✓ درس 3.2 · كتاب الوزارة
الكهربية الديناميكية والمغناطيسية
القوة الدافعة الكهربية المستحثة في سلك مستقيم، والحث المتبادل والذاتي
الصف الثالث الثانوي
المدة 45 د
محتوى كامل
الحث المتبادل والذاتي — M, L, Henry, Bℓv, Eddy, تجربة ملفين.
اضغط أي أداة — لتوليد اختبارات وفلاش كارد وملخصات وتجارب من الدرس تفاعلياً
الحث المتبادل والذاتي — M, L, Henry, Bℓv, Eddy, تجربة ملفين.
🔗 فيزياء · الفصل · الحث المتبادل والذاتي
الحث المتبادل والذاتي
· · · · Henry
📖 الدرس
⏱ ~٤٥$ د
🔬 39 رسمًا
🧪 ملفان
🎯
سوف تتعلم
- ✓يفهم الحث المتبادل بين ملفين
- ✓يطبق و
- ✓يعرف الهنري والتيارات الدوامية
📐
معادلات الحث
M → HL → HHenryemf → V
🔗
الحث المتبادل — كتاب الوزارة
إذا وضع ملفان أحدهما داخل الآخر أو بالقرب من الآخر، فإن تغير شدة التيار في أحدهما يولد قوة دافعة مستحثة في الآخر.
حيث M معامل الحث المتبادل — وحدة Henry (V·s/A).
يعتمد M على: قلب حديد · حجم وعدد لفات الملفين · المسافة بينهما. المحول الكهربي = أبرز مثال.
🎮
استكشف — M و L
🔬
تجربة الدرس — حث متبادل بين ملفين
ملف ابتدائي: بطارية + مفتاح + ريوستات. ملف ثانوي: جلفانومeter. تقريب/إدخال → انحراف. إبعاد → انحراف معاكس. ↑I → انحراف · ↓I → معاكس. فتح/قفل → emf لحظية.
1وصّل الملف الابتدائي — G على الثانوي
2قرّب الملف — سجّل اتجاه G
3↑I بالريوستات — انحراف جديد
4افتح المفتاح — شرر (حث ذاتي!)
🌀
الحث الذاتي — L
عند تغير التيار في ملف، يتغير الفيض المار به → emf مستحثة في نفس الملف (حث ذاتي).
L = معامل الحث الذاتي. عند فتح الدائرة: emf كبيرة → شرر · توهج نيون (~180V).
1 H = emf 1V عند ΔI/Δt = 1 A/s. يعتمد L على الشكل · N · طول الملف · نفاذية القلب.
تطبيق: مصباح فلورس — طاقة مغناطيسية مختزنة في الملف.
⚡
التيارات الدوامية — emf في سلك متحرك
Eddy Currents: تغيير φ في قطعة معدنية → تيارات دوامية. أفران الحث Induction Furnaces.
سلك طول ℓ يتحرك بسرعة v في B:
مع زاوية θ:
🔬
الرسوم — 39 شكلًا
🔬لننظر أولًا إلى الملف الموصِّل الذي يتحرك من منطقةٍ مجالُها المغناطيسي يساوي صفر
- لننظر أولًا إلى الملف الموصِّل الذي يتحرك من منطقةٍ مجالُها المغناطيسي يساوي صفرًا إلى منطقةٍ لها مجال مغناطيسي غير منتظم لا يساوي صفرًا. وهذا ما يوضِّحه الشكل الآتي.
🔬عند دخول جزء من الملف المجال المغناطيسي، فإن الإلكترونات الحرة في هذا الجزء من ا
- عند دخول جزء من الملف المجال المغناطيسي، فإن الإلكترونات الحرة في هذا الجزء من الملف الذي يدخُل المجال تؤثِّر عليها قوة لها اتجاه عمودي على كلٍّ من المجال المغناطيسي وحركة الملف. و
🔬ولا تؤثِّر القوى إلا على الإلكترونات الحرة في جزء الملف الذي يدخُل المجال المغنا
- ولا تؤثِّر القوى إلا على الإلكترونات الحرة في جزء الملف الذي يدخُل المجال المغناطيسي. وتندفع هذه الإلكترونات نحو أحد طرفَي السلك. ويستحث تركيز الإلكترونات الحرة هذا في أحد طرفَي ال
🔬يمكن تحديد اتجاه التيار المستحث في ملف باستخدام قاعدة اليد اليمنى. وهذا ما يوضِّ
- يمكن تحديد اتجاه التيار المستحث في ملف باستخدام قاعدة اليد اليمنى. وهذا ما يوضِّحه الشكل الآتي.
🔬ويمكن التعبير عن معدَّل التغيُّر في الفيض المغناطيسي الكلي بأنه المعدَّل الذي يم
- ويمكن التعبير عن معدَّل التغيُّر في الفيض المغناطيسي الكلي بأنه المعدَّل الذي يمرُّ به الملف عبر خطوط المجال المغناطيسي. وهذا ما يوضِّحه الشكل الآتي الذي يُظهر المواضع التي تَفْصله
🔬ويمكننا أيضًا المقارنة بين ملفين يتحركان بسرعتين متساويتين ويَدخلان مجالين مغناط
- ويمكننا أيضًا المقارنة بين ملفين يتحركان بسرعتين متساويتين ويَدخلان مجالين مغناطيسيَّين مختلفين في الشدة. وهذا ما يوضِّحه الشكل الآتي.
🔬مثال ١: تحديد القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف موصِّل يَدخل مجالًا مغناطيسيًّا منتظمًا
- ملف موصِّل نصف قطره 𝑟 = 1 3 c m وعدد لفَّاته 34 لفة. حُرِّك الملف حتى أصبح نصف مساحته في مجال مغناطيسي منتظم شدتُه 0.16 T، واتجاهه إلى خارج مستوى الشكل الموضَّح بموازاة محور الملف
🔬الحل
- يمكن تحديد اتجاه التيار باستخدام قاعدة اليد اليمنى. وباستخدام اتجاه الحركة واتجاه المجال المغناطيسي لجزء الملف الذي دخل المجال المغناطيسي في البداية، فإن اتجاه التيار في الملف يصبح
🔬الحل
- يوضِّح الشكل الآتي نموذجًا مبسَّطًا لخطوط المجال المغناطيسي المتولِّدة من القطب الشمالي لقضيب مغناطيسي يمر عبر ملفين يبعُدان مسافتين مختلفتين عن قطب المغناطيس. خطوط المجال الموضَّح
🔬الحل
- يمكن تطبيق قاعدة اليد اليمنى على هذا النظام. وهذا ما يوضِّحه الشكل الآتي.
🔬الحل
- من المهم أن نلاحظ أن مركبة المجال المغناطيسي العمودية على اتجاه حركة المغناطيس تستحث تيارًا في الملف. وهذا ما يوضِّحه الشكل الآتي.
🔬مثال ٢: تحديد التغيُّر في شدة المجال المغناطيسي الذي يستحث قوة دافعة كهربية في ملف موصِّل
- ملف موصِّل مكوَّن من أربع لفَّات، قطره 𝑑 = 2 5 c m. تَحرَّك الملف مسافة 1.5 cm بسرعة 𝑣 = 7. 5 / c m s موازيًا لمحور قضيب مغناطيسي ساكن، كما هو موضَّح في الشكل. استُحثَّت قوة دافع
🔬معادلة: القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف يمر به تيار والناتجة عن مجال مغناطيسي متغيِّر
- هذه العملية يوضِّحها الشكلان الآتيان.
🔬معادلة: القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف يمر به تيار والناتجة عن مجال مغناطيسي متغيِّر
- سنرى فيما يأتي تأثير هذا التيار المستحث.
🔬معادلة: القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف يمر به تيار والناتجة عن مجال مغناطيسي متغيِّر
- افترض أن ملفًّا موصِّلًا يوجد ابتداءً في حالة سكون داخل ملف موصِّل أكبر، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.
🔬مثال ٣: تحديد القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف بواسطة ملف آخر
- ملف مكوَّن من 6 لفَّات نصف قطرها 2.1 cm، وُضِعَ بحيث يكون مُنتصَفُ قاعدته عند مُنتصَف قاعدة ملف مُكوَّن من أربع لفَّات نصف قطرها 7.2 cm كما هو موضَّح في الشكل. تقع قمة الملف الأصغ
🔬الحل
- يستحث التيار المار في الملف الأكبر مجالًا مغناطيسيًّا. ويؤثِّر هذا المجال رأسيًّا لأسفل عند مركز الملف الأكبر. ولا بد أن يستحث المجال المغناطيسي للملف الأكبر تيارًا في الملف الأصغر
🔬تعريف: الحث
- عندما تكون شدة التيار ثابتة، يتولد مجال مغناطيسي ثابت داخل حلقات الملف اللولبي، كما هو موضح في الأسفل.
🔬explainer_fig1_948164375926
- افترض أن لدينا ملفًّا موصِّلًا كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬explainer_fig2_948164375926
- تخيَّل أننا نضع قضيبًا مغناطيسيًّا بالقرب من الملف كالآتي.
🔬explainer_fig3_948164375926
- يمرُّ بعض خطوط المجال المغناطيسي من المغناطيس عبر الملف، كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬تعريف: الحث الكهرومغناطيسي
- انظر مجدَّدًا القضيب المغناطيسي والملف، وقد حذفنا خطوط المجال هذه المرة للتوضيح. عرفنا أنه إذا كان كلاهما ساكنًا، فلن يُستحَث أيُّ تيار، كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬تعريف: الحث الكهرومغناطيسي
- أمَّا إذا كان المغناطيس مُتحرِّكًا (في أيِّ اتجاه)، في حين يظلُّ الملف ساكنًا، فإن المجال المغناطيسي الذي يمرُّ عبر الملف يتغيَّر مع الزمن، وسيُستحَث تيار في الملف كما يأتي.
🔬تعريف: الحث الكهرومغناطيسي
- من الممكن أيضًا أن يظلَّ المغناطيس ساكنًا في حين يتحرَّك الملف، كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬تعريف: الحث الكهرومغناطيسي
- تخيَّل على سبيل المثال أن الملف ساكن، في حين يتحرَّك المغناطيس ببطء شديد، كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬تعريف: الحث الكهرومغناطيسي
- ولكن، إذا تحرَّك المغناطيس بسرعة كبيرة نحو الملف، فسيُستحَث تيار أقوى كالآتي.
🔬مثال ١: فهْم الحث الكهرومغناطيسي
- يوضِّح الشكل مغناطيسًا دائمًا يُحرَّك عبر ملف نحاسي. تولِّد هذه الحركة تيارًا كهربيًّا بالحث في الملف شدته 0.5 A.
🔬الحل
- ثمَّة طريقة أخرى لتقوية الحث، فبدلًا من استخدام ملف ذي لفة واحدة، يُمكننا استخدام ملف ذي لفات عديدة متطابقة، يُسمَّى الملف اللولبي. إن إضافة عدد من اللفات إلى الملف تعمل على زيادة
🔬مثال ٢: فهْم الحركة النسبية في الكهرومغناطيسية
- يوضِّح الجزء (أ) من الشكل قضيبًا مغناطيسيًّا يتحرَّك بالسرعة 𝑣 في اتجاه ملف لولبي ثابت. يستحث ذلك فرق جهد كهربي بين طرفي الملف اللولبي. يوضِّح الجزء (ب) من الشكل قضيبًا مغناطيسيًّا
🔬الحل
- افترض أن لدينا قضيبًا مغناطيسيًّا يتحرَّك عبر ملف لولبي، كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬الحل
- وكما هو الحال مع أيِّ مجال مغناطيسي، يُمكن تمثيل المجال المُستحَث بقطب شمالي وقطب جنوبي. وعمليًّا، يُمكن أن يحلَّ قضيب مغناطيسي محلَّ الملف اللولبي. وفيما يأتي مخطط يوضِّح مجال كلّ
🔬الحل
- بافتراض إجراء هذا الإحلال، يجب تحديد اتجاه المغناطيس الذي يحلُّ محلَّ الملف اللولبي. هناك احتمالان لهذا الاتجاه، كما هو موضَّح فيما يأتي.
🔬مثال ٣: فهْم قانون لِنز
- يوضِّح الشكل قضيبًا مغناطيسيًّا يتحرَّك مبتعدًا عن ملف لولبي. يؤدِّي ذلك إلى حث تيار كهربي في الملف، يُنشئ بدوره مجاله المغناطيسي. أيٌّ من طرفي الملف يمثِّل القطب الشمالي للمجال ال
🔬الحل
- إذا مثَّلَت النقطة (أ) القريبة من الملف اللولبي القطب الشمالي للمغناطيس، ومثَّلَت النقطة (ب) القطب الجنوبي، فسيكون المغناطيس الفعلي والمغناطيس الذي يحلُّ محلَّ الملف اللولبي على ا
🔬الحل
- وفي المقابل للحالة السابقة، تمثِّل النقطة (أ) القريبة من الملف اللولبي القطب الجنوبي للمغناطيس، وتمثِّل النقطة (ب) القطب الشمالي للمغناطيس. وهذه الحالة موضَّحة فيما يأتي.
🔬الحل
- يُمكننا تصوُّر ذلك عن طريق تمثيل السلك داخلًا إلى الشاشة أو خارجًا منها، وتمثيل المجال مُشيرًا من اليمين إلى اليسار حول السلك.
🔬الحل
- بالنسبة إلى سلك ومجال بهذا الترتيب، كما هو موضَّح في الشكل السابق، ثمَّة العديد من الاتجاهات التي يُمكن أن يتحرَّك بها السلك ليقطع خطوط المجال المغناطيسي؛ ومن ثَمَّ يَستحِث فرق جهد
🔬مثال ٤: فهْم الحث الكهرومغناطيسي
- توضِّح الأجزاء (أ)، (ب)، (ج)، (د) في الشكل قطعة مستقيمة من سلك نحاسي تتحرَّك عبر مجال مغناطيسي. المجال المغناطيسي منتظِم، والسلك يتحرَّك بالسرعة نفسها في كلِّ جزء، ولكن في اتجاه مخ
🔬مثال ٥: فهْم الحث الكهرومغناطيسي للحركة الدائرية
- يوضِّح قطعة مستقيمة من سلك نحاسي تتحرَّك في مسار دائري في مجال مغناطيسي منتظِم. يوضِّح التمثيل البياني (ب) فرق الجهد عبر قطعة السلك مع الزمن أثناء حركتها. إذا كان الموضع
🃏
المراجعة — بطاقات تذكّر (12)
اقلب البطاقة ثلاثية الأبعاد — وجه السؤال ثم الإجابة:
🏅
قائمة الإنجازات
📝
اختبر نفسك — ٦ أسئلة
أسئلة الفهم
٠ / ٦٠١
Mutual:
٠٢
Self:
٠٣
1 H = ? V·s/A
٠٤
فتح دائرة ملف:
٠٥
emf سلك:
٠٦
Eddy = ?
➡️
الدرس القادم
⚙️
التالي: المولد الكهربي (الدينامo)