- فكرة عمل الجلفانومتر ذي الملف المتحرك وتركيبه وحساسيته.
- تحويل الجلفانومتر إلى أميتر باستخدام مجزئ التيار.
- تحويله إلى فولتميتر باستخدام مضاعف الجهد.
- فكرة الأوميتر ومعايرته، والفرق بين الأجهزة التناظرية والرقمية.
🌳 شجرة المفاهيم
01 أولًا: الجلفانومتر ذو الملف المتحرك
وظيفته وفكرة عمله
- الجلفانومتر: جهاز يستخدم للاستدلال على وجود تيارات كهربية ضعيفة جدًا في دائرة، وقياس شدتها وتحديد اتجاهها.
- فكرة عمله: عزم الازدواج المؤثر في ملف يمر به تيار وهو قابل للحركة في مجال مغناطيسي.
أجزاء الجهاز
- ملف من سلك رفيع ملفوف حول إطار مستطيل من الألومنيوم، يدور حول محوره.
- قلب أسطواني ثابت من الحديد المطاوع داخل الملف لتركيز خطوط الفيض.
- مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس يقع الملف بين قطبيه.
- زوج من الملفات الزنبركية (الحلزونية) تعمل كموصلات للتيار، وتولد عزمًا مضادًا لعزم الازدواج.
- مؤشر مثبت بالملف يتحرك أمام تدريج.
- حوامل من العقيق يرتكز عليها الملف لتقليل الاحتكاك.
لماذا القطبان مقعران؟
- القطبان الدائمان مقعران فتكون خطوط الفيض بينهما على هيئة أنصاف أقطار.
- بذلك تكون كثافة الفيض ثابتة في الحيز الذي يتحرك فيه الملف مهما كانت زاويته.
- تبقى خطوط المجال موازية لمستوى الملف وعمودية على ضلعيه الطوليين، فيكون عزم الازدواج متناسبًا مع شدة التيار فقط.
- لذلك يكون انحراف المؤشر متناسبًا مع شدة التيار، وأقسام التدريج متساوية.
طريقة العمل
- يمر التيار في الملف فتتولد قوتان على ضلعيه تُدير الملف (مثلًا في اتجاه عقارب الساعة).
- يتحرك المؤشر حتى يستقر عند قراءة يتزن عندها عزم الازدواج مع عزم اللي للملفات الزنبركية المضاد.
- تدل قراءة المؤشر على شدة التيار.
- إذا انعكس اتجاه التيار انحرف المؤشر في الاتجاه المضاد.
- عند انقطاع التيار تعيد الملفات الزنبركية المؤشر إلى صفر التدريج.
حساسية الجلفانومتر
- حساسية الجلفانومتر: زاوية انحراف المؤشر عن وضع الصفر عند مرور تيار شدته الوحدة.
- الحساسية = \(\dfrac{\theta}{I}\)، وتقاس بوحدة درجة / ميكروأمبير.
حدود استخدامه
- لا يصلح للتيار المتردد لأن اتجاهه يتغير بسرعة فيهتز المؤشر حول الصفر.
- لا يصلح للتيارات الكبيرة لأنها تسخن الملف وتتلف الزنبرك.
02 ثانيًا: تحويل الجلفانومتر إلى أميتر تيار مستمر
الأميتر
- الأميتر: جهاز يستخدم بعد معايرة تدريجه لقياس شدة التيار المار في الدائرة مباشرة.
- الجلفانومتر يمكن اعتباره أميترًا، لكن مداه محدود بحساسية ملفه.
مجزئ التيار
- لزيادة مدى الجلفانومتر نوصل مقاومة صغيرة جدًا تسمى مجزئ التيار \((R_{s})\) على التوازي مع ملف الجلفانومتر (مقاومته \(R_{g}\)).
- يمر الجزء الأكبر من التيار في المجزئ \((I_{s})\)، ويمر في الملف تيار صغير فقط \((I_{g})\).
- مقاومة الأميتر ككل صغيرة جدًا، لذلك لا يغير شدة التيار المراد قياسه تغيرًا ملحوظًا عند إدخاله في الدائرة.
- لذلك يوصل الأميتر في الدائرة على التوالي.
قانون مجزئ التيار
- إذا كانت النهاية العظمى للتيار المراد قياسه I:
\[\begin{gathered}I = I_{g} + I_{s}\end{gathered}\]
- المقاومتان \(R_{g}\) و\(R_{s}\) على التوازي، فرق الجهد بينهما واحد:
\[\begin{gathered}I_{g} R_{g} = I_{s} R_{s}\end{gathered}\]
- ومنهما:
\[\begin{gathered}R_{s} = \dfrac{I_{g} R_{g}}{I - I_{g}}\end{gathered}\]
- بعد التحويل تقل حساسية الجهاز بنسبة \[\begin{gathered}\dfrac{I_{g}}{I} = \dfrac{R_{s}}{R_{s} + R_{g}}\end{gathered}\].
مثال 1: جلفانومتر مقاومة ملفه 50 Ω يعطي أقصى انحراف عند تيار 2 mA. احسب مقاومة المجزئ اللازمة لتحويله إلى أميتر مداه 1 A. الحل:
- \[\begin{gathered}I_{g} = 2 \times 10^{-3} A\end{gathered}\]، I = 1 A
- \[\begin{gathered}R_{s} = \dfrac{I_{g} R_{g}}{I - I_{g}} = (2 \times 10^{-3} \times 50) \div (1 - 0.002)\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}R_{s} = 0.1 \div 0.998 \approx 0.1002 \Omega \end{gathered}\]
- المقاومة صغيرة جدًا وتوصل على التوازي مع الملف.
مثال 2: جلفانومتر مقاومة ملفه 2 Ω يعطي أقصى انحراف عند 5 mA. احسب مقاومة المجزئ لتحويله إلى أميتر مداه 10 A. الحل:
- \[\begin{gathered}R_{s} = (0.005 \times 2) \div (10 - 0.005)\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}R_{s} = 0.01 \div 9.995 \approx 1 \times 10^{-3} \Omega \end{gathered}\]
03 ثالثًا: تحويل الجلفانومتر إلى فولتميتر تيار مستمر
الفولتميتر
- الفولتميتر: جهاز يستخدم لقياس فروق الجهد بين أي نقطتين في دائرة كهربية.
- فرق الجهد بين طرفي ملف الجلفانومتر صغير جدًا حتى عند أقصى انحراف، لذلك نحوله إلى جهاز ذي مقاومة عالية.
مضاعف الجهد
- نوصل مقاومة كبيرة تسمى المقاومة المضاعفة للجهد \((R_{m})\) على التوالي مع ملف الجلفانومتر.
- مقاومة الفولتميتر الكلية كبيرة، فلا يسحب تيارًا يذكر من الدائرة الأصلية، ولا يتغير فرق الجهد المقاس تغيرًا ملحوظًا.
- لذلك يوصل الفولتميتر على التوازي مع الجزء المطلوب قياس فرق الجهد بين طرفيه.
- يوصل الطرف الموجب للجهاز بالجهد الأعلى، والسالب بالأدنى، وإن انعكس فرق الجهد وجب عكس التوصيل.
قانون مضاعف الجهد
- أقصى تيار في الملف \(I_{g}\)، وفرق الجهد على الملف \[\begin{gathered}V_{g} = I_{g} R_{g}\end{gathered}\].
- أقصى فرق جهد مطلوب قياسه V:
\[\begin{gathered}V = I_{g} (R_{g} + R_{m})\end{gathered}\]
\[\begin{gathered}R_{m} = \dfrac{V}{I_{g}} - R_{g}\end{gathered}\]
- تقل حساسية الجهاز بنسبة \[\begin{gathered}\dfrac{V_{g}}{V} = \dfrac{R_{g}}{R_{g} + R_{m}}\end{gathered}\].
مثال 3: جلفانومتر مقاومة ملفه 0.1 Ω يبلغ أقصى انحراف عند تيار 1 mA. احسب المقاومة المضاعفة اللازمة لتحويله إلى فولتميتر مداه 50 V. الحل:
- \[\begin{gathered}V_{g} = I_{g} R_{g} = 0.001 \times 0.1 = 10^{-4} V\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}R_{m} = \dfrac{V - V_{g}}{I_{g}} = (50 - 0.0001) \div 0.001\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}R_{m} \approx 49 999.9 \Omega \end{gathered}\]
- المقاومة الكلية للفولتميتر = \[\begin{gathered}49 999.9 + 0.1 = 50 000 \Omega \end{gathered}\]
مثال 4: جلفانومتر مقاومته 100 Ω وتيار أقصى انحراف 1 mA. احسب مضاعف الجهد لقياس حتى 10 V. الحل:
- \[\begin{gathered}R_{m} = \dfrac{V}{I_{g}} - R_{g} = \dfrac{10}{0.001} - 100\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}R_{m} = 10 000 - 100 = 9 900 \Omega \end{gathered}\]
مقارنة بين الأميتر والفولتميتر
| وجه المقارنة | الأميتر | الفولتميتر |
|---|---|---|
| الغرض | قياس شدة التيار | قياس فرق الجهد |
| المقاومة المضافة | مجزئ تيار \(R_{s}\) صغيرة جدًا | مضاعف جهد \(R_{m}\) كبيرة جدًا |
| طريقة توصيلها بالملف | على التوازي | على التوالي |
| توصيل الجهاز في الدائرة | على التوالي | على التوازي |
| مقاومة الجهاز | صغيرة جدًا | كبيرة جدًا |
| القانون | \[\begin{gathered}R_{s} = \dfrac{I_{g} R_{g}}{I - I_{g}}\end{gathered}\] | \[\begin{gathered}R_{m} = \dfrac{V}{I_{g}} - R_{g}\end{gathered}\] |
04 رابعًا: الأوميتر
الفكرة
- الأوميتر: جهاز لقياس قيمة مقاومة مجهولة مباشرة.
- تعتمد الفكرة على أن شدة التيار تتوقف على المقاومة: \(I = \dfrac{V}{R}\).
- إذا كان فرق الجهد ثابتًا ومعلومًا، أمكن معايرة تدريج الجلفانومتر ليعطي قيمة المقاومة مباشرة.
- كلما زادت المقاومة المجهولة قلت شدة التيار وقل انحراف المؤشر.
التركيب
- ميكروأميتر (جلفانومتر) موصل على التوالي مع:
- مقاومة ثابتة.
- مقاومة متغيرة (ريوستات) للضبط.
- عمود جاف قوته الدافعة 1.5 V، تهمل مقاومته الداخلية.
- طرفا اختبار حران يوصل بينهما المقاومة المجهولة \(R_{x}\).
المعايرة
- مثال من الكتاب: ميكروأميتر ينحرف لنهاية التدريج عند 400 μA ومقاومته 250 Ω، موصل مع مقاومة ثابتة 3000 Ω ومقاومة متغيرة وعمود 1.5 V.
- عند تلامس طرفي الجهاز \((R_{x} = 0)\) يجب أن تكون مقاومة الدائرة:
\[\begin{gathered}R = \dfrac{V}{I_{g}} = 1.5 \div (400 \times 10^{-6}) = 3750 \Omega \end{gathered}\]
- تضبط المقاومة المتغيرة عند 500 Ω لأن \[\begin{gathered}250 + 3000 + 500 = 3750 \Omega \end{gathered}\].
- عندئذ ينحرف المؤشر إلى نهاية التدريج، وتعاير هذه النقطة على أنها صفر أوم.
- عند إدخال مقاومة \(R_{x}\) يقل التيار:
\[\begin{gathered}I = \dfrac{V}{3750 + R_{x}}\end{gathered}\]
- 400 μA
- نهاية التدريج (صفر أوم)
- 200 μA
- نصف التدريج
- 133 μA
- ثلث التدريج
- 100 μA
- ربع التدريج
- 0
- صفر الأميتر (∞ أوم)
خصائص تدريج الأوميتر
- تدريج الأوميتر عكس اتجاه تدريج الأميتر، فالصفر أوم عند أقصى انحراف.
- أقسام التدريج غير متساوية: تتباعد جهة صفر الأوم (اليمين) وتتقارب جهة ∞ (اليسار).
- السبب: التيار يتناسب عكسيًا مع المقاومة الكلية \((3750 + R_{x})\) وليس مع \(R_{x}\) وحدها.
مثال 5: في الأوميتر السابق (مقاومته الكلية 3750 Ω وعموده 1.5 V) أدخلت مقاومة مجهولة فكان التيار 250 μA. احسب قيمتها. الحل:
- المقاومة الكلية للدائرة = \[\begin{gathered}1.5 \div (250 \times 10^{-6}) = 6000 \Omega \end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}R_{x} = 6000 - 3750 = 2250 \Omega \end{gathered}\]
05 خامسًا: الأجهزة التناظرية والرقمية
- الأجهزة التناظرية (Analog): تعتمد على قراءة مؤشر يتحرك أمام تدريج، مثل الجلفانومتر والأميتر والفولتميتر والأوميتر.
- الأوميتر والأميتر والفولتميتر يمكن جمعها في جهاز واحد هو المتعدد (Multimeter) بمفتاح اختيار.
- الأجهزة الرقمية (Digital): تعتمد على قراءة أعداد رقمية تظهر على شاشة صغيرة بدون مؤشر وتدل على الجهد أو التيار أو المقاومة.
تحدَّ نفسك: تقييمات وزارية تفاعلية على هذا الدرس
أسئلة تفاعلية حصرية على نمط الاختبار الوزاري 2026/2027 مبنية على محتوى هذا الدرس فقط، مع التفسير العلمي وسبب صحة أو خطأ كل خيار.
تدريج الجلفانومتر ذي الملف المتحرك تدريج منتظم وأقسامه متساوية بسبب:
عند تحويل الجلفانومتر إلى أميتر يقيس تيارات كهربية عالية الشدة، يتم توصيل ملفه بـ:
أوميتر ينحرف مؤشره إلى ثلث تدريجه (1/3 Ig) عند توصيل مقاومة مجهولة Rx بين طرفيه قيمتها 600 أوم؛ فإن المقاومة الكلية لجهاز الأوميتر تساوي:
تدريج الأوميتر يتميز بأنه غير منتظم وأقسامه متقاربة جهة المالانهاية لأن شدة التيار المار تتناسب عكسياً مع:
وظيفة مضاعف الجهد (Rm) ذي المقاومة الكبيرة المتصلة على التوالي في الفولتميتر هي:
هل أنت جاهز لخوض الاختبار الوزاري الكامل وبنك الـ 300 سؤال؟
اختبر استيعابك الشامل مع المؤقت الزمني وحساب الدرجات والمراجعة التفصيلية لكل سؤال.
🚀 ابدأ بنك الأسئلة الشامل (300+ سؤال) الآن