الشكل ٢٢ - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 تطبيقات الموصلات الفائقة

المفاهيم الأساسية

الموصلات الفائقة التوصيل: مواد يمكن أن يمر فيها تيار كهربائي كبير دون مقاومة، مما يمنع تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية.

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI): تقنية طبية تستخدم مجالاً مغناطيسياً قوياً والموجات الراديوية لتصوير مقاطع داخل جسم الإنسان للكشف عن الأمراض أو الأورام.

خريطة المفاهيم

```markmap

الكهرومغناطيسية

استعمال المغناطيس في توليد الكهرباء

المولد الكهربائي

• العمل: يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
• آلية تولد التيار:

- حركة السلك تحرك الإلكترونات داخله.

- يؤثر المجال المغناطيسي بقوة على الإلكترونات المتحركة.

- تندفع الإلكترونات على امتداد السلك مولدة تياراً.

التيار المتردد (AC)

• السبب: انعكاس اتجاه التيار المتولد في الملف كل نصف دورة.
• التردد في السعودية: يتغير اتجاه التيار المزود للمنازل ٦٠ مرة في الثانية.

أنواع التيار من المولد

• تيار متردد (AC)
• تيار مستمر (DC)

محطات توليد القدرة الكهربائية

• الوظيفة: إنتاج معظم الطاقة الكهربائية المستخدمة في العالم.
• المصادر: الفحم، الغاز، النفط، طاقة المياه الساقطة.
• آلية العمل: تدوير ملفات خلال مجالات مغناطيسية باستخدام الطاقة الحركية من المصدر.
• مثال شائع: محطات توليد الكهرباء التي تعمل على الفحم الحجري.

نقل الطاقة الكهربائية

الجهد الكهربائي

• التعريف: مقياس لمقدار الطاقة الكهربائية التي تحملها الشحنات المتحركة.
• أثناء النقل: يتم النقل بفرق جهد كبير (يصل إلى ~٧٠٠ ألف فولت) لزيادة الكفاءة.
• في المنازل: يتم خفض الجهد الكهربائي ليكون آمناً للاستخدام.

المحول الكهربائي

• الوظيفة: رفع أو خفض الجهد الكهربائي للتيار المتردد.
• مبدأ العمل:

- يتكون من ملفين (ابتدائي وثانوي) حول قلب حديدي.

- التيار المتردد في الملف الابتدائي يولّد مجالاً مغناطيسياً متغيراً في القلب.

- المجال المغناطيسي المتغير يولد تياراً متردداً في الملف الثانوي.

• قانون المحول: نسبة عدد لفات الملف الابتدائي إلى الثانوي = نسبة الجهد الداخل إلى الجهد الناتج.
• الاستخدامات:

- رفع الجهد: قبل نقل الكهرباء عبر خطوط النقل لمسافات طويلة.

- خفض الجهد: بعد النقل للاستخدام الصناعي أو المنزلي.

- محولات صغيرة: لخفض الجهد من ٢٢٠ فولت إلى ١٢ فولت أو أقل للأجهزة.

• الربط مع التاريخ: حرب التيارات

- في أواخر القرن التاسع عشر، كان التيار المستمر (توماس أديسون) هو السائد.

- في عام ١٨٩٣م، ثبت أن نقل الطاقة باستخدام التيار المتردد أكثر اقتصاداً وكفاءة.

- أصبح التيار المتردد هو المعتمد.

• أنواع المحولات حسب عدد اللفات:

- محول رافع للجهد: عدد لفات الملف الابتدائي أقل من عدد لفات الملف الثانوي.

- محول خافض للجهد: عدد لفات الملف الابتدائي أكبر من عدد لفات الملف الثانوي.

الموصلات الفائقة التوصيل

• التعريف: مواد لا يواجه التيار الكهربائي فيها أي مقاومة.
• الشرط: تبريد مادة معينة إلى درجة حرارة منخفضة جداً (مثال: الألمنيوم يصبح فائق التوصيل عند -٢٧٢°س).
• الميزة: لا يحدث تسخين ولا ضياع للطاقة الكهربائية عند مرور التيار.
• صفة غير عادية: التنافر مع المغناطيس.

- تولد مجالاً مغناطيسياً معاكساً لمجال المغناطيس.

- تؤدي إلى طفو المغناطيس فوق سطحها (كما في الشكل ٢١).

تطبيقات الموصلات الفائقة

#### مسارع الجسيمات

• الوظيفة: تسريع الجسيمات الذرية (مكونات الذرة) حتى تبلغ سرعة قريبة من سرعة الضوء.
• آلية العمل: تستخدم أكثر من ١٠٠ مغناطيس كهربائي فائق الموصلية لتحريك الجسيمات في مسار دائري قطره ٢ كم.

#### نقل الطاقة الكهربائية

• الميزة: نقل القدرة الكهربائية لمسافات بعيدة دون فقدان أي طاقة كهربائية على شكل حرارة.

#### التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)

• الوظيفة: تصوير مقاطع داخل جسم الإنسان للكشف عن تلف الأنسجة أو الأمراض أو الأورام.
• آلية العمل: يستخدم مجالاً مغناطيسياً قوياً (يصل إلى ٦٠٠٠٠ ضعف شدة مجال الأرض) والموجات الراديوية.
• الميزة: أكثر أماناً من الأشعة السينية، حيث لا يسبب تلفاً للأنسجة.
• المكون الرئيسي: مغناطيس كهربائي فائق التوصيل داخل الجهاز.

#### تطبيقات أخرى

• صناعة الشرائح الإلكترونية لأجهزة الحاسوب.

```

نقاط مهمة

• تستخدم الموصلات الفائقة في صناعة مغانط كهربائية قوية جداً بسبب قدرتها على حمل تيار كبير دون مقاومة.
• المجال المغناطيسي في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي أقوى بآلاف المرات من المجال المغناطيسي للأرض.
• من مزايا التصوير بالرنين المغناطيسي أنه لا يستخدم إشعاعات مؤينة قد تضر بالأنسجة (على عكس الأشعة السينية).

يعمل مسارع الجسيمات على مسارعة الجسيمات الذرية حتى تبلغ سرعتها مقدارًا قريبًا من سرعة الضوء، وتنتقل الجسيمات في حزمة قطرها بضعة ملمترات. وتعمل مغانط مصنوعة من مواد فائقة التوصيل على تحريك الجسيمات في مسار دائري قطره ٢ كم.

يمكن أن يمر تيار كهربائي كبير في السلك المصنوع من مادة فائقة التوصيل، وإذا صُنع من هذا السلك مغناطيس كهربائي، فسيكون مجال هذا المغناطيس قويًا جدًا. ويستخدم مسارع الجسيمات الموضح في الشكل ٢٢ ما يزيد على ١٠٠ مغناطيس كهربائي فائق الموصلية، لمساعدته على تسريع الجسيمات الذرية (مكونات الذرة) لكي يكون لها سرعة كبيرة تقارب سرعة الضوء، وتستخدم الموصلات الفائقة التوصيل أيضًا في صناعة أسلاك نقل الطاقة الكهربائية حيث يمكنها نقل القدرة الكهربائية لمسافات بعيدة، دون خسارة أي كمية من الطاقة الكهربائية على شكل طاقة حرارية، ومن الممكن استخدامها في صناعة الشرائح الإلكترونية لأجهزة الحاسوب. كما تستخدم في صناعة المحيط المستخدمة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (RMI).

يتم إدخال المريض في جهاز الرنين المغناطيسي، حيث يعمل المجال المغناطيسي القوي على التقاط صور للأنسجة داخل جسم المريض.

تستخدم تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، المجالات المغناطيسية لتصوير مقاطع داخل جسم الإنسان؛ وذلك للكشف عن تلف الأنسجة أو الأمراض، أو وجود الأورام الخبيثة. وعلى خلاف الأشعة السينية التي يمكن أن تُسبب تلفًا لأنسجة الجسم عند التصوير، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي يستخدم مجالًا مغناطيسيًا قويًا والموجات الراديوية؛ حيث يتم إدخال المريض داخل الجهاز، كما هو موضح في الشكل ٢٣. ويوحد داخل الجهاز مغناطيس كهربائي فائق التوصيل، يولد مجالًا مغناطيسيًا قويًا يصل إلى قوة ٦٠٠٠٠ ضعف شدة المجال المغناطيسي للأرض.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

١٨٢

--- SECTION: الشكل ٢٢ --- يعمل مسارع الجسيمات على مسارعة الجسيمات الذرية حتى تبلغ سرعتها مقدارًا قريبًا من سرعة الضوء، وتنتقل الجسيمات في حزمة قطرها بضعة ملمترات. وتعمل مغانط مصنوعة من مواد فائقة التوصيل على تحريك الجسيمات في مسار دائري قطره ٢ كم. يمكن أن يمر تيار كهربائي كبير في السلك المصنوع من مادة فائقة التوصيل، وإذا صُنع من هذا السلك مغناطيس كهربائي، فسيكون مجال هذا المغناطيس قويًا جدًا. ويستخدم مسارع الجسيمات الموضح في الشكل ٢٢ ما يزيد على ١٠٠ مغناطيس كهربائي فائق الموصلية، لمساعدته على تسريع الجسيمات الذرية (مكونات الذرة) لكي يكون لها سرعة كبيرة تقارب سرعة الضوء، وتستخدم الموصلات الفائقة التوصيل أيضًا في صناعة أسلاك نقل الطاقة الكهربائية حيث يمكنها نقل القدرة الكهربائية لمسافات بعيدة، دون خسارة أي كمية من الطاقة الكهربائية على شكل طاقة حرارية، ومن الممكن استخدامها في صناعة الشرائح الإلكترونية لأجهزة الحاسوب. كما تستخدم في صناعة المحيط المستخدمة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (RMI). --- SECTION: الشكل ٢٣ --- يتم إدخال المريض في جهاز الرنين المغناطيسي، حيث يعمل المجال المغناطيسي القوي على التقاط صور للأنسجة داخل جسم المريض. --- SECTION: التصوير بالرنين المغناطيسي --- تستخدم تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، المجالات المغناطيسية لتصوير مقاطع داخل جسم الإنسان؛ وذلك للكشف عن تلف الأنسجة أو الأمراض، أو وجود الأورام الخبيثة. وعلى خلاف الأشعة السينية التي يمكن أن تُسبب تلفًا لأنسجة الجسم عند التصوير، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي يستخدم مجالًا مغناطيسيًا قويًا والموجات الراديوية؛ حيث يتم إدخال المريض داخل الجهاز، كما هو موضح في الشكل ٢٣. ويوحد داخل الجهاز مغناطيس كهربائي فائق التوصيل، يولد مجالًا مغناطيسيًا قويًا يصل إلى قوة ٦٠٠٠٠ ضعف شدة المجال المغناطيسي للأرض. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 ١٨٢ --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل ٢٢ مسارع الجسيمات Description: An aerial view of a large, circular particle accelerator facility with multiple interconnected rings and surrounding landscape. A smaller inset image shows a person working inside a tunnel with a large blue particle accelerator tube. Context: Illustrates a particle accelerator used for accelerating atomic particles to near the speed of light. **FIGURE**: الشكل ٢٣ جهاز الرنين المغناطيسي Description: A patient lying on a table inside a large, cylindrical medical imaging machine, likely an MRI scanner. The machine has a prominent magnetic field component. Context: Depicts an MRI machine, illustrating the use of magnetic fields for medical imaging.