تقويم الفصل 4 - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 2

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

الدرس: تقويم الفصل 4

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 2

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

📋 المحتوى المنظم

📖 محتوى تعليمي مفصّل

تقويم الفصل 4

نوع: محتوى تعليمي

تقويم الفصل 4

52

نوع: QUESTION_HOMEWORK

إذا حركت سلكاً نحاسياً إلى أسفل خلال مجال مغناطيسي B في الشكل 21-4 فأجب عما يلي: a. هل يسري التيار الحثي المتولد في قطعة السلك إلى اليسار أم إلى اليمين؟ b. عندما يتحرك السلك داخل المجال المغناطيسي يسري فيه تيار، وعندها تكون القطعة عبارة عن سلك يسري فيه تيار كهربائي وموضوع داخل مجال مغناطيسي، ويجب أن تؤثر فيه قوة مغناطيسية. ما اتجاه القوة التي ستؤثر في السلك نتيجةً لسريان التيار الحثي؟

53

نوع: QUESTION_HOMEWORK

أسقط مدرس الفيزياء مغناطيسًا قويًا في أنبوب يبطئ شديد، فاعتقد الطلبة في الصف أنه يجب أن تكون هناك قوة معاكسة لقوة الجاذبية. a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس إذا كان القطب المتجه إلى أسفل؟ b. يُنتج التيار الحثي مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟ c. كيف يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط؟

54

نوع: QUESTION_HOMEWORK

المولدات لماذا يكون دوران المولد أكثر صعوبة عندما يكون متصلاً بدائرة كهربائية يمرؤها بالتيار، مقارنةً بدورانه عندما لا يكون متصلاً بدائرة؟

55

نوع: QUESTION_HOMEWORK

وضح لماذا يكون التيار الابتدائي عند تشغيل المحرك كبيراً، وضح أيضاً كيف يمكن تطبيق قانون لنز عند اللحظة t>0؟

56

نوع: QUESTION_HOMEWORK

بالرجوع إلى الشكل 12-4 وبالربط مع قانون لنز، وضح لماذا يتكون قلب المحول الكهربائي من شرائح معزولة؟

57

نوع: QUESTION_HOMEWORK

يصنع محول كهربائي عملي بحيث يحتوي قلبه على شرائح ليست فائقة التوصيل، ولأنه لا يمكن التخلص من التيارات الدوامية نهائياً فإنه يكون هناك فقد قليل للقدرة في قلب المحول. وهذا ما القانون الأساسي الذي يكون من المستحيل معه جعل الطاقة المفقودة صفراً؟

58

نوع: QUESTION_HOMEWORK

اشرح كيفية حدوث الحث المتبادل في المحول؟

59

نوع: QUESTION_HOMEWORK

أسقط قالب قضيبياً مغناطيسياً بحيث كان قطبه الشمالي إلى أسفل في أنبوب نحاسي رأسي. a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب النحاسي في أثناء مرور قطبه الجنوبي؟ b. ينتج التيار الحثي المتولد مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟

إتقان حل المسائل

نوع: محتوى تعليمي

إتقان حل المسائل

1-4 التيار الكهربائي الناتج عن تغير المجالات المغناطيسية

نوع: محتوى تعليمي

1-4 التيار الكهربائي الناتج عن تغير المجالات المغناطيسية

60

نوع: QUESTION_HOMEWORK

يتحرك سلك طوله 20.0 m بسرعة 4.0 m/s عمودياً على مجال مغناطيسي. فإذا تولدت قوة دافعة كهربائية حثية خلاله مقدارها 40 V فما مقدار المجال المغناطيسي في السلك؟

61

نوع: QUESTION_HOMEWORK

الطائرات تطير بسرعة 9.50 × 10² km/h وتمر فوق مقدار المجال المغناطيسي الأرضي فيها T × 10⁻⁵ × 4.5، والمجال المغناطيسي في تلك

نوع: FIGURE_REFERENCE

الشكل 24-4

53

نوع: QUESTION_HOMEWORK

أسقط مدرس الفيزياء مغناطيسًا قويًا في أنبوب يبطئ شديد، فاعتقد الطلبة في الصف أنه يجب أن تكون هناك قوة معاكسة لقوة الجاذبية.

53

نوع: QUESTION_HOMEWORK

a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس إذا كان القطب المتجه إلى أسفل؟

53

نوع: QUESTION_HOMEWORK

b. يُنتج التيار الحثي مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟

53

نوع: QUESTION_HOMEWORK

c. كيف يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط؟

نوع: METADATA

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

نوع: METADATA

130

🔍 عناصر مرئية

الشكل 24-4

A diagram illustrating a bar magnet (labeled N and S poles) falling through a copper tube. Magnetic field lines are shown emanating from the magnet.

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: تقويم الفصل 4 --- تقويم الفصل 4 --- SECTION: 52 --- إذا حركت سلكاً نحاسياً إلى أسفل خلال مجال مغناطيسي B في الشكل 21-4 فأجب عما يلي: a. هل يسري التيار الحثي المتولد في قطعة السلك إلى اليسار أم إلى اليمين؟ b. عندما يتحرك السلك داخل المجال المغناطيسي يسري فيه تيار، وعندها تكون القطعة عبارة عن سلك يسري فيه تيار كهربائي وموضوع داخل مجال مغناطيسي، ويجب أن تؤثر فيه قوة مغناطيسية. ما اتجاه القوة التي ستؤثر في السلك نتيجةً لسريان التيار الحثي؟ --- SECTION: 53 --- أسقط مدرس الفيزياء مغناطيسًا قويًا في أنبوب يبطئ شديد، فاعتقد الطلبة في الصف أنه يجب أن تكون هناك قوة معاكسة لقوة الجاذبية. a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس إذا كان القطب المتجه إلى أسفل؟ b. يُنتج التيار الحثي مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟ c. كيف يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط؟ --- SECTION: 54 --- المولدات لماذا يكون دوران المولد أكثر صعوبة عندما يكون متصلاً بدائرة كهربائية يمرؤها بالتيار، مقارنةً بدورانه عندما لا يكون متصلاً بدائرة؟ --- SECTION: 55 --- وضح لماذا يكون التيار الابتدائي عند تشغيل المحرك كبيراً، وضح أيضاً كيف يمكن تطبيق قانون لنز عند اللحظة t>0؟ --- SECTION: 56 --- بالرجوع إلى الشكل 12-4 وبالربط مع قانون لنز، وضح لماذا يتكون قلب المحول الكهربائي من شرائح معزولة؟ --- SECTION: 57 --- يصنع محول كهربائي عملي بحيث يحتوي قلبه على شرائح ليست فائقة التوصيل، ولأنه لا يمكن التخلص من التيارات الدوامية نهائياً فإنه يكون هناك فقد قليل للقدرة في قلب المحول. وهذا ما القانون الأساسي الذي يكون من المستحيل معه جعل الطاقة المفقودة صفراً؟ --- SECTION: 58 --- اشرح كيفية حدوث الحث المتبادل في المحول؟ --- SECTION: 59 --- أسقط قالب قضيبياً مغناطيسياً بحيث كان قطبه الشمالي إلى أسفل في أنبوب نحاسي رأسي. a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب النحاسي في أثناء مرور قطبه الجنوبي؟ b. ينتج التيار الحثي المتولد مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟ --- SECTION: إتقان حل المسائل --- إتقان حل المسائل --- SECTION: 1-4 التيار الكهربائي الناتج عن تغير المجالات المغناطيسية --- 1-4 التيار الكهربائي الناتج عن تغير المجالات المغناطيسية --- SECTION: 60 --- يتحرك سلك طوله 20.0 m بسرعة 4.0 m/s عمودياً على مجال مغناطيسي. فإذا تولدت قوة دافعة كهربائية حثية خلاله مقدارها 40 V فما مقدار المجال المغناطيسي في السلك؟ --- SECTION: 61 --- الطائرات تطير بسرعة 9.50 × 10² km/h وتمر فوق مقدار المجال المغناطيسي الأرضي فيها T × 10⁻⁵ × 4.5، والمجال المغناطيسي في تلك الشكل 24-4 --- SECTION: 53 --- أسقط مدرس الفيزياء مغناطيسًا قويًا في أنبوب يبطئ شديد، فاعتقد الطلبة في الصف أنه يجب أن تكون هناك قوة معاكسة لقوة الجاذبية. --- SECTION: 53 --- a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس إذا كان القطب المتجه إلى أسفل؟ --- SECTION: 53 --- b. يُنتج التيار الحثي مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟ --- SECTION: 53 --- c. كيف يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط؟ وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 130 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 24-4 Description: A diagram illustrating a bar magnet (labeled N and S poles) falling through a copper tube. Magnetic field lines are shown emanating from the magnet. Context: Illustrates the concept of induced currents and magnetic forces opposing motion in a conductor, as described in question 53.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 10

سؤال 52: 52. إذا حركت سلكاً نحاسياً إلى أسفل خلال مجال مغناطيسي B كما في الشكل 21-4 فأجب عما يلي: a. هل يسري التيار الحثي المتولد في قطعة السلك إلى اليسار أم إلى اليمين؟ b. عندما يتحرك السلك داخل المجال المغناطيسي يسري فيه تيار، وعندها تكون القطعة عبارة عن سلك يسري فيه تيار كهربائي وموضوع داخل مجال مغناطيسي، ويجب أن تؤثر فيه قوة مغناطيسية. ما اتجاه القوة التي ستؤثر في السلك نتيجةً لسريان التيار الحثي؟

الإجابة: س 52: أ) يسري التيار يميناً. ب) تؤثر قوة مغناطيسية لأعلى.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (تحليل السؤال):** لدينا سلك نحاسي يتحرك إلى أسفل داخل مجال مغناطيسي (B). المطلوب تحديد اتجاه التيار الحثي المتولد واتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك نتيجة لهذا التيار.
  2. **الخطوة 2 (تحديد اتجاه التيار الحثي - قاعدة اليد اليمنى):** نستخدم قاعدة اليد اليمنى لتحديد اتجاه التيار الحثي. إذا كانت حركة السلك (الإبهام) إلى أسفل، والمجال المغناطيسي (السبابة) باتجاه معين (نفترض أنه خارج من الصفحة أو داخل إليها حسب الشكل 21-4 الذي لم يرفق، لكن سنفترض اتجاهًا شائعًا لغرض الشرح، مثلاً إلى اليمين أو اليسار)، فإن التيار الحثي (الوسطى) سيتولد باتجاه عمودي عليهما. بناءً على الإجابة المعطاة، فإن التيار يسري يميناً، وهذا يعني أن المجال المغناطيسي كان باتجاه معين يسمح بتوليد تيار لليمين عند حركة السلك للأسفل.
  3. **الخطوة 3 (تحديد اتجاه القوة المغناطيسية - قاعدة اليد اليسرى):** الآن لدينا سلك يسري فيه تيار (لليمين حسب الجزء أ) وموضوع داخل مجال مغناطيسي (نفس المجال الأصلي). نستخدم قاعدة اليد اليسرى لتحديد اتجاه القوة المغناطيسية. إذا كان التيار (السبابة) لليمين، والمجال المغناطيسي (الوسطى) باتجاه معين، فإن القوة (الإبهام) ستكون باتجاه عمودي عليهما. بما أن الإجابة تشير إلى أن القوة لأعلى، فهذا يعني أن المجال المغناطيسي كان باتجاه يسمح بتوليد قوة لأعلى عندما يسري التيار لليمين.
  4. **الخطوة 4 (النتيجة):** بناءً على تطبيق القواعد الفيزيائية: a. يسري التيار الحثي المتولد في قطعة السلك إلى **اليمين**. b. تؤثر قوة مغناطيسية في السلك نتيجةً لسريان التيار الحثي **لأعلى**.

سؤال 53: 53. أسقط مدرس الفيزياء مغناطيسًا قويًا في أنبوب نحاسي، كما في الشكل 24-4، فتحرك المغناطيس ببطء شديد، فاعتقد الطلبة في الصف أنه يجب أن تكون هناك قوة معاكسة لقوة الجاذبية. a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس إذا كان القطب الجنوبي للمغناطيس هو القطب المتجه إلى أسفل؟ b. يُنتج التيار الحثي مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟ c. كيف يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط؟

الإجابة: س 53: أ) تيار دوامي: أسفل المغناطيس (مع العقارب)، وأعلاه (عكس). ب) المجال الناتج: أسفل المغناطيس (لأسفل)، وأعلاه (لأعلى). ج) تنشأ قوة كبح لأعلى تقلل العجلة، وتتحول الطاقة لحرارة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي - قانون لنز):** الفكرة الرئيسية هنا هي قانون لنز، الذي ينص على أن اتجاه التيار الحثي المتولد يكون بحيث يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي الذي سببه. عندما يسقط المغناطيس، يتغير التدفق المغناطيسي عبر الأنبوب النحاسي، مما يولد تياراً حثياً.
  2. **الخطوة 2 (تحديد اتجاه التيار الحثي - الجزء أ):** عندما يسقط القطب الجنوبي للمغناطيس إلى أسفل داخل الأنبوب، فإن التدفق المغناطيسي المتجه لأسفل يزداد. لمقاومة هذا التغير، سيحاول الأنبوب توليد مجال مغناطيسي يقاوم هذا السقوط. هذا يعني أن الأنبوب سيولد قطباً جنوبياً في الأسفل (لمقاومة القطب الجنوبي الساقط) وقطباً شمالياً في الأعلى (لمقاومة ابتعاد القطب الشمالي الوهمي). لتوليد قطب جنوبي في الأسفل، يجب أن يسري تيار دوامي باتجاه عقارب الساعة (عند النظر من الأعلى) أسفل المغناطيس. ولتوليد قطب شمالي في الأعلى، يجب أن يسري تيار دوامي عكس عقارب الساعة أعلى المغناطيس.
  3. **الخطوة 3 (تحديد اتجاه المجال المغناطيسي الناتج - الجزء ب):** التيار الحثي المتولد (الدوامي) في الأنبوب ينتج مجالاً مغناطيسياً خاصاً به. التيار الدوامي الذي يسري باتجاه عقارب الساعة أسفل المغناطيس سيولد مجالاً مغناطيسياً يشير إلى الأسفل (قطب جنوبي). والتيار الدوامي الذي يسري عكس عقارب الساعة أعلى المغناطيس سيولد مجالاً مغناطيسياً يشير إلى الأعلى (قطب شمالي). هذا المجال الناتج هو الذي يقاوم حركة المغناطيس.
  4. **الخطوة 4 (شرح آلية تقليل التسارع - الجزء ج):** المجال المغناطيسي الناتج عن التيارات الدوامية في الأنبوب يتفاعل مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الساقط. هذا التفاعل يولد قوة مغناطيسية معاكسة لاتجاه حركة المغناطيس (قوة كبح) تدفعه للأعلى، مما يقلل من تسارعه. هذه القوة المعاكسة هي تجسيد لقانون لنز. الطاقة الحركية للمغناطيس لا تُفقد، بل تتحول إلى طاقة حرارية في الأنبوب النحاسي بسبب مقاومة الأنبوب لسريان التيارات الدوامية.
  5. **الخطوة 5 (النتيجة):** a. اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس (القطب الجنوبي لأسفل): تيار دوامي **مع عقارب الساعة** أسفل المغناطيس، و **عكس عقارب الساعة** أعلاه. b. اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الحثي: **لأسفل** أسفل المغناطيس، و **لأعلى** أعلاه. c. يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط عن طريق توليد **قوة كبح لأعلى** تقاوم حركة السقوط، وتتحول الطاقة المفقودة إلى **حرارة** في الأنبوب.

سؤال 54: 54. المولدات لماذا يكون دوران المولد أكثر صعوبة عندما يكون متصلاً بدائرة كهربائية يزودها بالتيار، مقارنةً بدورانه عندما لا يكون متصلاً بدائرة ما؟

الإجابة: س 54: لأن تيار المولد يولد مجالاً يُحدث عزماً معاكساً للدوران (قانون لنز)، فيحتاج عزماً أكبر.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** عندما يدور المولد، فإنه يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. إذا لم يكن المولد متصلاً بدائرة كهربائية، فلن يمر تيار كهربائي كبير فيه (باستثناء تيارات صغيرة جداً قد تكون موجودة). في هذه الحالة، تكون المقاومة لدورانه قليلة نسبياً. أما عندما يتصل المولد بدائرة كهربائية ويزودها بالتيار، فإن هذا التيار الكهربائي المتولد في ملفات المولد يولد بدوره مجالاً مغناطيسياً خاصاً به. وفقاً لقانون لنز، فإن هذا المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الحثي يكون اتجاهه بحيث يقاوم الحركة الأصلية التي سببت تولده. في حالة المولد، هذا يعني أن المجال المغناطيسي الناتج عن التيار سيولد عزماً مغناطيسياً معاكساً لعزم الدوران الذي يحاول تدوير المولد. للتغلب على هذا العزم المعاكس والحفاظ على دوران المولد، يجب بذل جهد أكبر وتطبيق عزم دوران خارجي أكبر. هذا هو السبب في أن دوران المولد يصبح أكثر صعوبة عندما يكون متصلاً بدائرة كهربائية ويزودها بالتيار. إذن الإجابة هي: **لأن تيار المولد يولد مجالاً مغناطيسياً يُحدث عزماً معاكساً لاتجاه الدوران (وفقاً لقانون لنز)، وبالتالي يحتاج المولد إلى عزم دوران أكبر للحفاظ على حركته.**

سؤال 55: 55. وضح لماذا يكون التيار الابتدائي عند تشغيل المحرك كبيراً. وضح أيضاً كيف يمكن تطبيق قانون لنز عند اللحظة t > 0؟

الإجابة: س 55: عند البدء تكون (Back emf = 0) فيكون التيار كبيراً. مع الدوران يتولد جهد عكسي يقلل التيار (لنز).

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** عند تشغيل المحرك الكهربائي، تكون ملفاته ثابتة في البداية (أي أن سرعة دورانها صفر). في هذه اللحظة، لا يوجد أي حركة نسبية بين ملفات المحرك والمجال المغناطيسي، وبالتالي لا تتولد قوة دافعة كهربائية حثية عكسية (Back EMF) في الملفات. القوة الدافعة الكهربائية الحثية العكسية هي جهد يتولد في المحرك أثناء دورانه ويعمل على مقاومة الجهد الأصلي المطبق عليه. بما أن القوة الدافعة الكهربائية الحثية العكسية تكون صفراً عند البدء، فإن الجهد الكلي المطبق على ملفات المحرك يكون هو جهد المصدر بالكامل. وبما أن مقاومة ملفات المحرك عادة ما تكون صغيرة، فإن التيار الابتدائي الذي يسري في المحرك يكون كبيراً جداً (وفقاً لقانون أوم: $I = V/R$). أما بالنسبة لتطبيق قانون لنز عند اللحظة $t > 0$ (أي بعد بدء دوران المحرك)، فمع بدء دوران المحرك، تبدأ ملفاته في التحرك داخل المجال المغناطيسي. هذه الحركة تؤدي إلى توليد قوة دافعة كهربائية حثية عكسية (Back EMF) في الملفات. وفقاً لقانون لنز، يكون اتجاه هذه القوة الدافعة الكهربائية الحثية العكسية بحيث تقاوم التغير الذي سببها، أي أنها تقاوم الجهد الأصلي المطبق على المحرك. وبالتالي، فإن الجهد الفعال الذي يمر عبر ملفات المحرك يقل ($V_{فعال} = V_{مصدر} - V_{حثية عكسية}$)، مما يؤدي إلى انخفاض التيار المار في المحرك بعد لحظة البدء. إذن الإجابة هي: **عند البدء، تكون القوة الدافعة الكهربائية الحثية العكسية (Back EMF) تساوي صفراً، فيكون التيار كبيراً جداً. ومع بدء دوران المحرك ($t > 0$)، يتولد جهد حثي عكسي (وفقاً لقانون لنز) يقاوم الجهد الأصلي المطبق، مما يقلل من التيار المار في المحرك.**

سؤال 56: 56. بالرجوع إلى الشكل 12-4 وبالربط مع قانون لنز، وضح لماذا يتكون قلب المحول الكهربائي من شرائح معزولة؟

الإجابة: س 56: لتقليل التيارات الدوامية التي تسبب فقد القدرة (حرارة)؛ فالشرائح تزيد المقاومة وتقلل هذه التيارات.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** في المحول الكهربائي، يمر تيار متناوب في الملف الابتدائي، مما يولد مجالاً مغناطيسياً متغيراً. هذا المجال المغناطيسي المتغير يمر عبر قلب المحول ويصل إلى الملف الثانوي. التغير المستمر في التدفق المغناطيسي عبر قلب المحول يمكن أن يولد تيارات حثية داخل مادة القلب نفسها، تُعرف بالتيارات الدوامية. وفقاً لقانون لنز، فإن هذه التيارات الدوامية تولد مجالاً مغناطيسياً خاصاً بها يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي الأصلي. بالإضافة إلى ذلك، فإن سريان هذه التيارات الدوامية داخل مادة القلب (التي لها مقاومة كهربائية) يؤدي إلى تبديد الطاقة على شكل حرارة (فقد في القدرة). هذا الفقد الحراري يقلل من كفاءة المحول ويزيد من درجة حرارته. لتقليل هذه التيارات الدوامية وفقد الطاقة الناتج عنها، يُصنع قلب المحول من شرائح رقيقة من الحديد المطاوع المعزولة عن بعضها البعض بدلاً من قطعة واحدة صلبة. تعمل هذه الشرائح المعزولة على زيادة المقاومة الكهربائية للمسارات التي يمكن أن تسلكها التيارات الدوامية، مما يقلل بشكل كبير من شدتها وبالتالي يقلل من فقد القدرة على شكل حرارة. هذا التصميم يضمن أن معظم الطاقة المغناطيسية تنتقل بكفاءة من الملف الابتدائي إلى الثانوي دون تبديد كبير داخل القلب. إذن الإجابة هي: **يتكون قلب المحول الكهربائي من شرائح معزولة لتقليل التيارات الدوامية التي تتولد فيه بسبب التغير في التدفق المغناطيسي. هذه التيارات الدوامية تسبب فقدان القدرة على شكل حرارة (وفقاً لقانون لنز)، والشرائح تزيد من المقاومة الكهربائية لمسارات هذه التيارات وتقلل من شدتها، وبالتالي تقلل من فقد الطاقة وتحسن كفاءة المحول.**

سؤال 57: 57. يصنع محول كهربائي عملي بحيث يحتوي قلبه على شرائح ليست فائقة التوصيل. ولأنه لا يمكن التخلص من التيارات الدوامية نهائياً فإنه يكون هناك فقد قليل للقدرة في قلب المحول. وهذا يعني وجود فقد مستمر للقدرة في قلب المحول. ما القانون الأساسي الذي يكون من المستحيل معه جعل الطاقة المفقودة صفراً؟

الإجابة: س 57: القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (فهم السؤال):** السؤال يتحدث عن حقيقة أنه حتى في المحولات المصممة لتقليل فقد الطاقة (مثل استخدام الشرائح المعزولة)، لا يمكن التخلص من فقد القدرة تماماً. هذا يعني أن هناك دائماً بعض الطاقة المفقودة على شكل حرارة أو أشكال أخرى. المطلوب هو تحديد القانون الفيزيائي الأساسي الذي يجعل من المستحيل جعل الطاقة المفقودة صفراً.
  2. **الخطوة 2 (مراجعة قوانين الديناميكا الحرارية):** قوانين الديناميكا الحرارية تحكم تحولات الطاقة. القانون الأول للديناميكا الحرارية هو قانون حفظ الطاقة، والذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم. أما القانون الثاني للديناميكا الحرارية، فينص على أن الإنتروبيا (الفوضى أو العشوائية) الكلية لأي نظام معزول لا يمكن أن تنقص بمرور الوقت، بل تزداد أو تبقى ثابتة في العمليات العكسية المثالية. هذا يعني عملياً أن أي عملية تحويل طاقة حقيقية ستؤدي حتماً إلى تبديد جزء من الطاقة على شكل حرارة غير قابلة للاستخدام، مما يزيد من إنتروبيا الكون.
  3. **الخطوة 3 (ربط المفهوم بالإجابة):** عدم إمكانية التخلص من فقد الطاقة تماماً في أي نظام عملي (مثل المحول) هو نتيجة مباشرة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. هذا القانون يفرض حدوداً على كفاءة تحويل الطاقة، ويجعل من المستحيل تحقيق كفاءة 100% (أي عدم وجود أي فقد للطاقة). دائماً ما يكون هناك جزء من الطاقة يتحول إلى شكل غير مرغوب فيه، مثل الحرارة، مما يجعله غير قابل للاستخدام بالكامل في الغرض الأصلي.
  4. **الخطوة 4 (النتيجة):** القانون الأساسي الذي يجعل من المستحيل جعل الطاقة المفقودة صفراً هو **القانون الثاني للديناميكا الحرارية**.

سؤال 58: 58. اشرح كيفية حدوث الحث المتبادل في المحول؟

الإجابة: س 58: تيار متناوب في الابتدائي يولد فيضاً متغيراً يقطع الثانوي فيتولد جهد حثي (حث متبادل).

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** الحث المتبادل هو ظاهرة تتولد فيها قوة دافعة كهربائية حثية في ملف نتيجة للتغير في التيار الكهربائي في ملف آخر قريب منه. في المحول الكهربائي، يتم تحقيق ذلك من خلال الترتيب التالي: 1. **الملف الابتدائي:** يتم توصيل الملف الابتدائي للمحول بمصدر تيار متناوب. التيار المتناوب يعني أن شدة التيار واتجاهه يتغيران باستمرار. 2. **المجال المغناطيسي المتغير:** عندما يمر تيار متناوب في الملف الابتدائي، فإنه يولد مجالاً مغناطيسياً حوله. وبما أن التيار يتغير باستمرار، فإن شدة واتجاه هذا المجال المغناطيسي تتغير أيضاً باستمرار. 3. **القلب الحديدي:** عادةً ما يحتوي المحول على قلب حديدي (أو من مادة مغناطيسية أخرى) يحيط بالملفين الابتدائي والثانوي. وظيفة هذا القلب هي تركيز خطوط المجال المغناطيسي وتوجيهها من الملف الابتدائي لتمر عبر الملف الثانوي بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. 4. **قطع الفيض المغناطيسي:** المجال المغناطيسي المتغير الذي ينتجه الملف الابتدائي يمر عبر القلب الحديدي ويقطع لفات الملف الثانوي. هذا التغير في الفيض المغناطيسي الذي يقطع الملف الثانوي هو الشرط الأساسي لتوليد قوة دافعة كهربائية حثية. 5. **توليد الجهد الحثي:** وفقاً لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، فإن التغير في الفيض المغناطيسي الذي يقطع الملف الثانوي يولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية (جهد حثي). هذا الجهد الحثي هو ما يظهر على أطراف الملف الثانوي ويمكن استخدامه لتشغيل الأجهزة الكهربائية. هذه العملية التي يتم فيها نقل الطاقة من الملف الابتدائي إلى الثانوي عبر مجال مغناطيسي متغير هي ما يُعرف بالحث المتبادل. إذن الإجابة هي: **يسري تيار متناوب في الملف الابتدائي للمحول، مما يولد مجالاً مغناطيسياً متغيراً. هذا المجال المغناطيسي المتغير يمر عبر القلب الحديدي ويقطع لفات الملف الثانوي، فيتولد في الملف الثانوي قوة دافعة كهربائية حثية (جهد حثي) نتيجة لهذه الظاهرة التي تسمى الحث المتبادل.**

سؤال 59: 59. أسقط طالب قضيباً مغناطيسياً بحيث كان قطبه الشمالي إلى أسفل في أنبوب نحاسي رأسي. a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب النحاسي في أثناء مرور قطبه الجنوبي؟ b. ينتج التيار الحثي المتولد مجالاً مغناطيسياً. ما اتجاه هذا المجال؟

الإجابة: س 59: أ) تيار دوامي مع عقارب الساعة. ب) مجال مغناطيسي لأسفل (يقاوم الحركة).

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي - قانون لنز):** عندما يسقط المغناطيس في الأنبوب النحاسي، يحدث تغير في التدفق المغناطيسي عبر الأنبوب. وفقاً لقانون لنز، فإن التيار الحثي المتولد في الأنبوب سيقاوم هذا التغير في التدفق المغناطيسي، وبالتالي سيقاوم حركة المغناطيس.
  2. **الخطوة 2 (تحديد اتجاه التيار الحثي - الجزء أ):** السؤال يذكر أن الطالب أسقط قضيباً مغناطيسياً بقطبه الشمالي إلى أسفل أولاً، ثم يسأل عن اتجاه التيار الحثي أثناء مرور قطبه الجنوبي. هذا يعني أن القطب الجنوبي للمغناطيس الآن هو الذي يتحرك داخل الأنبوب (أو يغادره). لنفترض أن القطب الجنوبي يتحرك إلى أسفل داخل الأنبوب. عندما يقترب القطب الجنوبي من جزء معين من الأنبوب، يزداد التدفق المغناطيسي المتجه نحو الأسفل (من القطب الجنوبي). لمقاومة هذا الاقتراب، سيحاول الأنبوب توليد قطب جنوبي في الجزء المقابل له لدفعه بعيداً. لتوليد قطب جنوبي (مجال لأسفل) باستخدام قاعدة اليد اليمنى للملفات، يجب أن يسري تيار دوامي باتجاه **عقارب الساعة** (عند النظر من الأعلى) في الأنبوب حول القطب الجنوبي المتحرك.
  3. **الخطوة 3 (تحديد اتجاه المجال المغناطيسي الناتج - الجزء ب):** التيار الحثي الدوامي الذي يسري باتجاه عقارب الساعة (كما حددنا في الجزء أ) يولد مجالاً مغناطيسياً خاصاً به. باستخدام قاعدة اليد اليمنى للملفات، إذا كانت أصابع اليد تشير إلى اتجاه التيار (مع عقارب الساعة)، فإن الإبهام يشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي الناتج. في هذه الحالة، سيكون اتجاه المجال المغناطيسي الناتج **لأسفل**. هذا المجال المغناطيسي المتجه لأسفل هو الذي يتفاعل مع القطب الجنوبي للمغناطيس (الذي ينتج مجالاً لأسفل) ليولد قوة تنافر تدفع المغناطيس للأعلى، وبالتالي يقاوم حركته الساقطة، وهو ما يتفق مع قانون لنز.
  4. **الخطوة 4 (النتيجة):** a. اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب النحاسي في أثناء مرور قطبه الجنوبي (لأسفل) هو **تيار دوامي مع عقارب الساعة**. b. ينتج التيار الحثي المتولد مجالاً مغناطيسياً اتجاهه **لأسفل** (مما يقاوم حركة المغناطيس).

سؤال 60: 60. يتحرك سلك طوله 20.0 m بسرعة 4.0 m/s عمودياً على مجال مغناطيسي. فإذا تولدت قوة دافعة كهربائية حثية خلاله مقدارها 40 V فما مقدار المجال المغناطيسي؟

الإجابة: س 60: $B = \frac{\varepsilon}{Lv} = 0.50 T$

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا من قيم في السؤال: - طول السلك: $L = 20.0 \text{ m}$ - سرعة حركة السلك: $v = 4.0 \text{ m/s}$ - القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة: $\varepsilon = 40 \text{ V}$ المطلوب هو حساب مقدار المجال المغناطيسي $B$.
  2. **الخطوة 2 (القانون):** عندما يتحرك سلك عمودياً على مجال مغناطيسي، تتولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية (جهد حثي) يمكن حسابها باستخدام العلاقة: $$\varepsilon = B L v$$
  3. **الخطوة 3 (الحل):** لإيجاد مقدار المجال المغناطيسي $B$، نعيد ترتيب القانون ليصبح: $$B = \frac{\varepsilon}{L v}$$ الآن نعوض بالقيم المعطاة: $$B = \frac{40 \text{ V}}{(20.0 \text{ m})(4.0 \text{ m/s})}$$ $$B = \frac{40}{80}$$ $$B = 0.50$$
  4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن مقدار المجال المغناطيسي هو **0.50 T** (تيسلا).

سؤال 61: 61. الطائرات تطير طائرة بسرعة $9.50 \times 10^2 km/h$ وتمر فوق منطقة مقدار المجال المغناطيسي الأرضي فيها $4.5 \times 10^{-5} T$، والمجال المغناطيسي في تلك المنطقة عمودي على جناحي الطائرة اللذين طولهما 75 m. ما مقدار القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة بين طرفي جناحيها؟

الإجابة: س 61: $v = 264 m/s$ $\varepsilon = BLv \approx 0.89 V$

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا من قيم في السؤال: - سرعة الطائرة: $v = 9.50 \times 10^2 \text{ km/h}$ - مقدار المجال المغناطيسي الأرضي: $B = 4.5 \times 10^{-5} \text{ T}$ - طول جناحي الطائرة: $L = 75 \text{ m}$ المطلوب هو حساب مقدار القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة $\varepsilon$.
  2. **الخطوة 2 (تحويل الوحدات):** نلاحظ أن السرعة معطاة بوحدة كيلومتر لكل ساعة (km/h)، بينما يجب أن تكون بوحدة متر لكل ثانية (m/s) لتتوافق مع وحدات النظام الدولي (SI) المستخدمة في القانون. لتحويل السرعة من km/h إلى m/s، نقسم على 3.6: $$v = 9.50 \times 10^2 \text{ km/h} = 950 \text{ km/h}$$ $$v = \frac{950 \times 1000 \text{ m}}{3600 \text{ s}}$$ $$v = \frac{950000}{3600} \approx 263.89 \text{ m/s}$$ يمكن تقريبها إلى $264 \text{ m/s}$.
  3. **الخطوة 3 (القانون):** عندما يتحرك جسم (مثل جناحي الطائرة) عمودياً على مجال مغناطيسي، تتولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية (جهد حثي) يمكن حسابها باستخدام العلاقة: $$\varepsilon = B L v$$
  4. **الخطوة 4 (الحل):** الآن نعوض بالقيم المعطاة بعد تحويل السرعة: $$B = 4.5 \times 10^{-5} \text{ T}$$ $$L = 75 \text{ m}$$ $$v \approx 264 \text{ m/s}$$ $$\varepsilon = (4.5 \times 10^{-5}) \times (75) \times (264)$$ $$\varepsilon = 0.000045 \times 75 \times 264$$ $$\varepsilon = 0.891 \text{ V}$$
  5. **الخطوة 5 (النتيجة):** إذن مقدار القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة بين طرفي جناحي الطائرة هو تقريباً **0.89 V**.