📋 المحتوى المنظم
📖 محتوى تعليمي مفصّل
نوع: محتوى تعليمي
وتمثل شفرة كل حزمتين وحدة صغيرة (bit) واحدة من المعلومات. وتمثل الحزمتان
المتتاليتان اللتان تشير أقطابهما إلى الاتجاه نفسه الرمز 0. أما الحزمتان المغناطيسيتان اللتان
تشير أقطابهما إلى اتجاهين متعاكسين فتمثلان الرمز 1. وينعكس تيار التسجيل دائمًا عندما
يبدأ رأس القراءة/الكتابة بتسجيل وحدة المعلومات اللاحقة.
لا سترجاع المعلومات لا يتم إرسال أي تيار إلى رأس القراءة/الكتابة، وبدلاً من ذلك
تعمل الحزم المغنطيسية الموجودة على القرص على توليد تيار في الملف بطريقة الحث عندما
يدور القرص تحت الرأس. وتغيرات اتجاه التيار المتولد بالحث تستشعر بالحاسوب
باستعمال النظام الثنائي في العد (صفر، واحد).
نوع: محتوى تعليمي
3-2 مراجعة
25
نوع: QUESTION_HOMEWORK
القوى المغناطيسية تخيل أن سلكًا يمتد شرق –
غرب متعامدًا مع المجال المغناطيسي الأرضي،
ويجري فيه تيار إلى الشرق، فما اتجاه القوة المؤثرة في
السلك؟
26
نوع: QUESTION_HOMEWORK
الانحراف تقترب حزمة إلكترونات في أنبوب
الأشعة المهبطية من المغناط التي تحرفها. فإذا كان
القطب الشمالي في أعلى الأنبوب والقطب الجنوبي
في أسفله، وكنت تنظر إلى الأنبوب من جهة الشاشة
الفوسفورية، ففي أي اتجاه تنحرف الإلكترونات؟
27
نوع: QUESTION_HOMEWORK
الجلفانومتر قارن بين مخطط الجلفانومتر الموضح
في الشكل 19-3 ومخطط المحرك الموضح في
الشكل 21-3. ما أوجه التشابه والاختلاف بينهما؟
28
نوع: QUESTION_HOMEWORK
المحركات الكهربائية عندما يتعامد مستوى ملف
المحرك مع المجال المغناطيسي لا تنتج القوى عزماً
نوع: محتوى تعليمي
على الملف، فهل هذا يعني أن الملف لا يدور؟ وضح
إجابتك.
29
نوع: QUESTION_HOMEWORK
المقاومة الكهربائية يحتاج جلفانومتر إلى 180
μA لكي ينحرف مؤشره إلى أقصى تدريج. ما مقدار
المقاومة الكلية (مقاومة الجلفانومتر ومقاومة
الجزء) اللازمة للحصول على فولتميتر أقصى
تدريج يقيسه V 5.0؟
30
نوع: QUESTION_HOMEWORK
التفكير الناقد كيف يمكنك معرفة أن القوتين بين
سلكين متوازيين يمر فيهما تياران ناتجتان عن الجذب
المغناطيسي بينهما وليستا ناتجتين عن الكهرباء
السكونية؟ تنبه: فكر في نوع الشحنات عندما تكون
القوة تجاهبا، ثم فكر في القوى عندما يكون هناك
ثلاثة أسلاك متوازية تحمل تيارات في الاتجاه نفسه.
✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية
عدد الأسئلة: 6
سؤال 25: القوى المغناطيسية تخيل أن سلكًا يمتد شرق – غرب متعامدًا مع المجال المغناطيسي الأرضي، ويجري فيه تيار إلى الشرق، فما اتجاه القوة المؤثرة في السلك؟
الإجابة: تكون القوة إلى أعلى (عمودياً لأعلى).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
لتحديد اتجاه القوة المؤثرة على سلك يمر به تيار في مجال مغناطيسي، نستخدم قاعدة اليد اليمنى الثالثة (أو قاعدة اليد اليمنى للموصل).
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
- اتجاه التيار (I): إلى الشرق (نضع الإبهام باتجاه الشرق).
- اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي (B): بما أن السلك يمتد شرق-غرب ومتعامد مع المجال المغناطيسي الأرضي، فإن المجال المغناطيسي الأرضي (مركبته الأفقية) تكون عادةً باتجاه الشمال (نضع بقية الأصابع باتجاه الشمال).
- اتجاه القوة (F): إذا وجهت إبهام يدك اليمنى نحو الشرق (اتجاه التيار) وأصابعك نحو الشمال (اتجاه المجال)، فإن باطن يدك سيشير إلى الأعلى.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
إذن، اتجاه القوة المؤثرة في السلك هو **إلى أعلى (عمودياً لأعلى)**.
سؤال 26: الانحراف تقترب حزمة إلكترونات في أنبوب الأشعة المهبطية من المغانط التي تحرفها. فإذا كان القطب الشمالي في أعلى الأنبوب والقطب الجنوبي في أسفله، وكنت تنظر إلى الأنبوب من جهة الشاشة الفوسفورية، ففي أي اتجاه تنحرف الإلكترونات؟
الإجابة: تنحرف الإلكترونات نحو اليسار (كما تراها وأنت تنظر من جهة الشاشة).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
لتحديد اتجاه القوة المؤثرة على جسيم مشحون متحرك في مجال مغناطيسي، نستخدم قاعدة اليد اليمنى للجسيمات المشحونة. لكن يجب أن نتذكر أن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة، لذا يكون اتجاه القوة عليها معاكساً للاتجاه الذي تشير إليه القاعدة للشحنات الموجبة.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
- اتجاه حركة الإلكترونات (v): الإلكترونات تقترب من الشاشة، لذا اتجاه حركتها يكون بعيداً عنك (نحو داخل الشاشة).
- اتجاه المجال المغناطيسي (B): القطب الشمالي في الأعلى والجنوبي في الأسفل، مما يعني أن خطوط المجال تتجه من الأعلى إلى الأسفل (نحو الأسفل).
- تطبيق قاعدة اليد اليمنى للشحنات الموجبة: إذا وجهت أصابعك نحو الأسفل (اتجاه المجال B) وإبهامك بعيداً عنك (اتجاه سرعة الشحنة الموجبة v)، فإن باطن يدك سيشير إلى اليمين.
- اتجاه القوة على الإلكترونات (F): بما أن الإلكترونات سالبة الشحنة، فإن اتجاه القوة عليها يكون معاكساً للاتجاه الذي أشرنا إليه للشحنات الموجبة.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
إذن، تنحرف الإلكترونات **نحو اليسار (كما تراها وأنت تنظر من جهة الشاشة)**.
سؤال 27: الجلفانومتر قارن بين مخطط الجلفانومتر الموضح في الشكل 19-3 ومخطط المحرك الموضح في الشكل 21-3. ما أوجه التشابه والاختلاف بينهما؟
الإجابة: - التشابه: كلاهما يحتوي ملفاً يمر به تيار داخل مجال مغناطيسي فتؤثر قوتان وتنتج
عزماً.
- الاختلاف:
- الجلفانومتر: دوران محدود، نوابض إرجاع (جهاز قياس).
- المحرك: دوران مستمر، مبدّل تيار (تحويل طاقة).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (التشابه):**
كلا الجهازين (الجلفانومتر والمحرك الكهربائي) يعتمدان على المبدأ الفيزيائي نفسه: ملف يمر به تيار كهربائي يوضع داخل مجال مغناطيسي، مما يؤدي إلى توليد قوى مغناطيسية على جانبي الملف. هذه القوى تنتج عزماً يتسبب في دوران الملف.
- **الخطوة 2 (الاختلاف - الجلفانومتر):**
الجلفانومتر مصمم لقياس التيارات الصغيرة. دورانه محدود بسبب وجود نوابض إرجاع تعيد المؤشر إلى الصفر عند انقطاع التيار. هو جهاز قياس يحول الطاقة الكهربائية إلى حركة دورانية محدودة تشير إلى قيمة التيار.
- **الخطوة 3 (الاختلاف - المحرك):**
المحرك الكهربائي مصمم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية دورانية مستمرة. لتحقيق الدوران المستمر، يحتوي المحرك على مبدّل تيار (مبادل) يعكس اتجاه التيار في الملف كل نصف دورة، مما يضمن استمرار العزم في نفس الاتجاه ويحافظ على الدوران.
سؤال 28: المحركات الكهربائية عندما يتعامد مستوى ملف المحرك مع المجال المغناطيسي لا تنتج القوى عزماً على الملف، فهل هذا يعني أن الملف لا يدور؟ وضح إجابتك.
الإجابة: لا. عند هذه الوضعية يكون العزم لحظياً صفراً، لكن الملف
يكمل الدوران بالقصور الذاتي، كما أن مبدّل التيار يعكس اتجاه التيار
لاستمرار العزم.
خطوات الحل:
- **الشرح:**
عندما يتعامد مستوى ملف المحرك مع المجال المغناطيسي، فإن الزاوية بين متجه مساحة الملف (العمودي على مستوى الملف) ومتجه المجال المغناطيسي تكون صفرًا أو 180 درجة. في هذه الحالة، يكون العزم المغناطيسي المؤثر على الملف (الذي يعطى بالعلاقة $\tau = NIAB \sin\theta$) مساويًا للصفر لأن $\sin(0) = 0$ و $\sin(180) = 0$.
- ولكن هذا لا يعني أن الملف يتوقف عن الدوران. هناك سببان رئيسيان لاستمرار دورانه:
1. **القصور الذاتي:** الملف يكون في حالة حركة بالفعل، وبسبب القصور الذاتي، يستمر في الدوران متجاوزًا هذه النقطة التي يكون فيها العزم صفراً لحظياً.
2. **مبدّل التيار (المبادل):** في المحركات الكهربائية ذات التيار المستمر، يقوم مبدّل التيار بعكس اتجاه التيار في الملف لحظة مرور الملف بهذه النقطة. هذا الانعكاس يضمن أن اتجاه العزم يعود ليصبح في نفس اتجاه الدوران بمجرد تجاوز الملف لنقطة الصفر، مما يدفع الملف للاستمرار في الدوران في الاتجاه نفسه.
- لذلك، المحرك لا يتوقف عن الدوران عند هذه الوضعية.
سؤال 29: المقاومة الكهربائية يحتاج جلفانومتر إلى $180 \mu A$ لكي ينحرف مؤشره إلى أقصى تدريج. ما مقدار المقاومة الكلية (مقاومة الجلفانومتر ومقاومة المجزئ) اللازمة للحصول على فولتميتر أقصى تدريج يقيسه $5.0 V$؟
الإجابة: المعادلة:
$R_{tot} = \frac{V}{I} = \frac{5.0}{180 \times 10^{-6}} \approx 2.8 \times 10^4 \Omega$
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- التيار اللازم لأقصى تدريج (I): $180 \mu A = 180 \times 10^{-6} A$
- أقصى تدريج للفولتميتر (V): $5.0 V$
- **الخطوة 2 (القانون):**
لتحويل الجلفانومتر إلى فولتميتر، يتم توصيل مقاومة كبيرة على التوالي معه. المقاومة الكلية للدائرة (مقاومة الجلفانومتر ومقاومة المجزئ) يمكن حسابها باستخدام قانون أوم:
$$R_{tot} = \frac{V}{I}$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$R_{tot} = \frac{5.0 V}{180 \times 10^{-6} A}$$
$$R_{tot} \approx 27777.78 \Omega$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن المقاومة الكلية اللازمة هي تقريباً **$2.8 \times 10^4 \Omega$**.
سؤال 30: التفكير الناقد كيف يمكنك معرفة أن القوتين بين سلكين متوازيين يمر فيهما تياران ناتجتان عن الجذب المغناطيسي بينهما وليستا ناتجتين عن الكهرباء السكونية؟ تنبه: فكر في نوع الشحنات عندما تكون القوة تجاذبًا، ثم فكر في القوى عندما يكون هناك ثلاثة أسلاك متوازية تحمل تيارات في الاتجاه نفسه.
الإجابة: لأن التجاذب الكهربائي يتطلب شحنات متعاكسة؛ فإذا كان لدينا
3 أسلاك متوازية بتيارات في نفس الاتجاه، المغناطيسية تتنبأ بالتجاذب.
كهربائياً: تجاذب (1) مع (2) يعني شحنات متعاكسة، وتجاذب (2) مع
(3) يعني متعاكسة، إذن (1) و(3) متشابهة ويجب أن تتنافر.
لذا السبب مغناطيسي.
خطوات الحل:
- **الشرح:**
لتمييز ما إذا كانت القوى بين سلكين متوازيين يمر فيهما تياران ناتجة عن الجذب المغناطيسي أو الكهرباء السكونية، يمكننا التفكير في طبيعة هذه القوى في كلتا الحالتين.
- **1. من منظور الكهرباء السكونية:**
التجاذب الكهربائي يحدث بين شحنات مختلفة (موجبة وسالبة)، بينما التنافر يحدث بين شحنات متماثلة. إذا افترضنا أن التجاذب بين سلكين يمر فيهما تياران في نفس الاتجاه هو تجاذب كهربائي، فهذا يعني أن السلكين يحملان شحنات كهربائية متعاكسة.
- **2. تطبيق على ثلاثة أسلاك:**
لنفترض أن لدينا ثلاثة أسلاك متوازية (1، 2، 3) وكلها تحمل تيارات في الاتجاه نفسه. إذا كانت القوى كهربائية:
- إذا تجاذب السلك (1) مع السلك (2)، فهذا يعني أن شحناتهما متعاكسة.
- إذا تجاذب السلك (2) مع السلك (3)، فهذا يعني أن شحناتهما متعاكسة أيضاً.
- بناءً على ذلك، إذا كان (1) موجبًا و (2) سالبًا، وإذا كان (2) سالبًا و (3) موجبًا، فهذا يعني أن السلك (1) والسلك (3) يحملان شحنات متماثلة (كلاهما موجب). وبالتالي، يجب أن يتنافرا كهربائيًا.
- **3. الملاحظة الفعلية:**
في الواقع، عندما يمر تيار في الاتجاه نفسه في ثلاثة أسلاك متوازية، فإن جميع الأسلاك تتجاذب مع بعضها البعض مغناطيسيًا. السلك (1) يتجاذب مع (2)، والسلك (2) يتجاذب مع (3)، والسلك (1) يتجاذب مع (3). هذه الملاحظة تتعارض مع التنبؤات المستندة إلى الكهرباء السكونية في حالة الأسلاك الثلاثة.
- **النتيجة:**
بما أن التجاذب بين الأسلاك الثلاثة التي تحمل تيارات في نفس الاتجاه لا يمكن تفسيره بالكهرباء السكونية (التي تتنبأ بتنافر بين السلكين الخارجيين)، بينما يتفق تمامًا مع مبادئ القوى المغناطيسية، فإن القوى بين الأسلاك المتوازية التي تحمل تيارات هي قوى **مغناطيسية** وليست كهرباء سكونية.