📋 المحتوى المنظم
📖 محتوى تعليمي مفصّل
نوع: محتوى تعليمي
القوى الناتجة عن المجالات المغناطيسية
67
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يستخدم المخطط الموضح في الشكل 3-32 لتحويل الجلفانومتر إلى نوع من الأجهزة. ما نوع هذا الجهاز؟
68
نوع: QUESTION_HOMEWORK
ماذا تسمى المقاومة في الشكل 3-32؟
69
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يستخدم المخطط الموضح في الشكل 3-33 لتحويل الجلفانومتر إلى نوع من الأجهزة. ما نوع هذا الجهاز؟
70
نوع: QUESTION_HOMEWORK
ماذا تسمى المقاومة في الشكل 3-33؟
71
نوع: QUESTION_HOMEWORK
سلك طوله 0.50 m، يسري فيه تيار مقداره 8.0 A، وضع عمودياً على مجال مغناطيسي منتظم، فكانت القوة المؤثرة فيه 0.40 N. ما مقدار المجال المغناطيسي المؤثر؟
72
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يسري تيار مقداره 5.0 A في سلك طوله 0.80 m، وضع عمودياً على مجال مغناطيسي مقداره T 0.60. ما مقدار القوة المؤثرة فيه؟
73
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يسري تيار مقداره 6.0 A في سلك طوله 25 cm، فإذا كان السلك موضوعاً في مجال مغناطيسي منتظم مقداره 0.30 T عمودياً عليه فما مقدار القوة المؤثرة فيه؟
74
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يسري تيار مقداره A 4.5 في سلك طوله 35 cm، فإذا كان السلك موضوعاً في مجال مغناطيسي مقداره T 0.53 وعمودياً له في مقدار القوة المؤثرة فيه؟
75
نوع: QUESTION_HOMEWORK
سلك طوله 625 m متعامد مع مجال مغناطيسي مقداره T 0.40، تأثر بقوة مقدارها 1.8 N، ما مقدار التيار المار فيه؟
76
نوع: QUESTION_HOMEWORK
يؤثر المجال المغناطيسي الأرضي بقوة مقدارها 0.12 N في سلك عمودي عليه طوله 0.80 m. ما مقدار التيار المار في السلك؟ استعمل المقدار الأقصى للمجال المغناطيسي للأرض.
77
نوع: QUESTION_HOMEWORK
إذا كانت القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيسي مقداره T 0.80 في سلك يسري فيه تيار 7.5 A متعامده معه تساوي 3.6N في طول السلك؟
78
نوع: QUESTION_HOMEWORK
سلك لنقل القدرة الكهربائية يسري فيه تيار مقداره A 225 من الشرق إلى الغرب، وهو مواز لسطح الأرض.
79
نوع: QUESTION_HOMEWORK
الجلفانومتر ينحرف مؤشر الجلفانومتر إلى أقصى تدريج عندما يمر فيه تيار مقداره 50.0 μA عند انحرافه بالكامل؟
🔍 عناصر مرئية
الشكل 3-32
A circuit diagram showing a galvanometer (G) connected in parallel with a resistor, forming a circuit with two input terminals.
الشكل 3-33
A circuit diagram showing a galvanometer (G) connected in series with a resistor, forming a circuit with two input terminals.
✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية
عدد الأسئلة: 13
سؤال 67: 67. يستخدم المخطط الموضح في الشكل 32-3 لتحويل الجلفانومتر إلى نوع من الأجهزة. ما نوع هذا الجهاز؟
الإجابة: س 67: أميتر (مقياس شدة التيار).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
الجلفانومتر جهاز حساس يستخدم للكشف عن التيارات الكهربائية الصغيرة وقياسها. لتحويله إلى جهاز يقيس تيارات أكبر، يجب أن يسمح بمرور جزء كبير من التيار عبر مسار آخر.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
عندما يتم توصيل مقاومة صغيرة جداً (مقاومة مجزئة للتيار) على التوازي مع الجلفانومتر، فإن معظم التيار يمر عبر هذه المقاومة، بينما يمر جزء صغير فقط عبر الجلفانومتر. هذا يسمح للجهاز بقياس تيارات أكبر دون إتلاف الجلفانومتر.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
الجهاز الناتج عن هذه العملية هو **الأميتر (مقياس شدة التيار)**.
سؤال 68: 68. ماذا تسمى المقاومة في الشكل 32-3؟
الإجابة: س 68: مقاومة مجزئة للتيار (الشنت).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
لتحويل الجلفانومتر إلى أميتر، يتم توصيل مقاومة على التوازي معه.
- **الخطوة 2 (التسمية):**
هذه المقاومة تسمى **مقاومة مجزئة للتيار (الشنت)**، ووظيفتها هي تمرير معظم التيار الكهربائي عبرها لحماية الجلفانومتر وزيادة مدى قياس الأميتر.
سؤال 69: 69. يستخدم المخطط الموضح في الشكل 33-3 لتحويل الجلفانومتر إلى نوع من الأجهزة. ما نوع هذا الجهاز؟
الإجابة: س 69: فولتميتر (مقياس فرق الجهد).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
لتحويل الجلفانومتر إلى جهاز يقيس فروق الجهد الكبيرة، يجب أن تزداد مقاومته الكلية بشكل كبير ليقل التيار المار فيه عند توصيله على التوازي مع النقطتين المراد قياس فرق الجهد بينهما.
- **الخطوة 2 (التطبيق):**
يتم ذلك عن طريق توصيل مقاومة كبيرة جداً على التوالي مع الجلفانومتر. هذا يزيد من المقاومة الكلية للدائرة ويسمح للجهاز بقياس فروق جهد أعلى.
- **الخطوة 3 (النتيجة):**
الجهاز الناتج عن هذه العملية هو **الفولتميتر (مقياس فرق الجهد)**.
سؤال 70: 70. ماذا تسمى المقاومة في الشكل 33-3؟
الإجابة: س 70: المقاومة المضاعفة (مقاومة على التوالي).
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):**
لتحويل الجلفانومتر إلى فولتميتر، يتم توصيل مقاومة على التوالي معه.
- **الخطوة 2 (التسمية):**
هذه المقاومة تسمى **المقاومة المضاعفة (مقاومة على التوالي)**، ووظيفتها هي زيادة المقاومة الكلية للجهاز لتمكينه من قياس فروق جهد أكبر.
سؤال 71: 71. سلك طوله 0.50 m، يسري فيه تيار مقداره 8.0 A، وضع عمودياً على مجال مغناطيسي منتظم، فكانت القوة المؤثرة فيه 0.40 N. ما مقدار المجال المغناطيسي المؤثر؟
الإجابة: B = \frac{F}{IL} = 0.10 T
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- طول السلك: L = 0.50 m
- شدة التيار: I = 8.0 A
- القوة المؤثرة: F = 0.40 N
- السلك وضع عمودياً على المجال، أي أن الزاوية $\theta = 90^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك عمودي على المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
لإيجاد مقدار المجال المغناطيسي (B)، نعيد ترتيب المعادلة:
$$B = \frac{F}{IL}$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$B = \frac{0.40 \text{ N}}{ (8.0 \text{ A}) \times (0.50 \text{ m})} = \frac{0.40}{4.0} = 0.10$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن مقدار المجال المغناطيسي المؤثر = **0.10 T**
سؤال 72: 72. يسري تيار مقداره 5.0 A في سلك طوله 0.80 m، وضع عمودياً على مجال مغناطيسي مقداره 0.60 T. ما مقدار القوة المؤثرة فيه؟
الإجابة: س 72:
F = ILB = 2.4 N
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- شدة التيار: I = 5.0 A
- طول السلك: L = 0.80 m
- مقدار المجال المغناطيسي: B = 0.60 T
- السلك وضع عمودياً على المجال، أي أن الزاوية $\theta = 90^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك عمودي على المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$F = (0.60 \text{ T}) \times (5.0 \text{ A}) \times (0.80 \text{ m}) = 2.4$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن مقدار القوة المؤثرة فيه = **2.4 N**
سؤال 73: 73. يسري تيار مقداره 6.0 A في سلك طوله 25 cm، فإذا كان السلك موضوعاً في مجال مغناطيسي منتظم مقداره 0.30 T عمودياً عليه فما مقدار القوة المؤثرة فيه؟
الإجابة: س 73:
F = ILB = 0.45 N
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- شدة التيار: I = 6.0 A
- طول السلك: L = 25 cm. يجب تحويل الطول إلى وحدة المتر: $L = 25 \text{ cm} \times \frac{1 \text{ m}}{100 \text{ cm}} = 0.25 \text{ m}$
- مقدار المجال المغناطيسي: B = 0.30 T
- السلك موضوع عمودياً على المجال، أي أن الزاوية $\theta = 90^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك عمودي على المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$F = (0.30 \text{ T}) \times (6.0 \text{ A}) \times (0.25 \text{ m}) = 0.45$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن مقدار القوة المؤثرة فيه = **0.45 N**
سؤال 74: 74. يسري تيار مقداره 4.5 A في سلك طوله 35 cm، فإذا كان السلك موضوعاً في مجال مغناطيسي مقداره 0.53 T وموازياً له فما مقدار القوة المؤثرة فيه؟
الإجابة: س 74:
F = ILB \sin 0^\circ = 0 N
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- شدة التيار: I = 4.5 A
- طول السلك: L = 35 cm. يجب تحويل الطول إلى وحدة المتر: $L = 35 \text{ cm} \times \frac{1 \text{ m}}{100 \text{ cm}} = 0.35 \text{ m}$
- مقدار المجال المغناطيسي: B = 0.53 T
- السلك موضوع موازياً للمجال المغناطيسي، أي أن الزاوية $\theta = 0^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك موازٍ للمجال، فإن $\sin\theta = \sin(0^\circ) = 0$. وبالتالي، فإن القوة المؤثرة ستكون:
$$F = (0.53 \text{ T}) \times (4.5 \text{ A}) \times (0.35 \text{ m}) \times \sin(0^\circ) = 0$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن مقدار القوة المؤثرة فيه = **0 N**
سؤال 75: 75. سلك طوله 625 m متعامد مع مجال مغناطيسي مقداره 0.40 T، تأثر بقوة مقدارها 1.8 N، ما مقدار التيار المار فيه؟
الإجابة: س 75:
I = \frac{F}{LB} = 7.2 \times 10^{-3} A
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- طول السلك: L = 625 m
- مقدار المجال المغناطيسي: B = 0.40 T
- القوة المؤثرة: F = 1.8 N
- السلك متعامد مع المجال، أي أن الزاوية $\theta = 90^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك متعامد مع المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
لإيجاد مقدار التيار (I)، نعيد ترتيب المعادلة:
$$I = \frac{F}{LB}$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$I = \frac{1.8 \text{ N}}{ (625 \text{ m}) \times (0.40 \text{ T})} = \frac{1.8}{250} = 0.0072$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن مقدار التيار المار فيه = **$7.2 \times 10^{-3} \text{ A}$**
سؤال 76: 76. يؤثر المجال المغناطيسي الأرضي بقوة مقدارها 0.12 N في سلك عمودي عليه طوله 0.80 m. ما مقدار التيار المار في السلك؟ استعمل المقدار الأقصى للمجال المغناطيسي للأرض 5.0 × 10⁻⁵ T.
الإجابة: س 76:
I = \frac{F}{LB} = 3.0 \times 10^3 A
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- القوة المؤثرة: F = 0.12 N
- طول السلك: L = 0.80 m
- مقدار المجال المغناطيسي الأرضي: B = $5.0 \times 10^{-5} \text{ T}$
- السلك عمودي على المجال، أي أن الزاوية $\theta = 90^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك عمودي على المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
لإيجاد مقدار التيار (I)، نعيد ترتيب المعادلة:
$$I = \frac{F}{LB}$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$I = \frac{0.12 \text{ N}}{ (0.80 \text{ m}) \times (5.0 \times 10^{-5} \text{ T})} = \frac{0.12}{4.0 \times 10^{-5}} = 3000$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن مقدار التيار المار في السلك = **$3.0 \times 10^3 \text{ A}$**
سؤال 77: 77. إذا كانت القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيسي مقداره 0.80 T في سلك يسري فيه تيار 7.5 A متعامداً معه تساوي 3.6 N فما طول السلك؟
الإجابة: س 77:
L = \frac{F}{IB} = 0.60 m
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- مقدار المجال المغناطيسي: B = 0.80 T
- شدة التيار: I = 7.5 A
- القوة المؤثرة: F = 3.6 N
- السلك متعامد مع المجال، أي أن الزاوية $\theta = 90^\circ$.
- **الخطوة 2 (القانون):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
- **الخطوة 3 (الحل):**
بما أن السلك متعامد مع المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
لإيجاد طول السلك (L)، نعيد ترتيب المعادلة:
$$L = \frac{F}{IB}$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$L = \frac{3.6 \text{ N}}{ (7.5 \text{ A}) \times (0.80 \text{ T})} = \frac{3.6}{6.0} = 0.60$$
- **الخطوة 4 (النتيجة):**
إذن طول السلك = **0.60 m**
سؤال 78: 78. سلك لنقل القدرة الكهربائية يسري فيه تيار مقداره 225 A من الشرق إلى الغرب، وهو مواز لسطح الأرض.
a. ما القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي الأرضي في كل متر منه؟ استعمل: B أرض = 5.0 × 10⁻⁵ T
b. ما اتجاه هذه القوة؟
c. تُرى، هل تعد هذه القوة مهمة في تصميم البرج الحامل للسلك؟ وضح إجابتك.
الإجابة: a) F/L = IB = 1.1 \times 10^{-2} N/m
b) إلى أسفل (نحو الأرض).
c) ج) لا، لأنها صغيرة جداً مقارنة بوزن السلك.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- شدة التيار: I = 225 A
- مقدار المجال المغناطيسي الأرضي: B = $5.0 \times 10^{-5} \text{ T}$
- السلك موازٍ لسطح الأرض، ويسري التيار من الشرق إلى الغرب. المجال المغناطيسي الأرضي يتجه تقريباً من الجنوب إلى الشمال. لذا، السلك متعامد مع المجال المغناطيسي الأرضي (الزاوية $\theta = 90^\circ$).
- **الخطوة 2 (الحل - الجزء أ):**
نستخدم قانون القوة المؤثرة في سلك يحمل تياراً موضوعاً في مجال مغناطيسي:
$$F = BIL \sin\theta$$
بما أن السلك متعامد مع المجال، فإن $\sin\theta = \sin(90^\circ) = 1$. يصبح القانون:
$$F = BIL$$
المطلوب هو القوة لكل متر من السلك ($F/L$). نقسم الطرفين على L:
$$\frac{F}{L} = IB$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$\frac{F}{L} = (225 \text{ A}) \times (5.0 \times 10^{-5} \text{ T}) = 0.01125$$
- **الخطوة 3 (النتيجة - الجزء أ):**
إذن القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي الأرضي في كل متر من السلك = **$1.1 \times 10^{-2} \text{ N/m}$**
- **الخطوة 4 (الحل - الجزء ب):**
لتحديد اتجاه القوة، نستخدم قاعدة اليد اليمنى الثالثة (أو قاعدة اليد اليمنى للمجال المغناطيسي). إذا كان التيار (I) من الشرق إلى الغرب، والمجال المغناطيسي الأرضي (B) من الجنوب إلى الشمال، فإن اتجاه القوة (F) سيكون عمودياً على كليهما.
بتطبيق القاعدة: الإبهام يشير لاتجاه التيار (غرب)، والسبابة تشير لاتجاه المجال (شمال)، فإن الوسطى (أو باطن اليد) تشير لاتجاه القوة.
- **الخطوة 5 (النتيجة - الجزء ب):**
اتجاه هذه القوة هو **إلى أسفل (نحو الأرض)**.
- **الخطوة 6 (الحل - الجزء ج):**
القوة المحسوبة في الجزء (أ) هي $1.1 \times 10^{-2} \text{ N/m}$. هذه القوة صغيرة جداً مقارنة بوزن السلك نفسه (الذي يعتمد على كثافة مادته ومساحة مقطعه) والقوى الأخرى التي يتعرض لها السلك مثل الرياح والشد الميكانيكي.
- **الخطوة 7 (النتيجة - الجزء ج):**
لا، لا تعد هذه القوة مهمة في تصميم البرج الحامل للسلك، **لأنها صغيرة جداً مقارنة بوزن السلك والقوى الميكانيكية الأخرى المؤثرة عليه.**
سؤال 79: 79. الجلفانومتر ينحرف مؤشر الجلفانومتر إلى أقصى تدريج عندما يمر فيه تيار مقداره 50.0 μA.
a. ما مقدار المقاومة الكلية للجلفانومتر ليصبح أقصى تدريج له 10.0 V عند انحرافه بالكامل؟
b. إذا كانت مقاومة الجلفانومتر 1.0 kΩ فما مقدار المقاومة الموصولة على التوالي (المضاعف)؟
الإجابة: س 79: أ) R_{tot} = 200 k\Omega
ب) R_{mult} = 199 k\Omega
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المعطيات):**
لنحدد ما لدينا:
- تيار أقصى تدريج للجلفانومتر: $I_g = 50.0 \text{ μA} = 50.0 \times 10^{-6} \text{ A}$
- أقصى تدريج للفولتميتر المطلوب: $V = 10.0 \text{ V}$
- مقاومة الجلفانومتر: $R_g = 1.0 \text{ kΩ} = 1.0 \times 10^3 \text{ Ω}$
- **الخطوة 2 (الحل - الجزء أ):**
لتحويل الجلفانومتر إلى فولتميتر، يتم توصيل مقاومة مضاعفة على التوالي معه. في هذه الحالة، يمر نفس تيار الجلفانومتر ($I_g$) عبر المقاومة الكلية (الجلفانومتر والمضاعف) عند أقصى تدريج.
نستخدم قانون أوم لحساب المقاومة الكلية ($R_{tot}$):
$$V = I_g \times R_{tot}$$
لإيجاد المقاومة الكلية ($R_{tot}$)، نعيد ترتيب المعادلة:
$$R_{tot} = \frac{V}{I_g}$$
بالتعويض بالقيم المعطاة:
$$R_{tot} = \frac{10.0 \text{ V}}{50.0 \times 10^{-6} \text{ A}} = 200000 \text{ Ω}$$
- **الخطوة 3 (النتيجة - الجزء أ):**
إذن مقدار المقاومة الكلية للجلفانومتر ليصبح أقصى تدريج له 10.0 V هو **$200 \text{ kΩ}$**.
- **الخطوة 4 (الحل - الجزء ب):**
المقاومة الكلية للفولتميتر هي مجموع مقاومة الجلفانومتر ومقاومة المضاعف الموصولة على التوالي:
$$R_{tot} = R_g + R_{mult}$$
لإيجاد مقدار المقاومة المضاعفة ($R_{mult}$)، نعيد ترتيب المعادلة:
$$R_{mult} = R_{tot} - R_g$$
بالتعويض بالقيم المحسوبة والمعطاة:
$$R_{mult} = 200000 \text{ Ω} - 1000 \text{ Ω} = 199000 \text{ Ω}$$
- **الخطوة 5 (النتيجة - الجزء ب):**
إذن مقدار المقاومة الموصولة على التوالي (المضاعف) هو **$199 \text{ kΩ}$**.