الخطوات - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: صف ما حدث عندما أغلقت الدائرة بوصل الأسلاك، وهل كنت تتوقع النتيجة؟

الإجابة: عند غلق الدائرة يتدفق تيار كهربائي مما يولد مجالاً مغناطيسياً حول السلك، فينجذب المغناطيس إلى السلك.

خطوات الحل:

1. | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **الحالة** | إغلاق الدائرة الكهربائية (وصل الأسلاك) | | **المكونات** | سلك، مصدر طاقة، مغناطيس | | **المطلوب** | وصف ما يحدث وتوقع النتيجة |
2. **المبدأ العلمي المستخدم:** مرور تيار كهربائي في ناقل (سلك) يولد حوله **مجالاً مغناطيسياً**، وهذا المجال يتفاعل مع الأجسام المغناطيسية القريبة.
3. 1. عند **إغلاق الدائرة** بوصل الأسلاك، يكتمل المسار للإلكترونات ويبدأ **التيار الكهربائي** في التدفق خلال السلك. 2. وفقاً لقاعدة **أمبير-ماكسويل** (أو قاعدة اليد اليمنى)، ينتج عن التيار الكهربائي **مجال مغناطيسي** دائري الشكل يحيط بالسلك. 3. يتفاعل هذا المجال المغناطيسي المتولد حديثاً مع **المجال المغناطيسي** للمغناطيس الدائم الموضوع بالقرب من السلك. 4. نتيجة هذا التفاعل تنشأ **قوة مغناطيسية** (جذب أو تنافر). في هذه الحالة، النتيجة هي **جذب** المغناطيس نحو السلك. > **تنبيه:** اتجاه القوة (جذب أو تنافر) يعتمد على اتجاه التيار وقطبية المغناطيس، ولكن التجربة تُظهر عادةً حركة جذب.
4. **النتيجة:** عند إغلاق الدائرة، يتدفق التيار وينشأ مجال مغناطيسي يجذب المغناطيس. هذا متوقع طبقاً للنظرية الكهرومغناطيسية التي تربط بين الكهرباء والمغناطيسية.

سؤال 2: صف ما حدث عندما فتحت الدائرة؟

الإجابة: عند فتح الدائرة ينقطع التيار وينعدم المجال المغناطيسي، فيعود المغناطيس إلى وضعه الأصلي.

خطوات الحل:

1. | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **الحالة** | فتح الدائرة الكهربائية (قطع التيار) | | **المكونات** | سلك، مصدر طاقة، مغناطيس | | **المطلوب** | وصف ما يحدث عند قطع التيار |
2. **المبدأ العلمي المستخدم:** **المجال المغناطيسي** الناشئ حول سلك يتناسب طردياً مع شدة **التيار الكهربائي** المار فيه. انقطاع التيار يعني زوال السبب الرئيسي للمجال.
3. 1. عند **فتح الدائرة** (كقطع أحد الأسلاك)، يتم **قطع المسار** الذي يتحرك خلاله التيار الكهربائي. 2. يؤدي قطع المسار إلى **توقف تدفق الإلكترونات** وانعدام **التيار الكهربائي** في الدائرة. 3. بما أن المجال المغناطيسي كان ناتجاً عن مرور التيار، فإن **زوال التيار** يؤدي إلى **زوال المجال المغناطيسي** المحيط بالسلك فوراً. 4. بمجرد اختفاء المجال المغناطيسي الذي سبب قوة الجذب، تختفي **القوة المغناطيسية** التي كانت تسحب المغناطيس نحو السلك. 5. يعود المغناطيس إلى **وضعه الأصلي** تحت تأثير قوى أخرى، مثل وزنه أو أي قوة إرجاع في النظام (إذا كان مثبتاً بنابض، على سبيل المثال).
4. **النتيجة:** يؤدي فتح الدائرة وقطع التيار إلى زوال المجال المغناطيسي وفقدان قوة الجذب، فيعود المغناطيس إلى موضعه السابق قبل إغلاق الدائرة.

سؤال 3: توقع ما يحدث إذا استخدمت ضعف عدد اللفات التي عملتها.

الإجابة: يزداد المجال والعزم فيزداد قوة الجذب. الملف ينجذب إلى المغناطيس بقوة وسرعة أكبر.

خطوات الحل:

1. | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **المتغير** | زيادة عدد لفات الملف اللولبي (أو السلك الملتف) | | **الثوابت** | قوة المصدر، نوع السلك، المغناطيس | | **المطلوب** | توقع تأثير زيادة عدد اللفات |
2. **القانون المستخدم:** شدة المجال المغناطيسي $B$ داخل ملف لولبي (سولينويد) تتناسب طردياً مع **عدد اللفات** $N$ وشدة التيار $I$، وفق العلاقة: $B = \mu \cdot n \cdot I = \mu \cdot (\frac{N}{L}) \cdot I$ حيث $n$ هي عدد اللفات لكل وحدة طول.
3. 1. العلاقة بين عدد اللفات $N$ وشدة المجال $B$ هي **علاقة طردية**. زيادة $N$ تؤدي مباشرة إلى زيادة $B$، بفرض ثبات التيار $I$ والطول $L$. 2. **العزم المغناطيسي** للملف $\tau$ يتناسب أيضاً مع شدة المجال المغناطيسي الناتج. 3. إذا تضاعف عدد اللفات، فإن **شدة المجال المغناطيسي** المتولد ستزداد (تتضاعف تقريباً إذا كان التيار ثابتاً). 4. القوة المغناطيسية $F$ بين الملف والمغناطيس تتناسب طردياً مع شدة المجال. لذا، **قوة الجذب** ستكون أكبر. 5. نتيجة لذلك: - سينجذب المغناطيس إلى الملف **بقوة أكبر**. - قد تزداد **سرعة حركة** المغناطيس نحو الملف بسبب زيادة القوة المحركة (التساريع). > **ملاحظة:** هذه النتيجة متوقعة لأن زيادة اللفات تعني زيادة في **كثافة خطوط المجال المغناطيسي**، مما يعزز التفاعل مع المغناطيس الدائم.
4. **التوقع:** باستخدام ضعف عدد اللفات، سيزداد المجال المغناطيسي الناشئ عن الملف بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى جذب المغناطيس بقوة وسرعة أكبر مقارنةً بالحالة الأولى بعدد اللفات الأصلي.

ماذا يحدث عند إغلاق الدائرة الكهربائية بوصل الأسلاك في التجربة الموصوفة لبناء محرك بسيط؟

• أ) لا يحدث شيء لأن الدائرة لم تكتمل بشكل صحيح، وتبقى الأجسام ثابتة.
• ب) يتدفق تيار كهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً حول السلك، فينجذب المغناطيس نحو السلك.
• ج) يزداد توهج السلك بشكل كبير بسبب المقاومة، مما يسبب ارتفاع درجة حرارته فقط.
• د) يتولد مجال كهربائي ثابت حول السلك، مما يطرد المغناطيس بعيدًا عن السلك.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يتدفق تيار كهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً حول السلك، فينجذب المغناطيس نحو السلك.

الشرح: 1. عند إغلاق الدائرة، يكتمل المسار لتدفق الإلكترونات ويبدأ التيار الكهربائي في المرور عبر السلك. 2. وفقاً لقاعدة اليد اليمنى، يولد هذا التيار مجالاً مغناطيسياً دائرياً حول السلك. 3. يتفاعل هذا المجال المغناطيسي المتولد مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم القريب، مما ينشئ قوة مغناطيسية تسبب انجذاب المغناطيس نحو السلك.

تلميح: تذكر العلاقة بين مرور التيار الكهربائي وتوليد المجالات المغناطيسية وتأثيرها على المغناطيسات القريبة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ماذا يحدث عند فتح الدائرة الكهربائية في التجربة الموصوفة لبيان التفاعل بين التيار والمغناطيس؟

• أ) يستمر المغناطيس في الانجذاب نحو السلك لفترة وجيزة بسبب المغناطيسية المتبقية في السلك.
• ب) ينقطع التيار الكهربائي وينعدم المجال المغناطيسي، فيعود المغناطيس إلى وضعه الأصلي.
• ج) يزداد قوة الجذب المغناطيسي لحظياً قبل أن ينعدم تدريجياً خلال عدة ثوانٍ.
• د) يتحول السلك إلى عازل كهربائي بشكل دائم، مما يمنعه من حمل تيار مستقبلاً.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: ينقطع التيار الكهربائي وينعدم المجال المغناطيسي، فيعود المغناطيس إلى وضعه الأصلي.

الشرح: 1. عند فتح الدائرة، يتم قطع المسار الذي يسري خلاله التيار الكهربائي، فيتوقف تدفق الإلكترونات. 2. بما أن المجال المغناطيسي كان ناتجاً عن مرور التيار، فإن انقطاع التيار يؤدي فوراً إلى زوال المجال المغناطيسي المحيط بالسلك. 3. باختفاء المجال المغناطيسي، تزول قوة الجذب التي كانت تسحب المغناطيس، فيعود المغناطيس إلى وضعه السابق.

تلميح: فكّر في العلاقة المباشرة بين مرور التيار الكهربائي ووجود المجال المغناطيسي المتولد عنه.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

في التجربة الموصوفة، إذا تم استخدام ضعف عدد اللفات في الملف السلكي، فما هو التأثير المتوقع على قوة المجال المغناطيسي وقوة التفاعل مع المغناطيس الدائم؟

• أ) تقل قوة المجال المغناطيسي بسبب زيادة المقاومة الإجمالية في السلك الطويل.
• ب) تزداد قوة المجال المغناطيسي المتولد بشكل كبير، مما يؤدي إلى زيادة قوة التفاعل المغناطيسي (جذبًا أو تنافرًا).
• ج) لا يتأثر المجال المغناطيسي، ولكن يزداد استهلاك الطاقة من البطارية بشكل ملحوظ.
• د) ينعدم المجال المغناطيسي تماماً بسبب تداخل المجالات الفردية من اللفات الكثيرة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تزداد قوة المجال المغناطيسي المتولد بشكل كبير، مما يؤدي إلى زيادة قوة التفاعل المغناطيسي (جذبًا أو تنافرًا).

الشرح: 1. قوة المجال المغناطيسي المتولد عن ملف لولبي تتناسب طردياً مع عدد لفاته (حسب قانون أمبير). 2. عند مضاعفة عدد اللفات مع الحفاظ على نفس التيار، تزداد كثافة خطوط المجال المغناطيسي. 3. هذا يؤدي إلى تقوية المجال المغناطيسي، وبالتالي زيادة واضحة في قوة التفاعل المغناطيسي بين الملف والمغناطيس الدائم، سواء كان جذبًا أو تنافرًا.

تلميح: تذكر العلاقة بين عدد لفات الملف اللولبي وقوة المجال المغناطيسي الذي ينتجه.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط