فَكر وعلام يعتمد وحلول اختيارات اسئلة الفصل الاول

🟥 السؤال الأول:

س: لماذا نقول دائماً أن المتسعة المشحونة تكون شحنتها مقدارها كذا، رغم أن الشحنة الكلية تساوي صفر؟

✅ الجواب:

لأن المقصود بالشحنة هو شحنة إحدى الصفيحتين (إما الموجبة أو السالبة)،
أما الشحنة الكلية للمتسعة فهي:

$$Q_{\text{كلية}} = Q_{\text{موجبة}} + Q_{\text{سالبة}} = Q + (-Q) = 0$$

🔍 الشرح:

المتسعة تتكون من صفيحتين:

• إحداهما تكتسب شحنة موجبة $+Q$
• والثانية شحنة سالبة $-Q$

لكن عند الحديث عن “شحنة المتسعة” في الفيزياء، نحن نقصد مقدار الشحنة على إحدى الصفيحتين فقط، وليس المجموع الكلي (الذي يكون دائمًا صفرًا لأن الشحنات متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة).

🟥 السؤال الثاني:

س: لِمَ تُربط المتسعات على شكل مجموعة، بدل استخدام متسعة واحدة؟

✅ الجواب:

1. للحصول على سعة مكافئة كبيرة تمكننا من تخزين شحنة كهربائية أكبر عند فرق جهد صغير،
   وهذا لا يمكن تحقيقه باستخدام متسعة واحدة فقط.
2. للسماح بوضع فرق جهد كبير عبر طرفي المجموعة، بحيث تتحمل الفولتية العالية التي قد لا تتحملها متسعة مفردة.

🔍 الشرح:

● في التوصيل على التوازي:

• السعة المكافئة تزداد:

  $$C_T = C_1 + C_2 + \ldots$$

• هذا مفيد عندما نحتاج إلى سعة كبيرة لتخزين شحنة أكبر.
• فرق الجهد على كل متسعة يكون نفسه (مناسب للتطبيقات ذات الجهد المنخفض).

● في التوصيل على التوالي:

• السعة المكافئة تقل:

  $$\frac{1}{C_T} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \ldots$$

• هذا يسمح بتحمل فرق جهد أعلى، لأن الجهد يتوزع على المتسعات.
• يُستخدم عندما تكون كل متسعة تتحمل جهدًا صغيرًا، لكننا نريد تحمل جهد عالي.

✅ الخلاصة التوضيحية:

🟥 السؤال:

أنت في المختبر وتحتاج إلى متسعة سعتها $10\mu F$، والمتوفر لديك مجموعة من المتسعات المتماثلة من ذوات السعة $15\mu F$.
فما عدد المتسعات التي تحتاجها، وطريقة الربط التي تختارها؟

✅ الخيارات:

1. العدد 4 تربط جميعها على التوالي.
2. العدد 6 تربط جميعها على التوازي.
3. العدد 3 اثنان منها على التوالي ومجموعتهما تربط مع الثالثة على التوازي.
4. العدد 3 اثنان منها على التوازي ومجموعتهما تربط مع الثالثة على التوالي.

✅ الإجابة الصحيحة:

الخيار (4): العدد 3، اثنان منها على التوازي ومجموعتهما تربط مع الثالثة على التوالي.

🔍 التعليل:

أولًا: نحسب السعة المطلوبة:

نريد تكوين سعة مكافئة مقدارها:

$$C_T = 10\mu F$$

وكل متسعة متوفرة سعتها:

$$C = 15\mu F$$

نستخدم الجمع بين التوصيل على التوازي والتوالي لتحقيق القيمة المطلوبة.

الحل خطوة بخطوة:

• نربط متسعتين على التوازي:

  $$C_{1} = 15 + 15 = 30\mu F$$

• نربط الناتج مع متسعة ثالثة على التوالي:

  $$\frac{1}{C_T} = \frac{1}{30} + \frac{1}{15} = \frac{1 + 2}{30} = \frac{3}{30} \Rightarrow C_T = \frac{30}{3} = 10\mu F ✅$$

📌 النتيجة:

• عدد المتسعات: 3
• طريقتها: اثنتان على التوازي، ثم النتيجة على التوالي مع الثالثة