الشكل ١٦ - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: إذا سحب سلك عبر مجال مغناطيسي فإن الإلكترونات في السلك جميعها تتحرك معه نحو الأسفل.

الإجابة: خطأ

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: تحديد المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **المعطى** | سحب سلك عبر مجال مغناطيسي. | | **الادعاء** | جميع الإلكترونات في السلك تتحرك معه (باتجاه السحب) نحو الأسفل. | | **المطلوب** | التحقق من صحة أو خطأ هذه العبارة بناءً على مبدأ **القوة الدافعة الكهربائية المحركة** (EMF). |
2. **الخطوة 2: القانون أو المبدأ المستخدم** مبدأ **الحث الكهرومغناطيسي** (فاراداي). عند تحريك موصل (سلك) في مجال مغناطيسي، فإن **القوة المغناطيسية** تؤثر على **الشحنات الحرة** (الإلكترونات) داخل الموصل. > **ملاحظة مهمة:** تؤثر القوة المغناطيسية ($\overrightarrow{F_m}$) على شحنة متحركة وفق القانون: $\overrightarrow{F_m} = q (\overrightarrow{v} \times \overrightarrow{B})$، حيث $q$ هي الشحنة، $\overrightarrow{v}$ سرعتها، و$\overrightarrow{B}$ المجال المغناطيسي.
3. **الخطوة 3: تحليل حركة الإلكترونات** 1. عند سحب السلك ككل نحو الأسفل، فإن الإلكترونات الحرة تشارك في هذه الحركة الانتقالية. 2. بسبب حركتها هذه داخل المجال المغناطيسي، تتعرض الإلكترونات **لقوة مغناطيسية** (قوة لورنتز). 3. اتجاه هذه القوة لا يكون في نفس اتجاه حركة السلك (نحو الأسفل)، بل هو **عمودي على كل من اتجاه حركة السلك واتجاه المجال المغناطيسي**، وفق قاعدة اليد اليمنى. 4. لذلك، تندفع الإلكترونات **عرضياً على طول السلك**، وليس ببساطة للأسفل مع حركة السلك بالكامل. هذا الاندفاع العرضي هو ما يولد **تياراً كهربائياً محرضاً** في السلك.
4. **الخطوة 4: الاستنتاج** العبارة **خاطئة** لأنها تصف حركة الإلكترونات وكأنها مجرد حركة نقل مع السلك. في الواقع، الحركة الهامة للإلكترونات التي تولد التيار هي **حركة انجراف على امتداد السلك** ناتجة عن تأثير القوة المغناطيسية، وليست مجرد متابعة لاتجاه سحب السلك.
5. **الإجابة النهائية:** العبارة غير صحيحة. عند سحب السلك، لا تتحرك جميع الإلكترونات حركة نقل بسيطة مع اتجاه السحب فحسب، بل يتسبب المجال المغناطيسي في اندفاعها على طول السلك مولدةً تياراً كهربائياً.

سؤال ب: ثم يؤثر المجال المغناطيسي بقوة في الإلكترونات المتحركة نحو الأسفل، مما اندفاعها على امتداد السلك.

الإجابة: صحيح

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: تحديد المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **المعطى** | إلكترونات تتحرك نحو الأسفل داخل مجال مغناطيسي (نتيجة لسحب السلك). | | **الادعاء** | يؤثر المجال المغناطيسي بقوة على هذه الإلكترونات، مما يسبب اندفاعها على امتداد السلك. | | **المطلوب** | التحقق من صحة هذا التفسير لآلية توليد التيار في السلك المتحرك. |
2. **الخطوة 2: القانون أو المبدأ المستخدم** قانون **قوة لورنتز المغناطيسية** على شحنة متحركة: $$\overrightarrow{F_m} = q (\overrightarrow{v} \times \overrightarrow{B})$$ حيث: - $\overrightarrow{F_m}$: القوة المغناطيسية (نيوتن). - $q$: شحنة الإلكترون ($-1.6 \times 10^{-19}$ كولوم). - $\overrightarrow{v}$: متجه سرعة الإلكترون (نحو الأسفل). - $\overrightarrow{B}$: متجه المجال المغناطيسي.
3. **الخطوة 3: تطبيق القانون وتحديد اتجاه القوة** 1. لدينا **شحنة الإلكترون ($q$)** سالبة. 2. لدينا **اتجاه الحركة ($\overrightarrow{v}$)** نحو الأسفل. 3. لنفترض **اتجاه المجال المغناطيسي ($\overrightarrow{B}$)** بشكل عامودي على مستوى الحركة (مثلاً، داخل الصفحة أو خارجها). 4. باستخدام **قاعدة اليد اليمنى** لحاصل الضرب الاتجاهي ($\overrightarrow{v} \times \overrightarrow{B}$)، ثم نعكس الاتجاه لأن شحنة الإلكترون سالبة، نجد أن اتجاه القوة $\overrightarrow{F_m}$ سيكون **موازياً لمحور السلك نفسه**. 5. هذه القوة هي المسؤولة عن **دفع (انجراف) الإلكترونات الحرة على طول السلك**، مما يخلق تياراً كهربائياً.
4. **الخطوة 4: ربط النتيجة بالظاهرة الفيزيائية** هذا الاندفاع العرضي للإلكترونات على امتداد السلك هو جوهر توليد **القوة الدافعة الكهربائية المحركة (EMF)** في السلك المتحرك، والتي تسمى أحياناً **EMF حركية**.
5. **الإجابة النهائية:** العبارة صحيحة. يؤثر المجال المغناطيسي بقوة لورنتز على الإلكترونات المتحركة مع السلك، مما يجبرها على الانجراف على طول السلك، وهذا الانجراف هو ما يشكل التيار الكهربائي المحتث.

ما وظيفة المولد الكهربائي الأساسية؟

• أ) يحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية.
• ب) يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
• ج) يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية.
• د) يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة صوتية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.

الشرح: المولد الكهربائي هو جهاز مصمم خصيصاً لتحويل الطاقة الميكانيكية (الحركية) الناتجة عن مصدر خارجي (مثل الرياح أو الماء أو الوقود) إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها.

تلميح: فكر في نوع الطاقة التي ينتجها المولد من حركة ميكانيكية.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

من حيث تحويل الطاقة، ما الفرق الرئيسي بين المحرك الكهربائي والمولد الكهربائي؟

• أ) كلاهما يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
• ب) المحرك يحول الحرارية إلى كهربائية، والمولد يحول الكهربائية إلى حرارية.
• ج) المحرك يحول الكهربائية إلى حركية، والمولد يحول الحركية إلى كهربائية.
• د) كلاهما يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: المحرك يحول الكهربائية إلى حركية، والمولد يحول الحركية إلى كهربائية.

الشرح: 1. المحرك الكهربائي: يستقبل الطاقة الكهربائية ويحولها إلى طاقة حركية (ميكانيكية). 2. المولد الكهربائي: يستقبل الطاقة الحركية (الميكانيكية) ويحولها إلى طاقة كهربائية.

تلميح: تذكر أن كلا الجهازين يقومان بتحويل عكسي للطاقة.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

ما الذي يسبب تولد تيار كهربائي في سلك عند تحريكه داخل مجال مغناطيسي؟

• أ) تغير درجة حرارة السلك نتيجة الاحتكاك بالمجال المغناطيسي.
• ب) تأثير المجال المغناطيسي بقوة على الإلكترونات المتحركة في السلك مما يدفعها على امتداده.
• ج) تفاعل كيميائي يحدث بين السلك والمجال المغناطيسي.
• د) تغير في مقاومة السلك بسبب مروره بالمجال المغناطيسي.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تأثير المجال المغناطيسي بقوة على الإلكترونات المتحركة في السلك مما يدفعها على امتداده.

الشرح: عند تحريك السلك، تتحرك الإلكترونات الحرة فيه. يؤثر المجال المغناطيسي بقوة على هذه الإلكترونات المتحركة، مما يدفعها في اتجاه معين على امتداد السلك، وهذا الدفع المستمر للإلكترونات يشكل تياراً كهربائياً.

تلميح: تخيل حركة الإلكترونات والقوة المؤثرة عليها من المجال المغناطيسي.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما هو الوصف الصحيح للتيار المتردد (AC)؟

• أ) تيار كهربائي ثابت الاتجاه والقيمة مع مرور الوقت.
• ب) تيار كهربائي ينتج عن تفاعلات كيميائية داخل البطاريات.
• ج) تيار كهربائي يتغير اتجاهه فقط عندما يتوقف المولد عن العمل.
• د) تيار كهربائي يتغير اتجاهه كل نصف دورة في المولد الكهربائي، متردداً من الموجب إلى السالب.

الإجابة الصحيحة: d

الإجابة: تيار كهربائي يتغير اتجاهه كل نصف دورة في المولد الكهربائي، متردداً من الموجب إلى السالب.

الشرح: التيار المتردد (Alternating Current) هو تيار كهربائي يتميز بتغير اتجاه تدفق الشحنات الكهربائية بشكل دوري (كل نصف دورة) داخل الدائرة، مما يؤدي إلى تذبذب الجهد والتيار بين القيم الموجبة والسالبة.

تلميح: اسم التيار 'المتردد' يشير إلى طبيعة تغير اتجاهه.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط