using the "fine adjusts" control knob for rheostat) so the smallest measurable amount of current is flowing through the ammeter. Record the current and voltage in data table.

Voltage (V) Current (A)

19


التيار شدة سجل المتغيرة للمقاومة التحكم مقبض باستخدام ببطيء الجهد فرق غيرالجدول في الجهد .وفرق

3. Increase the potential (voltage) until the next readable current is obtained. Record the current and voltage

الجهد وفرق للتيار الجديدة القيمة وسجل الجهد فرق بزيادة .استمر

4. Repeat Step 3 until five or six different current and voltage readings are recorded. Do not exceed six (6) volts of potential across your circuit.

من أكثر المستخدم الجهد فرق يزيد ال بحيث مرات لخمس السابقة الخطوة 6اعد .فولت

Data & data analysis:

1. Prepare a graph of voltage (vertical axis) versus current (horizontal axis).

على التيار وشدة الصادي المحور على الجهد فرق مثل البيانية الورقة فيالسيني المحور

2. According to Ohm's law, V=IR. Recall that the equation for a straight line going through the origin (the criteria for a directly proportional relationship) is y = mx. The slope of the graph is equal to resistance, R. From your graph, determine the slope.

20


أوم لقانون الميل . . V=IRوفقا أن الحظ المستقيم الخط ميل استخرج. المستخدمة المقاومة قيمة سيساوي

Discussion

1. Did your resistor follow Ohm’s law? Base your answer on your experimental data. ذالك؟ فسر اوم قانون المستخدمة المقاومة تتبع هل

Note: Some resistors such as a light bulb do not follow ohm’s law. As the bulb gets hotter it also gets brighter and the resistance increases. when resistance changes the resistor is known as a non-ohmic resistor.

درجة مالحظة: بارتفاع ألنه أوم قانون تتبع ال المصباح كمقاومة المقاومات بعض المقاومة تزداد المصباح . حرارة

is property of preventing, or opposing the flow of charges.. الكهربي التيار تدفق معاكسة أو مقاومة خاصية هي

The resistance of a conductor is the ratio of the p.d applied across it to the current passing through it.

في المارة التيار شدة إلى الموصل طرفي بين الجهد فرق نسبة هي الموصل مقاومةالموصل.

R=VI

----------(1)

Equation (1) shows the resistance law which relates resistance (R) and the potential difference between two points (V) and the current pass (I) through the two points.

Resistance

المقاومة

21


بين )1المعادلة ( الجهد وفرق المقاومة بين يربط الذي المقاومة قانون توضح. النقطتين بين المار التيار وشدة نقطتين

the SI unit of resistance is ohm ( W ) the SI unit of the potential difference (V) the SI unit of the current (I)

From equation (1) you can see that 1 W = 1 V A–1

Equation (1) shows the Ohm’s law which relates the potential difference between two points (V) and the current pass (I) through the two points.

التيار) 1المعادلة ( وشدة نقطتين بين الجهد فرق بين يربط الذي أوم قانون توضح. بينهما المارة

The graphs below show the relationship between the current and voltage for a metal wire and filament lamp.

وفتيلة معدني لسلك الجهد وفرق التيار شدة بين العالقة توضح البيانية األشكالمصباح

Ohmic and Non-ohmic conductors

غير والموصالت األومية الموصالت

Current-Voltage characteristics: - للموصالت الجهد فرق التيار شدة

22


The graph is a straight line passing through the origin.

يمر مستقيم خط عن عبارة البياني الشكلاألصل بنقطة

The graph is curve

منحنى البياني الشكل

The graph shows that I is directly proportional to V.

الكهربي التيار شدة أن يوضح البياني الشكل. الجهد فرق مع طرديا تتناسب

If you double the voltage, the current is doubled and so the value V/I is always the same ( resistance is constant)

شدة قيمة تتضاعف الجهد، مضاعفة عندقيمة وتبقى )V/Iالتيار ثابتة ( المقاومة ثابتة

Doubling the voltage produces less than double the current and so the value V/I rises as current increases.

من أقل تيار شدة عنه تنتج الجهد مضاعفةقيمة زيادة عنه فينتج بزيادة V/Iالضعف

. التيار شدة

Wire obeys Ohm’s lawأوم قانون تتبع األسالك

Filament lamp doesn’t obey Ohm’s lawأوم قانون تتبع ال المصباح فتيلة

Ohmic materialأومية مواد

Non-ohmic materialأومية غير مواد

Note: while in practice many conductors are non-ohmic, it is usual to assume ohmic behaviour when solving theoretical circuit problems.

أن مالحظة : المعتاد من ، أومية غير الموصالت من العديد العملي الواقع في بينما. الكهربية الداوئر مسائل حل عند أومية الموصالت أن نفترض

:

Resistors المقاومات

23


Resistors determine the flow of current in an electrical circuit. Where there is high resistance in a circuit the flow of current is small, where the resistance is low the flow of current is large.

. يكون عالية المقاومة كانت إذا الكهربية الدوائر في التيار تدفق تحدد المقاومات. كبير التيار يكون منخفضة المقاومة كانت إذا أما قليل، التيار تدفق

There are three main types of resistor: من رئيسية أنواع ثالثة هناك: المقاومات

Fixed resistors • المقاومات الثابتة

Variable resistors • المقاومات المتغير

Special resistors, such as thermistors and light-dependant resistors (LDRs)

الضوء• ( على تعتمد ومقاومات الثرمستورات مثل ، خاصة )LDRsمقاومات

Fixed Resistors Variable resistor

Light Dependent Resistor

Thermistor

Types of resistors

المقاومات أنواع

24


Or

1- Fixed Resistors

A fixed resistor is one in which the value of its resistance cannot change such as Carbon film resistors

1-. الكربون مقاومات مثل تتغير وال ثابتة المقاومة قيمة تكون الثابت المقاومة

2- Variable Resistors

Variable resistors provide varying degrees of resistance that can be set with the turn of a knob. Special kinds of variable resistors include potentiometers, rheostats, and trimmers.

بسهولة ال- 2 تعيينها يمكن التي المقاومة من متفاوتة درجات توفر المتغيرة مقاومات. المفتاح بإدارة

3- A Light Dependent Resistor (LDR) is a device which has resistance which varies according to the amount of light falling on its surface.

الضوء- (3 عل تعتمد التي وفقا): LDRالمقاومة تختلف مقاومته الذي الجهاز هو. سطحه على الساقطة الضوء لكمية

4- Thermistor : is a temperature-sensitive resistor .The resistance of thermistor decreases as the temperature rises

4 . عندما- تنخفض الثرمستور مقاومة للحرارة الحساسة المقاومة هي الثرمستورالحرارة درجة ترتفع

Combining resistors

المقاومات جمع

25


There are two methods of connecting bulbs, resistors, or other components together.

. معا كهربية عناصر أي أو المقاومات المصابيح، لتوصيل طريقتان هناك

Objectives: التجربة من الهدفa) Determine the relationship between the voltage drops

across resistors in a series circuit and the total resistance across the circuit.

التوالي على موصلة مقاومات بين الجهد فرق بين العالقة حسابالمقاومات لهذه الكلية المقاومة .وكذلك

b) Then determine the equivalent resistance through all resistors in a parallel circuit.

التوازي على موصلة لمقاومات المكافئة المقاومة .حساب

EQUIPMENT:

Ammeter DC Power supply Resistor (s)

Voltmeter Wires – connecting clips to hold the wires

Resistors in series and Parallel

التوالي على المقاومات والتوازيتوصيل

Activityنشاط Resistors in Series and Parallel (lab)

والتوازي التوالي على المقاومات

26


Theory:

A series circuit has two or more devices connected so that all the current in the circuit flows through each device in turn. The current through junction A should be the same as through junction B, C, and do on. I = Ia = I b = Ic = …

. الدائرة نقاط اي في ثابتة التيار شدة التوالي على التوصيل في

When resistors are connected in parallel, each resistor provides a path for the current and so reduces the equivalent resistance. In parallel circuits each resistor has the same applied potential difference. V = V1 = V2 = … The total current through the circuit is represented by : I = Ia + I b + Ic + …

الجهد فرق يبقى بحيث المقاومات بين التيار شدة تتوزع التوازي على التوصيل فيثابتا.

Procedure: الخطوات Connect the equipment as shown in the diagram. The ammeter must be placed in series within the section of the circuit in which current is being measured. The voltmeter must be placed parallel across the resistor for which the voltage drop is being measured.

التوالي على موصال االميتر يكون بحيث الشكل في كما األدوات وصل ). . آخر اميتر استخدام يمكن التوازي على والفولتميتر المقاومة مع

الكلية ) التيار شدة لقياس ثابت األول وترك مقاومة لكل التيار شدة لقياس

27


1- Record the following values in table: الت القراءات الجدول اسجل في لية

2- Measure the voltage drop V1 across R1 (points A-B), V2 across R2 (points C-D) and V3 across R3 (points E-F) and Total across total circuit (A to F).

طرفي بين الكلي الجهد فرق وكذلك مقاومة كل طرفي بين الجهد فرق قس .الدائرة

3- Measure the current I1 through R1 by placing the ammeter between the battery and point A.

4- Measure the current I2 between point B and point C.

5- Then measure the current I3 between point D and E.

6- Complete the analysis and questions on the worksheet.

التيار شدة المقاومة I1قس والنقطة R1خالل البطارية بين االميتر I2وكذلك Aبوضع

.Eو Dبين I3وكذلك. Cو, Bبين الالحقة األسئلة عن اجب ثم


Table 1 Series Circuit

Current (A) Voltage drop (V) Resistance (R) R=V/II1 = V1 = R1 = ΩI2 = V2 = R2 = ΩI3 = V3 = R3 = ΩI total = V (A-F) = R total =

7- Measure the Voltage drop across the power-supply V(A – F)

. الكهربي المصدر طرفي بين بين الجهد فرق قس

Procedure for Series Circuits

28


8- Determine the total current through the circuit.

. الدائرة في الكلية التيار شدة احسب

9- Calculate the total resistance using ohm’s Law

السابقة العالقة من الكلية المقاومة .احسب

10- Compare the value of R total and R1 + R2 + R3 +..

المستخدمة المقاومات ومجموع الكلية المقاومة بين .قارن

11- Measure the Voltage drop across the power-supply V(A – F)

12- Determine the total current (ITotal) through the circuit, by measuring between the battery and point A.

13 -Calculate the total resistance using ohm’s Law

Question:

1. What is the relationship between the voltage drop across the individual resistors in the circuit and the power-supply voltage?

المصدر؟ جهد وفرق مقاومة كل طرفي بين الجهد فرق بين العالقة ما

R=V ( A−F )

ITotal

R=V ( A−F )

ITotal

29


Question:

Question:

1.Record the following values in table: في البيانات سجل الجدول

2- Measure the voltage drop V1

across R1 (points A–B), V2 across R2

(points C–D) and V3 across R3 (points E–F) and finally across the total circuit (A to F).

مقاومة كل طرفي بين الجهد فرق قسكل طرفي بين الفولتميتر بوضع وذلك

تقيسها مقاومة

3- Measure the current I1 through R1 by placing the ammeter between points A and Ab.

4- Measure the current I2 through R2 by placing the ammeter between points C and Cb.

Ab

Cb

Ec

Procedure for Parallel Circuits

30


5- Measure the current I3 through R3 by placing the ammeter between points E and Eb.

التيار شدة النقطتين R1خالل I1قس بين االميتر شدة وكذلك .Abو Aبوضع قسالنقطتين R2خالل I2التيار بين االميتر التيار وكذلك . Cbو Cبوضع شدة خالل I3قس

R3 النقطتين بين االميتر . Ebو Eبوضع


Table 2

Current (A) Voltage drop (V) Resistance (R) R=V/II1 = V1 = R1 = ΩI2 = V2 = R2 = ΩI3 = V3 = R3 = ΩI total = V (A-F) = R total =

Question:

1. Compare the current sum I = Ia + I b + Ic + …to the measured current ITotal.

31


Question:

2. Compare the relationship between the equivalent resistances as

measured by the equation and the total

resistances calculated from ohm’s law ?

1- The combination of resistors can be replaced by a single resistor ( ) والتي الكلية المكافئة بمقاومة استبدالها يمكن التوالي على المتصلة المقاومات

المقاومات مجموع تساويRT=R1+R2+R3

2- The combination of resistors can be replaced by a single resistor

( والتي ( الكلية مكافئة بمقاومة استبدالها يمكن التوازي على المتصلة المقاومات: التالي القانون باستخدام إيجادها يمكن

1RT

= 1R1

+ 1R2

+ 1R3

Note:

1R

= 1R1

= 1R2

= 1R3

=. ..

R=V ( A−F )

ITotal

32


When resistors are combined in series, the net resistance is always greater than that of any of the individual resistors.

اي قيمة من اكبر التوالي على التوصيل حالة في الكلية المقاومة قيمة تكون. الدائرة في مقاومة

When resistors are combined in parallel, the net resistance is always less than that of any of the individual resistors.

اصغر من اصغر التوازي على التوصيل حالة في الكلية المقاومة قيمة تكون. الدائرة في مقاومة

Not all metals equally good conductors of electricity. There are some factors affecting metal resistance:

الت في متساوية المعادن كل . وليس في تؤثر التي العوامل بعض توجد الكهربي صيل المعدن مقاومة

Length: a long conductor has more resistance than a short conductor.الموصل القصير: طول الموصل من مقاومة أعلى الطويل الموصل .

Cross sectional area: a thin conductor has more resistance than a thick conductor.

• : السميك الموصل من مقاومة أعلى الرقيق الموصل المقطع .مساحة

31.4 Resistivityالنوعية المقاومة

33


Material: a nichrome conductor has more resistance than a copper conductor of the same size.

• ( الحجم : ( نفس من النحاس من مقاومة أعلى نيكروم موصل .المواد

Temperature: in metal a hot conductor has more resistance than a cold conductor.

البارد : • الموصل من مقاومة أعلى الساخن الموصل الحرارة .درجة

R= lA

------------( 3)

Equation (3 ) shows the relationship between resistance (R) and the length of the conductor (l) and the cross sectional of the conductor.

.3المعادلة ( الموصل) مقطع ومساحة الموصل وطول المقاومة بين العالقة توضح

the SI unit of resistance is ohm ( W ) the SI unit of the length (m) the SI unit of the cross-sectional area (m2)

is the resistivity. Resistivity is the resistance of a sample of the material of unit length and cross-sectional area.

. النوعية المقاومة للمادة ( هي النوعية من ) ρالمقاومة موصل مقاومة هي ، طوله مقطعه 1المادة مساحة و .1متر مربع متر

Material Resistivity at 20°CΩ·m

Silver 1.6 × 10-8

Copper 1.7 × 10-8

Gold 2.2 × 10-8

Aluminium 2.7 × 10-8

Magnesium 4.2 × 10-8

Tungsten 5.4 × 10-8

Nickel 6.9 × 10-8

Iron 10.1 × 10-8

Nichrome 11.0 × 10-8

34


is defined as the reciprocal of resistivity: s = 1/ . النوعية المقاومة مقلوب بأنه الموصلية تعرف

Question:

Deduce the SI units of conductivity. للموصلية الدولية الوحدات .استنتج

Materials can be divided into three broad classes according to their conductivity:

للموصلية وفقا فئات ثالث إلى المواد تقسيم : يمكن• conductors; • ؛ الموصالت • semiconductors; • ؛ الموصالت أشباه • insulators. • العازلة .المواد

Electrical resistors are made from conducting, or semiconducting materials

. الموصالت أشباه أو موصلة مواد من تصنع الكهربية المقاومات

Conductivity

35


Increasing temperature in conductors (metals) causes particles in a solid to vibrate more vigorously, which impedes the flow of electrons and thus reduces the conductivity.

• ( المادة ( جزيئات أن في يتسبب معادن الموصالت في الحرارة درجة زيادةالتوصيل من يقلل وبالتالي االلكترونات تدفق يعوق مما ، أكبر بقوة تهتز .الصلبة

Increasing temperature in semiconductors can cause the release of additional electrons, thus increasing conductivity.

•، إضافية اإللكترونات انطالق في يتسبب الموصالت أشباه في الحرارة درجة زيادة. التوصيل زيادة وبالتالي

Questions

How temperature affects conductivity of conductors and semiconductors?

الموصالت موصلية على الحرارة درجة تؤثر كيفالموصالت؟ وأشباه

36


1- Convert these currents into amperes: a) 600 mA b) 3200 mA

- . أ االمبير وحدة إلى الكهربي التيار شدة قيم - mA 600حول mA 3200ب

2- Convert these currents into milliamperes: a) 3A b) 0.4A

- . أ االمبير ملي وحدة إلى الكهربي التيار شدة قيم - 3Aحول 0.4Aب

3- What charge is delivered if الشحنة مقدار هي ماإذا المتدفقة

a) A current of 20 A flows for 5 seconds?

شدته تيار .s 5لمدة A 20تدفق

b) A current of 250 mA flows for 40 seconds?

شدته تيار .s 40لمدة mA 250تدفق

.

4- In the electrolysis of copper sulfate solution, two electrons must reach the cathode for every atom of copper that is deposited. If the current is 1.5 mA, how many copper atoms will be deposited in 5 minutes? (Electron charge = 1.60 × 10–19 C.)

ترسب عند المهبط يصالن إلكترونين النحاس، كبريتات لمحلول الكهربي التحليل في . التيار شدة كانت إذا النحاس من في mA 1.5ذرة تترسب النحاس ذرات عدد ما ،5

min؟

5- Using the relationships Q = It and V = W ⁄ Q. Conclude that P= VI.

6- Use the expressions V = IR and P = VI to derive an expression for P in terms of V and R.

7- A microwave oven has a power of 800 W and takes 10 minutes to cook a meal. A conventional electric oven draws a current of 5 A when connected to

37


a 110 volt supply and takes 40 minutes to cook the same meal. Which oven is cheaper to operate?

قدرة ذو ميكروويف . min 10يستغرق W 800جهاز يحتاج عادي فرن وجبة لطبختيار قدره A 5لشدة جهد بفرق توصيله قدره volt 110عند زمن لطبخ min 40ويحتاج

. الوجبة لالستخدام؟ نفس األرخص الجهاز هو ما8- An air-conditioner is designed to have a power of 250 W when run from a 110 V supply. What is its resistance?

قدرة له تكييف مقداره W 250جهاز جهد بفرق المقاومة؟. V 110يعمل قيمة هي ما9- Derive expressions for electrical power, P, in terms of I and R, and in terms of V and R.

10-The diagram below shows an electric circuit. دائرة يوضح الشكل.كهربية

(a) Calculate the current pass through the circuit.(b) What is the power of the lamp?

في أ- المارة التيار شدة أحسبالدائرة.

المصباح؟ ب- قدرة هي ما

11- The diagram below shows a circuit in which the current is 100 mA:تساوي التيار شدة فيها التي كهربية دائرة يوضح التالي mA 100الشكل

38


(a) What is 100 mA in amps?قيمة باألمبير؟ mA 100ما

(b) What is the current in each resistor?مقاومة؟ كل في التيار شدة قيمة هي ما

(c) What is the voltage across each resistor?مقاومة؟ كل في الجهد قيمة هي ما

(d) What is the total resistance?المكافئة؟ ما المقاومة هي

(e) What is the battery voltage? البطارية؟ جهد قيمة هي ما

12- The diagram below shows a circuit.

. كهربية دائرة يوضح التالي الشكل9 volts

39


(a) What is the total resistance of the circuit?المكافئة؟ ما المقاومة هي

(b) What is the current through each resistor?مقاومة؟ كل في التيار شدة قيمة هي ما

(c) What is the total current?الكلية؟ التيار شدة قيمة هي ما

13-The diagram below shows a circuit.

. كهربية دائرة يوضح التالي الشكل

(a) What is the single resistor equivalent?

المكافئة؟ ما المقاومة هي

(b) What is the total current?

الكلية؟ التيار شدة قيمة هي ما

(c) What is the voltage across the 6 ohm resistor?

المقاومة طرفي بين الجهد فرق قيمة هي أوم؟ 6ما

(d) What is the current in each resistor?

مقاومة؟ كل في التيار شدة قيمة هي ما

40


14- What is the single resistor equivalent of this circuit below?

الكهربية؟ ما للدائرة المكافئة المقاومة هي

15- Deduce the SI units of resistivity.النوعية للمقاومة الدولي النظام وحدات .استنتج

16- A metal wire of length 1.4 m has a uniform cross-sectional area 7.8 × 10–7 m2. Calculate the resistance of the wire. resistivity of the metal 1.7 × 10–8 Ωm

طوله معدني مقطع m 1.4سلك .m2 7-10 × 7.8ومساحة السلك . مقاومة أحسبللمعدن النوعية المقاومة كانت .Ωm 8-10 × 1.7إذا

17- (a) A cylindrical sample of graphite 10mm long and with diameter 6.0mm has a resistance of 450 Ω. Calculate the electrical resistivity of graphite.

( طولها( الجرافيت من اسطوانية عينة 450ومقاومتها 6.0mmوقطرها 10mmأوالΩ. للجرافيت. الكهربائية المقاومة أحسب

(b) Calculate the resistance of a specimen of copper ( resistivity of copper is 1.7 × 10–8 Ω m) of the same dimensions as that of the graphite specimen in part (i).

( النوعية( مقاومتها النحاس من لعينة المقاومة أحسب لها Ω m 8-10 × 1.7ثانيا والتي.( األول ( الجزء في الجرافيت عينة أبعاد نفس

41


18- Two wires A and B with circular cross-sections have identical lengths and are made of the same material. Wire A has four times the resistance of wire B. How many times greater is the diameter of wire B than wire A?

نفس Bو Aسلكان من ومصنوعة متطابقة أطوال ولهما المقطع مساحة نفس لهماالسلك. السلك Aالمادة مقاومة مرات أربع مقاومة قطر. Bله مرة كم أحسب

السلك Bالسلك قطر من Aأكبر

(a) The resistivity of copper is 1.7 × 10–8 Ωm. Calculate the resistance of 50m of copper cable with a cross-sectional area of 2.5 × 10–6 m2.

( للنحاس( النوعية المقاومة مقاومة Ω m 8-10 × 1.7أوال الكابالت 50mأحسب منمقطع , مساحة ولها .m2 10 × 2.5النحاسية

(b) What is the voltage drop across this cable when it carries a current of 13 A?

( قدره( تيار يمر عندما الكابل هذا عبر الجهد انخفاض مقدار هو ما ؟ A 13ثانيا

19-

(a) A student has three 10 Ω resistors. How many different resistances can be produced by combining some or all of them?

( قيمة( لها مقاومات ثالثة لديه طالب عن. Ω10أوال إنتاجها يمكن مختلفة مقاومة كممنهم؟ كل أو بعض بين الجمع طريق

(b) Draw diagrams to show the different combinations and in each case calculate the overall resistance.

( كل( في المكافئة المقاومة وأحسب الطرق هذه لعرض المخططات أرسم ثانياطريقة.

20- A certain steel wire has resistivity 1.5 × 10–8 W m and diameter 1.0 mm. What length of wire is needed to make a resistance of 2.0 W?

نوعية مقاومة له الفوالذ السلك. mm 10وقطرها W m 8–10 × 1.5سلك طول هو مامن قيمتها مقاومة لعمل ؟ W 2.0الالزمة

42


Resources:

Books:

1-Physics A Course for “ O” level.(Charles Chew. Leong See Cheng)

2- Complete physics (Stephen Pople)

3- Essentials of physics (Julie Quah. Chuen Wee Hong)

4-Longman GCSE physics (Brin Arnold . Steve Woolley)

5- Advanced physics for you

Websites:1. http://education.jlab.org/glossary/vandegraaff.jpg 2. http://www.clker.com/clipart-10385.html 3. http://physicsquest.homestead.com/quest14.html 4. http://www.splung.com/content/sid/3/page/current 5. http://www.bbc.co.uk/schools/ks3bitesize/science/

energy_electricity_forces/electric_current_voltage/revise1.shtml6. http://arana.cabrillo.edu/~jmccullough/Applets/Flash/Electricity%20and

%20Magnetism/WaterAnalogy.swf7. http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_aqa/electricity/

circuitsrev3.shtml8. http://www.cyberphysics.co.uk/key_stage/New_A_Level/module1_3.htm 9. http://www.technologystudent.com/elec1/resist1.htm 10.http://www.reuk.co.uk/Light-Dependent-Resistor.htm 11.http://www.doctronics.co.uk/voltage.htm#temperature 12.http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/e_resistor.htm#variable 13.http://www.dsaprojects.110mb.com/electronics/data_book/resistors.html 14.http://www.kpsec.freeuk.com/symbol.htm

http://www.kpsec.freeuk.com/symbol.htm

http://www.dsaprojects.110mb.com/electronics/data_book/resistors.html

http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/e_resistor.htm#variable

http://www.doctronics.co.uk/voltage.htm#temperature

http://www.reuk.co.uk/Light-Dependent-Resistor.htm

http://www.technologystudent.com/elec1/resist1.htm

http://www.cyberphysics.co.uk/key_stage/New_A_Level/module1_3.htm

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_aqa/electricity/circuitsrev3.shtml

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/add_aqa/electricity/circuitsrev3.shtml

http://arana.cabrillo.edu/~jmccullough/Applets/Flash/Electricity%20and%20Magnetism/WaterAnalogy.swf

http://arana.cabrillo.edu/~jmccullough/Applets/Flash/Electricity%20and%20Magnetism/WaterAnalogy.swf

http://www.bbc.co.uk/schools/ks3bitesize/science/energy_electricity_forces/electric_current_voltage/revise1.shtml

http://www.bbc.co.uk/schools/ks3bitesize/science/energy_electricity_forces/electric_current_voltage/revise1.shtml

http://www.splung.com/content/sid/3/page/current

http://physicsquest.homestead.com/quest14.html

http://www.clker.com/clipart-10385.html

http://education.jlab.org/glossary/vandegraaff.jpg

43


15.http://www.antonineeducation.co.uk/physics_as/module_3/Topic_3/ topic_3__series_and_parallel_cir.htm

16.http://www.8886.co.uk/ref/resistivity_values.htm

http://www.8886.co.uk/ref/resistivity_values.htm

http://www.antonineeducation.co.uk/physics_as/module_3/Topic_3/topic_3__series_and_parallel_cir.htm

http://www.antonineeducation.co.uk/physics_as/module_3/Topic_3/topic_3__series_and_parallel_cir.htm

Documents

Waves and Web viewBase your answer on your experimental data. هل تتبع المقاومة المستخدمة قانون اوم فسر ذالك؟ Note: Some resistors such as