منحنيات التيار والجهد

المناهج: GCSE (I–V characteristics), 2de, Sek I, A-level, IB B.5

فتح المختبر الكامل ↗

الهدف

قياس منحنيات التيار والجهد لمقاومة ومصباح ذي فتيل ودايود، ومقارنة أشكالها.

التجهيز

مصدر واحد 3 V يغذي ثلاثة فروع عبر الناقلين «+» (يسارًا) و«−» (يمينًا)؛ في كل فرع أميتر وفولتميتر على طرفي المكوّن. في الأعلى مقاومة 100 Ω، وفي الوسط مصباح 6 V / 3 W، وفي الأسفل دايود مع مقاومة حماية 100 Ω.

خطوات العمل

1. غيّر جهد المصدر من 0 إلى 6 V بخطوات مقدارها 1 V.
2. سجّل عند كل خطوة أزواج «الجهد — التيار» للمكوّنات الثلاثة كلها.
3. ارسم ثلاثة منحنيات \(I(U)\).
4. اعكس توصيل الدايود: بدّل قابسي الكابلين على طرفيه — المصعد والمهبط — وكرّر القياسات.

النتيجة المتوقعة

عند 3 V: المقاومة — نحو 2.78 V و28 mA؛ المصباح — نحو 2.74 V و314 mA؛ الدايود — نحو 0.72 V و21 mA. منحنى المقاومة خط مستقيم. أما منحنى المصباح فينحني: يسخن الفتيل وترتفع مقاومته — نحو 12 Ω عند 6 V. لا يكاد الدايود يوصل التيار تحت 0.5 V؛ وبعد ذلك يرتفع التيار بحدة، بينما لا يتغير الجهد عليه إلا قليلًا: نحو 0.62 V عندما يكون جهد المصدر 1 V، و0.76 V عند 6 V. وعند عكس الدايود يكون تيار الدايود صفرًا.

الأسئلة

1. لماذا ترتفع مقاومة المصباح مع ارتفاع الجهد؟
2. لماذا توصل مقاومة على التوالي مع الدايود؟

الإجابات

1. التيار يسخّن الفتيل، ومقاومة التنغستن تزداد مع درجة الحرارة: كلما ارتفع الجهد ازدادت سخونة الفتيل. عند 3 V تكون مقاومة المصباح 2.74 V / 314 mA ≈ 8.7 Ω، وعند 6 V نحو 12 Ω، أما الفتيل البارد فمقاومته نحو جزء من خمسة عشر فقط من مقاومته عند التوهج الكامل.
2. فوق نحو 0.6 V يرتفع تيار الدايود بحدة شديدة، والدايود نفسه لا يكاد يحدّه. تأخذ المقاومة 100 Ω بقية الجهد وتحدد التيار، نحو 21 mA عند 3 V؛ ومن دونها لن يحدّ التيار إلا المقاومة الداخلية للمصدر 0.5 Ω والأميتر والكابلات، فيبلغ التيار عدة أمبيرات ويتلف الدايود الحقيقي.