مسائل على قانون القوة الدافعة الكهربائية

تعريف القوة الدافعة الكهربائية

القوة الدافعة الكهربائية هي كمية الشغل المبذول على شحنة ما، أو كمية الطاقة اللازمة لتحريك كل شحنة كهربائية بواسطة مصدر للطاقة كالبطاريات، ومصدر الطاقة هذا يتكون من طرفين أحدهما يكون مشحونًا بشحنة موجبة والآخر سالبة، ولهذا فإن القوة الدافعة الكهربائية هي خاصية لكل مصدر طاقة قادر على تحريك الشحنات الكهربائية خلال دارة ما، وعادةً ما يرمز للقوة الدافعة الكهربائية بالرمز ε أو emf، وعلى الرغم من اسمها يشير للقوة إلا أنها ليست نوع من أنواع القوة، فهي تقاس بالفولت ولهذا فإنّها تشابه الجهد الكهربائي، وفيما يأتي في هذا المقال مسائل على قانون القوة الدافعة الكهربائية.^[١]

مسائل على قانون القوة الدافعة الكهربائية

قبل وضع مسائل على قانون القوة الدافعة الكهربائية، لا بد من التعرف على قوانين القوة الدافعة الكهربائية، فهنالك قانونان رئيسان لحساب القوة الدافعة الكهربائية، أحدهما يعتمد على تعريف القوة الدافعة الكهربائية بأنها كمية الطاقة اللازمة لتحريك شحنة كهربائية ما، والآخر يعتمد على قانون أوم، ويمكن ذكرها كالآتي:^[٢]

القوة الدافعة الكهربائية = طاقة الدارة الكهربائية / شحنة الدارة.

القوة الدافعة الكهربائية = التيار الكهربائي * (المقاومة الخارجية +المقاومة الداخلية للبطارية).

القوة الدافعة الكهربائية = فرق الجهد الطرفي + (التيار الكهربائي * المقاومة الداخلية للبطارية).

بحيث أن الوحد المستخدمة لقياس حدود المعادلات فيما سبق كالآتي:

• القوة الدافعة الكهربائية تقاس بالفولت.
• طاقة الدارة الكهربائية تقاس بالجول.
• شحنة الدارة تقاس بالكولوم.
• التيار الكهربائي يقاس بالأمبير.
• المقاومات الداخلية والخارجية تقاس بالأوم.
• فرق الجهد الطرفي يقاس بالفولت.

ويستخدم القانون الأول عند معرفة شحنة الدارة وكمية الطاقة المارة فيها، وهو قانون قليل الاستخدام؛ فغالبًا ما يستخدم القانون الثاني إذ إنّ معرفة قيمة التيار والمقاومات الموجودة في الدارة أسهل من معرفة قيمة الشحنة والطاقة المارة فيها، وتم اشتقاق القانون الثالث من القانون الثاني حيث إن (فرق الجهد الطرفي= التيار * المقاومة الخارجية)، وفيما يلي بعض المسائل على قانون القوة الدافعة الكهربائية:

• إذا كان هنالك دارة ذات فرق جهد يبلغ 3.2 فولت، يسري فيها تيار قيمته 0.6 أمبير، وكانت المقاومة الداخلية للبطارية تساوي 0.5 أوم، فما هي قيمة القوة الدافعة الكهربائية؟^[٢]، فيمكن التطبيق في القانون الثالث:" القوة الدافعة الكهربائية = فرق الجهد الطرفي + (التيار الكهربائي * المقاومة الداخلية للبطارية)"، لتصبح القوة الدافعة الكهربائية = 3.2 + ( 0.6 * 0.5)=3.5.
• إذا كانت القوة الدافعة الكهربائية لبطارية ما تساوي 12 فولت وكانت مقاومتها الداخلية تساوي 0.1 أوم، فإنه يمكن حساب بعض القيم كالآتي:^[٣]

• • لحساب قيمة فرق الجهد الطرفي عندما توصل البطارية بمقاومة قيمتها 10 أوم، يجب إيجاد التيار أولا لإيجاد فرق الجهد لاحقًا حسب القانون "التيار = القوة الدافعة الكهربائية / مجموع المقاومات"، ليكون التيار = 12 / (10+0.1)= 1.188 أمبير، ثم يستخدم القانون الثالث الذي تم ذكره سابقًا لإيجاد فرق الجهد الطرفي، وبجعل فرق الجهد في طرف لوحده يصبح القانون كالآتي:"فرق الجهد الطرفي = القوة الدافعة الكهربائية - (التيار الكهربائي * المقاومة الداخلية للبطارية)"، وبالتطبيق يصبح فرق الجهد الطرفي = 12 - (1.188 * 0.1)= 11.9 فولت
  • لحساب قيمة فرق الجهد الطرفي عندما توصل البطارية بمقاومة قيمتها 0.5 أوم، فبنفس الطريقة السابقة يجب إيجاد قيمة التيار ومن ثم فرق الجهد؛ حيث إن "التيار = القوة الدافعة الكهربائية / مجموع المقاومات"، ليكون التيار = 12 / (0.5+0.1)=20 أمبير، ثم باستخدام قانون القوة الدافعة الكهربائية الثالث، وبجعل فرق الجهد في طرف لوحده يصبح فرق الجهد الطرفي = 12 - (20 *0.1)= 10 فولت
  • لحساب قيمة التيار والجهد الكهربائي الطرفي إذا أصبحت المقاومة الداخلية للبطارية تساوي 0.5 أوم ثم وصلت مع مقاومة خارجية تساوي 0.5 أوم، يتم إيجاد التيارباستخدام العلاقة الآتية: "التيار = القوة الدافعة الكهربائية / مجموع المقاومات" ليصبح التيار = 12 / (0.5+0.5)= 12 أمبير، ثم باستخدام قانون القوة الدافعة الكهربائية الثالث من الممكن إيجاد فرق الجهد يصبح فرق الجهد الطرفي = 12 - (12 * 0.5)= 6 فولت.

القوة الدافعة الكهربائية الحثية

تعرف القوة الدافعة الكهربائية بأنها الجهد الناتج عن موصل أو ملف يتحرك في مجال مغناطيسي ما، كالملفات الموجودة في المحركات الكهربائية، فكلما وضع موصل في مجال مغناطيسي متغير، يتم حثّ قوة دافعة كهربائية تسمى بالحثية، وهنالك نوعان للقوة الدافعة الكهربائية الحثية:^[٤]

• القوة الدافعة الكهربائية الحثية الناجمة عن حركة: بحيث يكون الموصل متحرك والمجال ثابت.
• القوة الدافعة الكهربائية الحثية الناجمة عن ثبات: بحيث يكون الموصل ثابت والمجال حوله متغير.

المراجع

1. ↑ "Electromotive force", www.britannica.com, Retrieved 8-8-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "How to Calculate Emf", sciencing.com, Retrieved 8-8-2019. Edited.
3. ↑ "Electromotive Force", phys.libretexts.org, Retrieved 8-8-2019. Edited.
4. ↑ "What do you mean by induced emf?", www.quora.com, Retrieved 8-8-2019. Edited.