الهدف
بنهاية هذا الدرس، سيكون الطالب قادرًا على وصف مبدأ عمل الأميتر والفولتميتر وطريقة توصيلهما الصحيحة في الدوائر الكهربية.
شرح الدرس
الأميتر: يقيس التيار، مقاومته صغيرة جدًا.
- يُوصَّل على التوالي مع الجزء المراد قياس تياره
- مقاومته المثالية = صفر
الفولتميتر: يقيس فرق الجهد، مقاومته كبيرة جدًا.
- يُوصَّل على التوازي مع الجزء المراد قياس جهده
- مقاومته المثالية = ∞
الغالفانومتر: الأساس المشترك لكليهما. يُحوَّل لأميتر بتوصيل مقاومة صغيرة (شنت) على التوازي، وللفولتميتر بمقاومة كبيرة على التوالي.
أسئلة تدريبية
1. لماذا يجب أن تكون مقاومة الأميتر صغيرة جدًا؟
عرض الإجابة
لأنه يُوصَّل على التوالي، وأي مقاومة إضافية ستُغيّر التيار الذي نريد قياسه. المثالي هو ألا يُضيف أي مقاومة للدائرة.
2. لماذا يجب أن تكون مقاومة الفولتميتر كبيرة جدًا؟
عرض الإجابة
لأنه يُوصَّل على التوازي، فلو كانت مقاومته صغيرة سيسحب تيارًا كبيرًا ويُغيّر جهد النقطة المقاسة. المثالي ألا يسحب تيارًا.
3. غالفانومتر مقاومته G=100Ω يُحوَّل لأميتر نطاقه 1A، ويتحمل 1mA. احسب مقاومة الشنت.
عرض الإجابة
الشنت يأخذ 0.999A، الجالفانومتر 0.001A. V_متساوٍ: 0.001×100=0.999×Rs→Rs=0.1/0.999≈0.1Ω.
4. نفس الغالفانومتر يُحوَّل لفولتميتر نطاقه 100V. احسب المقاومة المضافة على التوالي.
عرض الإجابة
V=I_g(R_m+G)→100=0.001×(R_m+100)→R_m=100000−100=99900Ω≈100kΩ.
5. ماذا يحدث لو وُصِّل الفولتميتر على التوالي عن طريق الخطأ؟
عرض الإجابة
نظرًا لمقاومته الكبيرة، سيأخذ معظم فرق الجهد في الدائرة وسيقيس شبه كل الجهد الكلي، بينما بقية الدائرة لن تعمل بشكل طبيعي.
6. ماذا يحدث لو وُصِّل الأميتر على التوازي؟
عرض الإجابة
بسبب مقاومته الصغيرة جدًا، سيُنشئ دارة قصر تقريبًا: تيار ضخم سيمر فيه قد يُتلفه ويُتلف مصدر الجهد.
7. مقياس متعدد (مولتيمتر): ما الوظائف التي يجمعها في جهاز واحد؟
عرض الإجابة
يقيس: (1) التيار المستمر والمتردد بنطاقات مختلفة (أميتر). (2) فرق الجهد المستمر والمتردد (فولتميتر). (3) المقاومة (أوميتر). (4) أحيانًا السعة والتردد والحرارة.
8. في دائرة بها مقاومة 10Ω ومصدر 6V: أُوصِّل أميتر حقيقي مقاومته 1Ω على التوالي. ما التيار المقاس والتيار الحقيقي؟
عرض الإجابة
التيار الحقيقي=6/10=0.6A. التيار المقاس=6/(10+1)=0.545A. خطأ≈9%.
9. في نفس الدائرة وُصِّل فولتميتر مقاومته 1000Ω على التوازي مع المقاومة. ما الجهد المقاس؟
عرض الإجابة
R_توازي=10×1000/(10+1000)≈9.9Ω. التيار الكلي=6/(9.9)≈0.606A. V_مقاس=0.606×9.9≈6V. (التأثير ضئيل لأن R_فولتميتر كبير).
10. اشرح مبدأ عمل الجالفانومتر المغنطيسي.
عرض الإجابة
ملف يحمل التيار يُوضع في مجال مغناطيسي دائم. التيار يُنتج عزمًا يدير الملف ومعه إبرة على مقياس معاير. كلما زاد التيار زاد الانحراف. وتحدّه نابض لضمان العودة للصفر.
11. لماذا يُفضَّل استخدام مقاييس رقمية (DMM) على التماثلية في الدقة؟
عرض الإجابة
الرقمية: تعرض القيمة رقميًا دون خطأ قراءة بشري، مقاومتها أعلى (أقل تداخلًا مع الدائرة)، أدق في نطاقات أوسع. التماثلية مفيدة لمتابعة التغيرات المستمرة بصريًا.
12. ما الفرق بين الأوميتر والأميتر والفولتميتر من حيث المبدأ الكهربي؟
عرض الإجابة
الأوميتر يقيس المقاومة: يمرر تيارًا معلومًا ويقيس الجهد (أو العكس)، ثم يحسب R=V/I. الأميتر يقيس I مباشرة. الفولتميتر يقيس V مباشرة. الثلاثة مبنية على نفس الجالفانومتر بتوصيلات مختلفة.