📄 النص الكامل للصفحة
{
"language": "ar",
"direction": "rtl",
"page_context": {
"page_title": "الاستعمالات اليومية للمحولات",
"page_type": "lesson_content",
"main_topics": [
"الكهرباء",
"المحولات"
],
"headers": [
"الاستعمالات اليومية للمحولات",
"4-2 مراجعة"
],
"has_questions": true,
"has_formulas": false,
"has_examples": false,
"has_visual_elements": true
}
✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية
عدد الأسئلة: 6
سؤال 18: السلك الملفوف والمغانط ملف سلكي معلق من نهايتيه بحيث يتأرجح بسهولة. إذا قربت مغناطيسا إلى الملف فجأة فسيتأرجح الملف. بأي طريقة يتأرجح الملف بالنسبة إلى المغناطيس؟ ولماذا؟
الإجابة: يتأرجح الملف مبتعدًا عن المغناطيس (يتنافر معه)، لأن اقتراب
المغناطيس يزيد الفيض فيتولد تيار حثي يُنشئ مجالاً يعاكس الزيادة (قانون
لنز)، فينشأ تنافر يعيق الاقتراب.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
عندما يقترب مغناطيس من ملف سلكي، يتغير عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق الملف، وهذا ما يُعرف بتغير الفيض المغناطيسي.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
وفقًا لقانون لنز، فإن أي تغير في الفيض المغناطيسي عبر ملف يولد تيارًا حثيًا في الملف. هذا التيار الحثي بدوره يُنشئ مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به، ويكون اتجاه هذا المجال بحيث يقاوم أو يعاكس التغير الأصلي في الفيض.
في هذه الحالة، بما أن المغناطيس يقترب (يزيد الفيض)، فإن المجال الحثي المتولد سيعمل على مقاومة هذا الاقتراب، أي أنه سيُنشئ قوة تنافر بين الملف والمغناطيس.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
لذلك، يتأرجح الملف **مبتعدًا عن المغناطيس (يتنافر معه)**، لأن التيار الحثي المتولد يُنشئ مجالًا مغناطيسيًا يعاكس زيادة الفيض الناتجة عن اقتراب المغناطيس.
سؤال 19: المحركات إذا نزعت قابس مكنسة كهربائية في أثناء تشغيلها من المقبس فستلاحظ حدوث شرارة كهربائية، في حين لا تشاهدها عند نزع قابس مصباح كهربائي. لماذا؟
الإجابة: لأن محرك المكنسة حمل حثي؛ فعند فصله ينهار المجال المغناطيسي
فجأة ويتولد جهد حثي كبير (قوة دافعة عكسية) يسبب شرارة، بينما المصباح
حمل مقاوم فلا يتولد جهد حثي كبير.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
الأجهزة الكهربائية يمكن تصنيفها إلى أحمال مقاومة بحتة (مثل المصباح الكهربائي العادي الذي يعتمد على تسخين الفتيل) وأحمال حثية (مثل المحركات الكهربائية في المكنسة التي تحتوي على ملفات ومغانط).
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
عند فصل حمل حثي (مثل محرك المكنسة) فجأة عن مصدر التيار، ينهار المجال المغناطيسي المخزن في ملفات المحرك بسرعة كبيرة. هذا الانهيار السريع للفيض المغناطيسي يولد قوة دافعة كهربائية حثية عكسية كبيرة جدًا (جهد حثي كبير) عبر أطراف الملفات، وذلك وفقًا لقانون فاراداي ولنز.
هذا الجهد الحثي العالي جدًا هو ما يسبب حدوث الشرارة الكهربائية عند نقطة الفصل.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
أما المصباح الكهربائي فهو حمل مقاومة، ولا يحتوي على ملفات كبيرة تُنشئ مجالًا مغناطيسيًا كبيرًا يُنهار عند الفصل. لذلك، لا يتولد جهد حثي كبير عند فصله، وبالتالي لا تحدث شرارة كهربائية ملحوظة.
سؤال 20: المحوّلات والتيار وضح لماذا يعمل المحوّل الكهربائي على تيار متناوب فقط؟
الإجابة: لأن المحوّل يعتمد على الحث وتغير الفيض؛ فالتيار المتناوب يولد
فيضًا متغيرًا وجهدًا ثانويًا، أما المستمر فيعطي فيضًا ثابتًا فلا يحدث حث إلا
لحظيًا وقد يسبب سخونة.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
يعتمد عمل المحول الكهربائي بشكل أساسي على مبدأ الحث المتبادل بين ملفين (ابتدائي وثانوي) يلفان حول قلب حديدي مشترك. لكي يحدث الحث المتبادل، يجب أن يكون هناك تغير في الفيض المغناطيسي الذي يخترق الملف الثانوي.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
التيار المتناوب (AC) يغير اتجاهه وقيمته بشكل دوري ومستمر، وبالتالي فإن المجال المغناطيسي الذي يولده في الملف الابتدائي يكون متغيرًا باستمرار. هذا التغير المستمر في المجال المغناطيسي يؤدي إلى تغير مستمر في الفيض المغناطيسي الذي يخترق الملف الثانوي، مما يولد قوة دافعة كهربائية حثية (جهد) في الملف الثانوي.
أما التيار المستمر (DC)، فهو تيار ثابت الشدة والاتجاه، وبالتالي فإن المجال المغناطيسي الذي يولده في الملف الابتدائي يكون ثابتًا. المجال المغناطيسي الثابت لا يسبب تغيرًا في الفيض المغناطيسي عبر الملف الثانوي (إلا لحظة وصل أو فصل التيار)، وبالتالي لا تتولد قوة دافعة كهربائية حثية مستمرة في الملف الثانوي.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
لذلك، يعمل المحول الكهربائي على تيار متناوب فقط لأنه هو الوحيد القادر على توليد فيض مغناطيسي متغير باستمرار، وهو الشرط الأساسي لحدوث الحث المتبادل ونقل الطاقة من الملف الابتدائي إلى الثانوي.
سؤال 21: المحوّلات كثيرًا ما يكون السلك المستخدم في ملفات المحوّل المكون من عدد قليل من اللفات سميكًا (مقاومته قليلة)، بينما يكون سلك الملف المكون من عدد كبير من اللفات رفيعًا. لماذا؟
الإجابة: الملف ذو اللفات القليلة (منخفض الجهد عالي التيار)
يستخدم سلكًا سميكًا لتقليل المقاومة وخسائر التسخين. أما ذو
اللفات الكثيرة (عالي الجهد منخفض التيار) فيكفي له سلك رفيع.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
في المحولات، العلاقة بين عدد اللفات والجهد والتيار هي: الملف الذي يحتوي على عدد لفات أقل يكون جهده أقل وتياره أعلى، بينما الملف الذي يحتوي على عدد لفات أكبر يكون جهده أعلى وتياره أقل. هذا يعتمد على مبدأ حفظ القدرة (مع إهمال الخسائر).
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
الملف ذو اللفات القليلة (سواء كان ابتدائيًا في محول خافض أو ثانويًا في محول رافع) يحمل تيارًا عاليًا. لتقليل المقاومة الكهربائية لهذا الملف وبالتالي تقليل فقد الطاقة على شكل حرارة (خسائر جول)، يجب أن يكون سلكه سميكًا، فالمقاومة تتناسب عكسيًا مع مساحة مقطع السلك.
أما الملف ذو اللفات الكثيرة (سواء كان ثانويًا في محول خافض أو ابتدائيًا في محول رافع) فيحمل تيارًا منخفضًا. لذلك، يمكن استخدام سلك رفيع نسبيًا دون أن يؤدي ذلك إلى خسائر حرارية كبيرة أو ارتفاع مفرط في درجة الحرارة.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
إذن، يتم استخدام سلك سميك في الملفات ذات اللفات القليلة التي تحمل تيارًا عاليًا لتقليل المقاومة وفقد الطاقة، بينما يكفي سلك رفيع للملفات ذات اللفات الكثيرة التي تحمل تيارًا منخفضًا.
سؤال 22: المحوّلات الرافعة بالرجوع إلى المحوّل الرافع الموضح في الشكل 15a-4، وضح ما يحدث لتيار الملف الابتدائي إذا أصبحت دائرة الملف الثانوي دائرة قصر.
الإجابة: إذا أصبحت دائرة الثانوي قصرًا، يزداد تياره جدًا، مما
يسحب تيارًا عاليًا في الابتدائي أيضًا لتغذية الحمل، فيسبب
سخونة شديدة وتلف المحوّل أو احتراق المصهر.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
دائرة القصر تعني أن هناك مسارًا ذا مقاومة منخفضة جدًا للتيار، مما يسمح بمرور تيار كبير جدًا. في المحول، إذا أصبحت دائرة الملف الثانوي دائرة قصر، فإن مقاومة الحمل تصبح شبه معدومة.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
عندما تصبح دائرة الملف الثانوي دائرة قصر، يتدفق تيار هائل جدًا عبر الملف الثانوي بسبب انخفاض المقاومة. وفقًا لمبدأ حفظ القدرة في المحول (مع إهمال الخسائر)، فإن القدرة المسحوبة من الملف الابتدائي يجب أن تساوي القدرة الموردة للملف الثانوي.
لذلك، لكي يتمكن الملف الابتدائي من توفير القدرة اللازمة لهذا التيار العالي جدًا في الثانوي، فإنه سيسحب تيارًا عاليًا جدًا من مصدر الطاقة المتصل به.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
إذن، إذا أصبحت دائرة الملف الثانوي دائرة قصر، فإن **تيار الملف الابتدائي سيزداد بشكل كبير جدًا**. هذا الارتفاع الهائل في التيار يمكن أن يؤدي إلى سخونة شديدة للملفات، وتلف المحول، أو احتراق المصاهر (الفيوزات) لحماية الدائرة.
سؤال 23: التفكير الناقد هل تصلح المغانط الدائمة لصنع قلب محوّل جيد؟ وضح إجابتك.
الإجابة: لا تصلح؛ لأن قلب المحوّل يجب أن يُمغنط ويُزال تمغنطه بسهولة مع التيار المتناوب،
بينما المغناطيس الدائم يحتفظ بتمغنطه ويسبب تشبعًا وخسائر أكبر ويقلل الكفاءة.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
قلب المحول الجيد يجب أن يكون مصنوعًا من مادة مغناطيسية لينة (مثل الحديد المطاوع) يمكن مغنطتها وإزالة مغنطتها بسهولة وسرعة مع تغير اتجاه التيار المتناوب. هذا يضمن كفاءة عالية وتقليل فقد الطاقة.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
المغناطيس الدائم، كما يوحي اسمه، يحتفظ بتمغنطه حتى بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. إذا استخدمنا مغناطيسًا دائمًا كقلب للمحول، فإنه لن يتمكن من تغيير اتجاه تمغنطه بسهولة مع كل دورة من دورات التيار المتناوب.
هذا سيؤدي إلى ظاهرة تسمى التشبع المغناطيسي بسرعة، حيث لا يستطيع القلب استيعاب المزيد من خطوط الفيض المغناطيسي، مما يقلل من كفاءة نقل الطاقة. كما أن محاولة تغيير تمغنط المغناطيس الدائم بشكل مستمر ستؤدي إلى خسائر طاقة كبيرة على شكل حرارة (خسائر التخلف المغناطيسي).
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
لذلك، **لا تصلح المغانط الدائمة لصنع قلب محول جيد**، لأنها تحتفظ بتمغنطها ولا تستجيب بمرونة للتغيرات السريعة في المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المتناوب، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة وزيادة الخسائر.