علم الكهرباء · الفصل 3 — قانون أومחוק אום · תורת החשמל · סמל מקצוע 33.001⌂📚🏠
الفصل 3

قانون أوم

חוק אום
الصف العاشر · 4 ساعات تعليمية

تعرّفنا حتى الآن على ثلاثة مقادير: الجهد الذي يدفع الشحنات، التيار الذي يمر في الدائرة، والمقاومة التي تعيق مروره. قانون أوم يربط بين هذه المقادير الثلاثة، وهو القانون الأكثر استعمالا في علم الكهرباء: إذا عرفنا اثنين من المقادير نستطيع أن نحسب الثالث.

في نهاية هذا الفصل سنعرف أن:
  • نحسب التيار، الجهد والمقاومة حسب قانون أوم I = UR.
  • نميّز بين عناصر تحقق قانون أوم وعناصر لا تحققه، ونعرف حدود القانون.
  • نرسم العلاقة بين الجهد والتيار في عنصر خطي وفي عنصر غير خطي، ونقرأ المقاومة من الرسم البياني.
  • نصف دائرة القصر والقطع (الدائرة المفتوحة) بالحساب وبالرسم البياني.
  • نربط مقياس التيار على التوالي ومقياس الجهد على التوازي.

חישובי זרם, מתח והתנגדות – الحسابات حسب قانون أوم (Ohm's Law)

نربط مقاومة بمصدر جهد ونقيس التيار. إذا ضاعفنا جهد المصدر مرتين، نجد أن التيار تضاعف مرتين أيضا. وإذا أبقينا الجهد ثابتا واستبدلنا المقاومة بمقاومة أكبر بمرتين، نجد أن التيار صغر إلى النصف. هذه العلاقة اكتشفها العالم الألماني جورج أوم، وسُمّيت على اسمه.

قانون أوم (חוק אום): شدة التيار المار في مقاومة تتناسب طرديا مع الجهد بين طرفيها، وتتناسب عكسيا مع قيمة المقاومة.
قانون أوم · חוק אום
I = UR
الرمزالمعنىوحدة القياس
Iشدة التيار المار في المقاومة[A]
Uالجهد بين طرفي المقاومة[V]
Rقيمة المقاومة[Ω]

من القانون نُخرج الجهد أو المقاومة حسب المقدار المطلوب:

U = I·R
R = UI

الجهد U = I·R الذي ينشأ على المقاومة عند مرور التيار فيها يسمى أيضا هبوط الجهد (מפל מתח) على المقاومة.

مثال 3.1
رُبطت مقاومة قيمتها 24 Ω بمصدر جهده 12 V. نحسب شدة التيار في الدائرة.
+−E = 12 VR = 24 ΩI
الحل:

المعطيات: U = E = 12 V ، R = 24 Ω. المطلوب: I.

I = UR
I = 1224 = 0.5 A
I = 0.5 A
مثال 3.2
أ. يمر تيار شدته 5 mA في مقاومة قيمتها 2.2 kΩ. نحسب هبوط الجهد على المقاومة.
ب. سخان كهربائي موصول بجهد الشبكة 230 V ويمر فيه تيار شدته 4.6 A. نحسب مقاومة السخان.
الحل:

أ. نحوّل المعطيات إلى الوحدات الأساسية: I = 5·10−3 A ، R = 2.2·103 Ω.

U = I·R = 5·10−3 · 2.2·103 = 11 V

ب. نعوّض في صيغة المقاومة:

R = UI = 2304.6 = 50 Ω
مثال 3.3
عند جهد 6 V يمر في مقاومة تيار شدته 30 mA. نحسب:
أ. قيمة المقاومة.
ب. شدة التيار إذا رفعنا الجهد إلى 18 V.
الحل:

أ. نحسب المقاومة من القيم المعطاة:

R = UI = 630·10−3 = 200 Ω

ب. المقاومة لم تتغير، ولذلك نعوّض الجهد الجديد:

I = UR = 18200 = 0.09 A = 90 mA

الجهد كبر ثلاث مرات، ولذلك كبر التيار ثلاث مرات أيضا.

I = 90 mA
ملاحظات: عندما نعوّض الجهد بالفولت والمقاومة بالكيلو أوم نحصل على التيار بالميلي أمبير مباشرة: 1 V1 kΩ = 1 mA. مثلا: 12 V4 kΩ = 3 mA. ويمكن كتابة قانون أوم أيضا بواسطة المواصلة التي تعلّمناها في الفصل الثاني: I = G·U.
سؤال 3.1: أ. ما هي شدة التيار في مقاومة قيمتها 470 Ω موصولة بجهد 9.4 V؟
ب. ما هو الجهد على مقاومة قيمتها 15 Ω يمر فيها تيار 0.8 A؟
ج. ما هي مقاومة مصباح يمر فيه تيار 250 mA عند جهد 12 V؟
سؤال 3.2: كيف يتغير التيار في مقاومة إذا:
أ. صغّرنا الجهد إلى النصف؟
ب. ضاعفنا الجهد مرتين وضاعفنا المقاومة مرتين معا؟
▶تجربة حية — الجهد وقانون أومنغيّر الجهد والمقاومة ونرى كيف يتغير التيار، ونفحص عناصر أومية وغير أومية على الرسم البياني.
⚠
المختبر غير متاح الآن. المادة في هذا الفصل كاملة من دونه — نواصل القراءة، ونعود إلى التجربة لاحقا أو نفتحها مباشرة من الرابط الذي تحت الإطار.
https://fahed-lab.com/circuits/voltage_ohm_explained
نفتح المختبر في صفحة مستقلة ↗ fahed-lab.com/circuits/voltage_ohm_explained

רכיבים המצייתים לחוק אום ומגבלות החוק – مواد وعناصر تحقق قانون أوم، وحدود القانون (Ohmic Devices and Limits)

قانون أوم ليس قانونا عاما للطبيعة يصحّ في كل مادة، بل هو وصف لتصرّف مواد معيّنة. المهم في القانون هو أن المقاومة R ثابتة: لا تتغير عندما نغيّر الجهد أو التيار.

عنصر أومي (רכיב אוהמי): هو عنصر مقاومته ثابتة ولا تتعلق بالجهد عليه ولا بالتيار المار فيه. يسمى أيضا عنصرا خطيا (רכיב ליניארי). عنصر تتغير مقاومته مع الجهد أو التيار يسمى عنصرا غير خطي (רכיב לא ליניארי).
عناصر تحقق قانون أومعناصر لا تحقق قانون أوم
أمثلةالموصلات المعدنية (النحاس، الألومنيوم)، المقاومات المصنوعة من سبائك أو من الكربون، عناصر التسخينمصباح الفتيل، الثنائي (דיודה) والثنائي الباعث للضوء (LED)، الثرمستور، مصباح الفلورسنت
المقاومةثابتةتتغير مع الجهد والتيار
الرسم البيانيخط مستقيم يمر من نقطة الأصلخط منحنٍ

حدود قانون أوم – מגבלות החוק:

ملاحظة: في العنصر غير الخطي أيضا نستطيع أن نحسب R = UI ، لكن النتيجة صحيحة فقط للنقطة التي قسنا فيها. في نقطة أخرى نحصل على مقاومة أخرى. لذلك لا نحسب التيار في هذه العناصر بالقانون، بل نقرأه من الرسم البياني.
سؤال 3.3: أي من العناصر التالية أومي؟
أ. سلك من النحاس في درجة حرارة الغرفة.
ب. ثنائي.
ج. مقاومة من الكونستانتان.
د. مصباح فتيل.

הקשר הגרפי בין המתח לזרם – العلاقة البيانية بين الجهد والتيار (U–I Characteristics)

نغيّر الجهد على عنصر، نقيس التيار في كل مرة، ونرسم النتائج في هيئة محاور: الجهد على المحور الأفقي والتيار على المحور العمودي. الخط الذي نحصل عليه يسمى المنحنى المميِّز (אופיין) للعنصر.

عنصر خطي – רכיב ליניארי:

2468100.20.40.60.81R1R2U [V]I [A]
المنحنى المميِّز لمقاومتين R1 و R2
مثال 3.4
ننظر إلى الرسم البياني السابق ونحسب قيمة كل واحدة من المقاومتين.
الحل:

نختار الجهد U = 8 V ونقرأ التيار على كل خط: على خط R1 نقرأ I = 0.8 A ، وعلى خط R2 نقرأ I = 0.4 A.

R1 = UI = 80.8 = 10 Ω
R2 = UI = 80.4 = 20 Ω

خط R1 أكثر ميلا، ومقاومتها فعلا أصغر.

عنصر غير خطي – רכיב לא ליניארי:

المنحنى المميِّز لعنصر غير خطي ليس خطا مستقيما، لأن مقاومته تتغير من نقطة إلى أخرى:

246810120.10.20.30.40.5P1P2U [V]I [A]
مصباح فتيل: كلما كبر الجهد سخن الفتيل وكبرت مقاومته، فينحني الخط نحو المحور الأفقي
0.20.40.60.820406080U [V]I [mA]
ثنائي: حتى جهد نحو 0.6 V لا يمر تيار تقريبا، وبعده يكبر التيار بسرعة
مثال 3.5
نحسب مقاومة مصباح الفتيل من منحناه المميِّز في النقطتين P1 و P2.
الحل:

نقرأ من الرسم البياني: في النقطة P1 الجهد 2 V والتيار 0.2 A ، وفي النقطة P2 الجهد 12 V والتيار 0.5 A.

RP1 = UI = 20.2 = 10 Ω
RP2 = UI = 120.5 = 24 Ω

مقاومة المصباح ليست ثابتة: عندما يعمل بجهده الكامل تكون مقاومته أكبر بكثير من مقاومته وهو بارد. المصباح عنصر غير خطي.

سؤال 3.4: حسب المنحنى المميِّز للثنائي:
أ. ما هو التيار تقريبا عند جهد 0.4 V؟
ب. هل الثنائي عنصر أومي؟ نعلّل.

מקרים מיוחדים – קצר ונתק – حالتان خاصتان: دائرة القصر والقطع (Short Circuit and Open Circuit)

لقانون أوم حالتان قصويان: مقاومة تساوي صفرا، ومقاومة لا نهائية.

دائرة القصر (קצר): هي ربط نقطتين في الدائرة بموصل مقاومته صفر تقريبا. الجهد بين طرفي القصر صفر: U = I·R = I·0 = 0 ، مهما كان التيار.
القطع (الدائرة المفتوحة) (נתק): هو انقطاع في مسار التيار، أي مقاومة لا نهائية R = ∞. التيار صفر: I = UR = 0 ، مهما كان الجهد.
RR = 0دائرة قصرR = ∞قطع (دائرة مفتوحة)UI
القصر والقطع على الرسم البياني: الخط الرمادي هو مقاومة عادية R
دائرة قصرقطع
المقاومةR = 0R = ∞
الجهدU = 0حسب الدائرة
التيارحسب الدائرة، كبير جداI = 0
المنحنى المميِّزينطبق على محور التيارينطبق على محور الجهد
مثال 3.6
في دائرة المثال 3.1 رُبط بالخطأ سلك بين طرفي المقاومة، فنشأت دائرة قصر. مقاومة مسار القصر كله (أسلاك التوصيل والمصدر) هي RSC = 0.05 Ω. نحسب:
أ. الجهد على المقاومة R والتيار فيها.
ب. تيار القصر ISC.
+−E = 12 VR = 24 Ωدائرة قصرISC
الحل:

أ. سلك القصر مربوط بين طرفي المقاومة، والجهد عليه صفر. لذلك الجهد على المقاومة صفر أيضا، ولا يمر فيها تيار:

UR = 0
IR = URR = 024 = 0

ب. التيار كله يمر في سلك القصر، ولا يحدّه إلا المقاومة الصغيرة لمسار القصر:

ISC = ERSC = 120.05 = 240 A

في العمل العادي كان التيار 0.5 A. تيار القصر أكبر منه بـ 480 مرة.

ISC = 240 A
خطر: تيار القصر الكبير يسخّن الموصلات خلال لحظات، وقد يسبب حريقا ويتلف المصدر. لذلك تُحمى كل دائرة بمُنصهِر أو بقاطع آلي (מפסק אוטומטי) يقطع الدائرة فور نشوء القصر.
مثال 3.7
في نفس الدائرة أضفنا مفتاحا S وفتحناه. نحسب:
أ. التيار في الدائرة.
ب. الجهد على المقاومة.
ج. الجهد بين طرفي المفتاح المفتوح.
+−E = 12 VSR = 24 Ω
الحل:

أ. المسار مقطوع، ولذلك لا يمر تيار:

I = 0

ب. حسب قانون أوم، بدون تيار لا يوجد هبوط جهد على المقاومة:

UR = I·R = 0 · 24 = 0

ج. لا يوجد هبوط جهد على المقاومة ولا على الأسلاك، ولذلك يظهر جهد المصدر كله بين طرفي المفتاح:

US = E = 12 V
US = 12 V
ملاحظة: هذه النتيجة مهمة لفحص الأعطال: إذا قسنا بمقياس الجهد بين طرفي عنصر في دائرة لا تعمل ووجدنا جهد المصدر كله، فالقطع موجود في هذا العنصر. ولهذا السبب أيضا يبقى الجهد موجودا على طرفي مفتاح مفتوح، ويجب الحذر عند لمسه.
سؤال 3.5: مصدر جهده 24 V يغذّي مقاومة قيمتها 48 Ω.
أ. ما هو التيار في العمل العادي؟
ب. ما هو تيار القصر إذا كانت مقاومة مسار القصر 0.08 Ω؟
ج. ما هو الجهد بين طرفي مُنصهِر الدائرة بعد أن ينقطع؟

חיבור מד-זרם ומד-מתח במעגל – ربط مقياس التيار ومقياس الجهد (Connecting Ammeter and Voltmeter)

طريقة ربط كل مقياس تنتج من المقدار الذي يقيسه: التيار يمر عبر العنصر، والجهد موجود بين نقطتين.

+−ESA+V+R
ربط صحيح: مقياس التيار على التوالي مع المقاومة، ومقياس الجهد على التوازي معها
مقياس التيار (أمبيرمتر)مقياس الجهد (فولتمتر)
يقيسشدة التيار المار في الفرعالجهد بين نقطتين
طريقة الربطعلى التوالي: نقطع المسار وندخل المقياس فيه، حتى يمر فيه التيار كلهعلى التوازي: نربط طرفيه بطرفي العنصر دون قطع الدائرة
مقاومته الداخليةصغيرة جدا، وفي المقياس المثالي صفر، حتى لا يصغّر التياركبيرة جدا، وفي المقياس المثالي لا نهائية، حتى لا يمر فيه تيار
القطبيةالتيار يدخل من الطرف الموجب (+) ويخرج من الطرف السالبالطرف الموجب (+) يُربط بالنقطة ذات الجهد الأعلى
مجال القياس (תחום מדידה)أكبر من التيار المتوقع. إذا لم نعرفه نبدأ من أكبر مجالأكبر من الجهد المتوقع. إذا لم نعرفه نبدأ من أكبر مجال
مثال 3.8
في الدائرة السابقة يقرأ مقياس التيار 150 mA ويقرأ مقياس الجهد 4.5 V. نحسب قيمة المقاومة R.
الحل:

المقياسان يعطياننا التيار المار في المقاومة والجهد بين طرفيها، ولذلك نستطيع استعمال قانون أوم:

R = UI = 4.5150·10−3 = 30 Ω
R = 30 Ω

أخطاء في الربط – טעויות בחיבור:

+−EA+R
خطأ خطير: مقياس التيار على التوازي. مقاومته صغيرة جدا، فتنشأ دائرة قصر
+−EV+R
خطأ: مقياس الجهد على التوالي. مقاومته كبيرة جدا، فلا يمر تيار تقريبا
مثال 3.9
مصدر جهده 12 V.
أ. رُبط بالخطأ مقياس تيار مقاومته الداخلية 0.1 Ω على التوازي مع المصدر. نحسب التيار في المقياس.
ب. رُبط بالخطأ مقياس جهد مقاومته الداخلية 1 MΩ على التوالي مع مقاومة صغيرة. نحسب التيار في الدائرة تقريبا.
الحل:

أ. جهد المصدر كله يقع على المقياس، فينشأ تيار قصر يتلف المقياس أو يحرق المُنصهِر الذي بداخله:

I = UR = 120.1 = 120 A

ب. مقاومة المقياس أكبر بكثير من المقاومة الأخرى، ولذلك هي التي تحدد التيار. التيار صغير جدا والدائرة لا تعمل:

I ≈ 121·106 = 1.2·10−5 A = 12 µA
سؤال 3.6: أ. لماذا يجب أن تكون المقاومة الداخلية لمقياس التيار صغيرة جدا؟
ب. لماذا يجب أن تكون المقاومة الداخلية لمقياس الجهد كبيرة جدا؟
▶تجربة حية — أسئلة حساب في قانون أومنحلّ أسئلة حساب في الجهد والتيار والمقاومة، ونتحقّق من كل إجابة فورا.
⚠
المختبر غير متاح الآن. المادة في هذا الفصل كاملة من دونه — نواصل القراءة، ونعود إلى التجربة لاحقا أو نفتحها مباشرة من الرابط الذي تحت الإطار.
https://fahed-lab.com/circuits/voltage_ohm_explained
نفتح المختبر في صفحة مستقلة ↗ fahed-lab.com/circuits/voltage_ohm_explained

ملخّص قوانين الفصل:

القانونالصيغة
قانون أوم: التيارI = UR
قانون أوم: الجهد (هبوط الجهد)U = I·R
قانون أوم: المقاومةR = UI
قانون أوم بواسطة المواصلةI = G·U
دائرة قصرR = 0 , U = 0
قطع (دائرة مفتوحة)R = ∞ , I = 0

قاموس المصطلحات – מילון מונחים:

بالعربيةبالعبرية (كما تظهر في الامتحان)English
قانون أومחוק אוםOhm's law
هبوط الجهدמפל מתחVoltage drop
عنصر أوميרכיב אוהמיOhmic component
عنصر خطيרכיב ליניאריLinear component
عنصر غير خطيרכיב לא ליניאריNon-linear component
المنحنى المميِّزאופייןCharacteristic curve
نقطة الأصلראשית הציריםOrigin
ميل الخطשיפועSlope
ثنائيדיודהDiode
مصباح فتيلנורת להטFilament lamp
دائرة قصرקצרShort circuit
تيار القصرזרם קצרShort-circuit current
قطع (دائرة مفتوحة)נתקOpen circuit
قاطع آليמפסק אוטומטיCircuit breaker
مقياس التيار (أمبيرمتر)מד-זרםAmmeter
مقياس الجهد (فولتمتر)מד-מתחVoltmeter
المقاومة الداخليةהתנגדות פנימיתInternal resistance
مجال القياسתחום מדידהMeasuring range
القطبيةקוטביותPolarity

أسئلة للتمرين:

1.
مقاومة قيمتها 120 Ω موصولة بمصدر جهده 24 V. نحسب شدة التيار في الدائرة.
+−E = 24 VR = 120 ΩI
الإجابات: I = 0.2 A
2.
يمر تيار شدته 20 mA في مقاومة قيمتها 1.5 kΩ. نحسب هبوط الجهد على المقاومة.
الإجابات: U = 30 V
3.
مكواة كهربائية موصولة بجهد 230 V ويمر فيها تيار 10 A.
أ. نحسب مقاومة المكواة.
ب. نحسب مواصلتها.
الإجابات: أ. R = 23 Ω. ب. G = 43.5 mS
4.
نكمل الجدول حسب قانون أوم:
أ. U = 9 V ، R = 3 kΩ ، I = ? ·
ب. I = 2 A ، R = 115 Ω ، U = ? ·
ج. U = 5 V ، I = 25 µA ، R = ?
الإجابات: أ. I = 3 mA. ب. U = 230 V. ج. R = 200 kΩ
5.
عند جهد 10 V يمر في مقاومة تيار 40 mA.
أ. ما هي قيمة المقاومة؟
ب. ما هو الجهد اللازم حتى يمر فيها تيار 100 mA؟
الإجابات: أ. R = 250 Ω. ب. U = 25 V
6.
سلك من النحاس طوله 50 m ومساحة مقطعه 2.5 mm² يمر فيه تيار شدته 16 A (ρ = 0.0175 Ω·mm²/m).
أ. نحسب مقاومة السلك.
ب. نحسب هبوط الجهد على السلك.
الإجابات: أ. R = 0.35 Ω. ب. U = 5.6 V
7.
الرسم البياني يبيّن المنحنى المميِّز لمقاومتين.
أ. نحسب قيمة كل مقاومة.
ب. ما هو التيار في كل مقاومة عند جهد 5 V؟
24681048121620R1R2U [V]I [mA]
الإجابات: أ. R1 = 500 Ω ، R2 = 2 kΩ. ب. I1 = 10 mA ، I2 = 2.5 mA
8.
الرسم البياني يبيّن المنحنى المميِّز لعنصر معيّن.
أ. هل العنصر خطي؟
ب. نحسب مقاومة العنصر عند جهد 4 V وعند جهد 10 V.
ج. هل تكبر مقاومته أم تصغر عندما يكبر الجهد؟
246810612182430U [V]I [mA]
الإجابات: أ. لا. ب. عند 4 V : I = 6 mA و R = 666.7 Ω ؛ عند 10 V : I = 30 mA و R = 333 Ω. ج. تصغر
9.
مُركِّم جهده 12 V يغذّي مصباحا مقاومته 6 Ω.
أ. نحسب التيار في العمل العادي.
ب. تلامس السلكان الموصولان بالمُركِّم ونشأت دائرة قصر، ومقاومة مسار القصر 0.02 Ω. نحسب تيار القصر.
ج. كم مرة تيار القصر أكبر من التيار العادي؟
الإجابات: أ. I = 2 A. ب. ISC = 600 A. ج. 300 مرة
10.
في الدائرة التي في الرسم المفتاح S مفتوح. نحدد:
أ. التيار في الدائرة.
ب. الجهد على المقاومة.
ج. الجهد بين طرفي المفتاح.
+−E = 9 VSR = 180 Ω
الإجابات: أ. I = 0. ب. UR = 0. ج. US = 9 V
11.
في الدائرة التي في الرسم يقرأ مقياس الجهد 7.5 V ويقرأ مقياس التيار 30 mA.
أ. نحسب قيمة المقاومة R.
ب. ماذا سيقرأ مقياس التيار إذا رفعنا جهد المصدر حتى يقرأ مقياس الجهد 10 V؟
+−EA+30 mAV+7.5 VR
الإجابات: أ. R = 250 Ω. ب. I = 40 mA
12.
طالب ربط مقياس التيار على التوازي مع المصباح بدل ربطه على التوالي.
أ. ماذا سيحدث في الدائرة؟
ب. كيف يجب تصحيح الربط؟
الإجابات: أ. تنشأ دائرة قصر عبر المقياس: يمر تيار كبير جدا، ينطفئ المصباح وقد يتلف المقياس. ب. نقطع الدائرة وندخل المقياس على التوالي مع المصباح
الإجابات النهائية لأسئلة الفصل
3.1 أ. I = 20 mA · ب. U = 12 V · ج. R = 48 Ω
3.2 أ. يصغر إلى النصف · ب. لا يتغير
3.3 أ و ج أوميان · ب و د غير أوميين
3.4 أ. تقريبا صفر · ب. لا، لأن منحناه المميِّز ليس خطا مستقيما
3.5 أ. I = 0.5 A · ب. ISC = 300 A · ج. U = 24 V
3.6 أ. لأنه مربوط على التوالي، ومقاومة كبيرة كانت ستصغّر التيار الذي نريد قياسه · ب. لأنه مربوط على التوازي، ومقاومة صغيرة كانت ستسحب تيارا وتغيّر الجهد الذي نريد قياسه

שאלות בגרות – أسئلة بجروت للفصل 3

الأسئلة التالية مأخوذة كما هي من امتحانات البجروت لوزارة التربية والتعليم، نموذج 845381 (מערכות חשמל)، وتظهر بالعبرية كما في الامتحان. تحت كل سؤال ترجمة البنود إلى العربية والإجابات النهائية. الحل الكامل، خطوة بعد خطوة وبالعربية، موجود في موقع المؤلف: نضغط على الرابط تحت السؤال.
بجروت 2021 السؤال 4 — دائرة مع مقياس تيّار مثاليّ
البندالمطلوبالإجابة النهائية
البند أالمقاومة المكافئة للدائرةRT = 40 Ω
البند بمقاومة المقاوم R₁R₁ = 36 Ω
البند جقراءة مقياس التيّارIA = 0.1 A
الحل الكامل بالعربية: fahed-lab.com/exams/electricity-845381/solutions/solution-2021
لوحة القوانين: كل قوانين هذا الفصل مجموعة مع رسومها وجداول رموزها في الفصل 20 — لوحة القوانين الشاملة. (נוסחאון הספר)