صفحة 193 - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 36: لماذا تؤدي درجة الانصهار المرتفعة لفلز التنجستن إلى استخدامه بشكل واسع في صنع فتيل المصباح الكهربائي؟

الإجابة: لأن فتيل المصباح يسخن لدرجة عالية جدًا ليضيء، وفلز التنجستن ذو درجة انصهار مرتفعة؛ لذلك يتحمل الحرارة الشديدة ولا ينصهر بسرعة.

خطوات الحل:

1. | المادة | الظاهرة | الشرط | |---------|----------|--------| | فلز التنجستن | استخدامه في فتيل المصباح الكهربائي | تعرضه لحرارة شديدة من التيار الكهربائي |
2. **المبدأ المستخدم:** ترتبط قدرة المادة على تحمل درجات الحرارة العالية دون تغير في حالتها الفيزيائية **بدرجة انصهارها المرتفعة**.
3. 1. **الوظيفة الأساسية للفتيل:** يسخن الفتيل بفعل مرور تيار كهربائي فيه حتى **يشتعل ويصدر ضوءًا** (ظاهرة التوهج). 2. **مستوى الحرارة:** يصل الفتيل أثناء العمل إلى **درجات حرارة عالية جدًا** قد تتجاوز 2000 درجة مئوية. 3. **خاصية التنجستن:** يتميز التنجستن **بدرجة انصهار مرتفعة للغاية** (حوالي 3422°C). 4. **النتيجة:** بسبب درجة الانصهار المرتفعة، **يظل التنجستن في حالته الصلبة** ولا ينصهر تحت الحرارة الشديدة الناتجة عن التيار الكهربائي، مما يمكنه من أداء وظيفته لفترة طويلة.
4. **الإجابة النهائية:** يُستخدم التنجستن في صنع فتيل المصباح الكهربائي لقدرته الفائقة على مقاومة الانصهار تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن مرور التيار الكهربائي، مما يضمن بقاءه صلبًا ومضيئًا.

سؤال 37: فسّر سبب حدوث ظاهرة الشفق القطبي في مناطق القطبين الشمالي والجنوبي للأرض فقط.

الإجابة: لأن جسيمات الرياح الشمسية المشحونة تُوجّه بواسطة خطوط المجال المغناطيسي للأرض نحو القطبين، فتتصادم مع غازات الغلاف الجوي هناك فتصدر أضواء الشفق.

خطوات الحل:

1. | الظاهرة | الموقع | |----------|--------| | الشفق القطبي | مناطق القطبين الشمالي والجنوبي |
2. **المبدأ المستخدم:** تحدث الظاهرة نتيجة تفاعل **جسيمات مشحونة قادمة من الشمس** (الرياح الشمسية) مع **مجال الأرض المغناطيسي** وغازات **الغلاف الجوي العلوي**.
3. 1. **المصدر:** تصل **جسيمات مشحونة عالية الطاقة** (إلكترونات وبروتونات) من الشمس إلى محيط الأرض. 2. **دور المجال المغناطيسي:** **يوجه المجال المغناطيسي للأرض** هذه الجسيمات المشحونة، حيث تتحرك على طول خطوطه. تتجمع خطوط المجال المغناطيسي وتتقارب قرب **منطقتي القطبين المغناطيسيين** للأرض. 3. **مسار الجسيمات:** نتيجة لتركيز خطوط المجال، **تنجرف الجسيمات المشحونة نحو القطبين** وتتخلل الغلاف الجوي العلوي. 4. **التفاعل:** **تصطدم هذه الجسيمات بذرات وجزيئات غازات الغلاف الجوي** (مثل الأكسجين والنيتروجين) في طبقات عليا. 5. **إصدار الضوء:** تكتسب ذرات الغاز طاقة من التصادم ثم **تطلقها على شكل فوتونات ضوئية** (وهو ما نراه كأضواء الشفق).
4. > **ملاحظة:** يسمى الشفق في القطب الشمالي **الأورورا بورياليس**، وفي الجنوبي **الأورورا أوستراليس**.
5. **الإجابة النهائية:** تحدث ظاهرة الشفق القطبي حصريًا عند القطبين لأن المجال المغناطيسي للأرض يوجه الجسيمات الشمسية المشحونة نحو تلك المناطق، حيث تصطدم بغازات الجو مسببة إشعاعًا ضوئيًا.

سؤال 38: لماذا يجذب المغناطيس إبرة من الحديد من أي من طرفيها، ولا يجذب المغناطيس مغناطيسًا آخر إلا من طرف واحد؟

الإجابة: الإبرة الحديدية تتمغنط بالحث عند اقتراب المغناطيس منها فتتكون عند طرفها القريب قطبية معاكسة فتنجذب من أي جهة، أما المغناطيس الآخر فله قطبان ثابتان؛ فينجذب فقط عندما يواجه قطبًا مخالفًا، ويتنافر إذا واجه قطبًا مماثلاً.

خطوات الحل:

1. | العنصر | طبيعته المغناطيسية | |---------|-------------------| | إبرة حديدية | مادة قابلة للمغنطة (حديدية) | | مغناطيس آخر | مغناطيس دائم له قطبان ثابتان |
2. **المبدأ المستخدم:** **قانون التجاذب والتنافر المغناطيسي** والفرق بين **المغنطة بالحث** للمواد الحديدية و**القطبية الثابتة** للمغناطيس الدائم.
3. 1. **حالة الإبرة الحديدية:** - الحديد **ليس مغناطيسًا دائمًا** ولكنه **مادة فيرومغناطيسية** قابلة للمغنطة. - عند اقتراب مغناطيس منها، **تتولد فيها مغنطة مؤقتة بالحث**. - **ينشأ قطب مغناطيسي معاكس** على الطرف القريب من المغناطيس، وقطب مماثل على الطرف البعيد. - **القوة السائدة دائمًا هي قوة التجاذب** (بين قطب المغناطيس وقطب الإبرة المعاكس له)، بغض النظر عن أي طرف في المغناطيس يقترب. 2. **حالة المغناطيس الآخر:** - المغناطيس الدائم له **قطبان ثابتان: شمالي (N) وجنوبي (S)**. - **يحدث التجاذب فقط** عند تقريب **قطب شمالي لمغناطيس مع قطب جنوبي لمغناطيس آخر** (أو العكس). - **يحدث التنافر** عند تقريب **قطبين متماثلين** (شمالي-شمالي أو جنوبي-جنوبي).
4. | الحالة | آلية التفاعل | القوة الناتجة | |--------|---------------|----------------| | مغناطيس ← إبرة حديد | مغنطة بالحث وتكوين أقطاب معاكسة | **تجاذب دائم** من أي جهة | | مغناطيس ← مغناطيس آخر | تفاعل مباشر بين أقطاب ثابتة | **تجاذب أو تنافر** حسب القطبية |
5. **الإجابة النهائية:** يجذب المغناطيس الإبرة الحديدية من أي طرف بسبب تكوّن أقطاب معاكسة عليها بالحث المغناطيسي دائمًا، بينما تجاذبه مع مغناطيس آخر يعتمد على مواجهة أقطاب متعاكسة وقد يتنافر معه إذا واجهت أقطاب متماثلة.

سؤال 39: إذا وصلت بطارية مع ملف ابتدائي لمحول رافع للجهد فصف ما يحدث لمصباح كهربائي عند وصله مع الملف الثانوي لذلك المحول؟

الإجابة: يضيء المصباح ومضة قصيرة عند توصيل البطارية أو فصلها فقط، ثم لا يضيء؛ لأن البطارية تعطي تيارًا مستمرًا لا يُحدث تغيرًا مستمرًا في المجال المغناطيسي داخل المحول.

خطوات الحل:

1. | المكون | النوع | الوظيفة | |---------|-------|----------| | البطارية | مصدر تيار مستمر (DC) | توفير جهد ثابت | | الملف الابتدائي | جزء من المحول | ينشئ مجالاً مغناطيسيًا | | المحول الرافع | جهاز كهرومغناطيسي | نقل الطاقة عبر الحث المتبادل | | الملف الثانوي | جزء من المحول | توليد جهد مستحث | | المصباح | حمل كهربائي | يضيء بوجود تيار |
2. **المبدأ المستخدم:** يعمل المحول على مبدأ **الحث الكهرومغناطيسي**، والذي يتطلب **تغيرًا في المجال المغناطيسي** داخل القلب الحديدي لينتقل من الملف الابتدائي إلى الثانوي.
3. 1. **طبيعة التيار من البطارية:** يعطي **تيارًا مستمرًا ثابتًا** في الشدة والاتجاه. 2. **أثناء التوصيل:** عند توصيل البطارية للمرة الأولى، **يتغير التيار من الصفر إلى قيمة ثابتة**. - هذا **التغير اللحظي** في التيار يولِّد **مجالاً مغناطيسيًا متغيرًا للحظات** في الملف الابتدائي والقلب. - وفقًا لقانون فارادي، **يستحث هذا التغير جهدًا لحظيًا** في الملف الثانوي، مما يسبب **ومضة قصيرة** في المصباح. 3. **بعد استقرار التيار:** يصبح التيار ثابتًا، **يتوقف المجال المغناطيسي عن التغير** (يظل موجودًا لكن ثابتًا). - **لا يوجد تغير في الفيض المغناطيسي** عبر الملف الثانوي. - **لا يُستحث أي جهد** في الملف الثانوي بعد تلك اللحظة الأولى. - **ينطفئ المصباح** بعد الومضة ويظل مطفأً. 4. **أثناء الفصل:** عند فصل البطارية، **يتغير التيار من القيمة الثابتة إلى الصفر**. - يحدث **تغير لحظي عكسي** في المجال المغناطيسي. - يُستحث **جهد لحظي آخر** (قد يكون في الاتجاه المعاكس) في الملف الثانوي، مما قد يسبب **ومضة قصيرة أخرى** قبل أن ينطفئ المصباح تمامًا.
4. > **ملاحظة:** لكي يضيء المصباح باستمرار، يجب استخدام **تيار متغير (متردد AC)** مع المحول.
5. **الإجابة النهائية:** يضيء المصباح الموصل بالملف الثانوي لفترة وجيزة جدًا عند توصيل أو فصل البطارية فقط، وذلك لأن التيار المستمر يولّد مجالاً مغناطيسيًا متغيرًا في اللحظات الانتقالية فقط، وهو ما يولد جهدًا مستحثًا لحظيًا يكفي لإحداث ومضة.

سؤال 40: اشرح كيف تتشابه القوى الكهربائية مع القوى المغناطيسية؟

الإجابة: كلاهما قوى لا تلامسية تؤثر عن بُعد عبر مجال (مجال كهربائي/مغناطيسي)، ويمكن أن تسبب تجاذبًا أو تنافرًا، وتزداد شدتها كلما قلت المسافة.

خطوات الحل:

1. | نقطة المقارنة | القوى الكهربائية | القوى المغناطيسية | |-----------------|-------------------|--------------------| | **النوع** | قوى غير تلامسية | قوى غير تلامسية | | **المجال الناقل** | مجال كهربائي | مجال مغناطيسي | | **المصدر** | شحنات كهربائية (ساكنة أو متحركة) | شحنات كهربائية متحركة (تيار) أو مغناطيسات دائمة | | **الشدّة والمسافة** | تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة | تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة (للمغناطيسات النقطية أو التيارات المتوازية) | | **التجاذب/التنافر** | الشحنات المتعاكسة تتجاذب، والمتشابهة تتنافر | الأقطاب المتعاكسة تتجاذب، والمتشابهة تتنافر |
2. **المبدأ الأساسي:** كلتا القوتين تعتبران **قوى أساسية في الطبيعة** تنشأ بسبب خواص مرتبطة بالشحنة الكهربائية، وتؤثر عن بعد عبر مجال فيزيائي.
3. 1. **التشابه في عدم التلامس:** كلاهما **يمكنه التأثير على جسم دون اتصال مادي مباشر** معه. 2. **التشابه في آلية التأثير:** يتم نقل التأثير عبر **وسط مجال** (مجال كهربائي أو مغناطيسي) يملأ الفضاء حول المصدر. 3. **التشابه في قانون القوة:** كلاهما **يضعف بشدة مع زيادة المسافة**، حيث تتناسب شدتهما عكسيًا مع مربع المسافة بين المصدر والنقطة. 4. **التشابه في اتجاه القوة:** لكل منهما **حالتان: تجاذب وتنافر**، تحكمهما قاعدة بسيطة: - **كهربائيًا:** (+ مع -) تجاذب، (+ مع +) أو (- مع -) تنافر. - **مغناطيسيًا:** (N مع S) تجاذب، (N مع N) أو (S مع S) تنافر.
4. > **ملاحظة مهمة:** رغم التشابهات، هناك اختلافات جوهرية، مثل أن القوة المغناطيسية تؤثر فقط على **الشحنات المتحركة** ولا تؤثر على الشحنات الساكنة.
5. **الإجابة النهائية:** تشترك القوتان الكهربائية والمغناطيسية في أنها قوى تؤثر عن بعد عبر مجال، وتتبع قانون التربيع العكسي للمسافة، وتظهر سلوك التجاذب بين الأضداد والتنافر بين المتماثلات.

سؤال 41: استخدم الشكل أدناه للإجابة عن السؤالين 41 و 42. صف القوة التي تُحرّك الإلكترونات في السلك.

الإجابة: قوة مغناطيسية (قوة لورنتز) تؤثر في الإلكترونات عندما يتحرك السلك داخل المجال المغناطيسي، فتدفع الإلكترونات نحو أحد طرفي السلك مُسببةً تيارًا كهربائيًا.

خطوات الحل:

1. | المكون | الوصف | |---------|--------| | السلك | موصل يتحرك داخل مجال مغناطيسي | | المجال المغناطيسي | مجال خارجي منتظم | | الإلكترونات | حاملات الشحنة داخل السلك |
2. **القانون المستخدم:** **قانون القوة المغناطيسية على شحنة متحركة (قوة لورنتز)**. الصيغة: $\vec{F} = q (\vec{v} \times \vec{B})$ حيث: - $F$: القوة المغناطيسية. - $q$: شحنة الجسيم (سالبة للإلكترون). - $v$: سرعة حركة السلك (وبالتالي حركة الإلكترونات معه). - $B$: المجال المغناطيسي.
3. 1. **الحركة الأولية:** يتم تحريك **السلك بأكمله** بشكل ميكانيكي (مثل سحبه) **عبر المجال المغناطيسي**. 2. **حركة الإلكترونات:** تتحرك **الإلكترونات الحرة** داخل السلك معه بنفس السرعة والاتجاه. 3. **تطبيق قانون لورنتز:** بما أن الإلكترونات (شحنتها $q = -e$) تتحرك بسرعة $\vec{v}$ داخل مجال مغناطيسي $\vec{B}$، **تؤثر عليها قوة مغناطيسية** $\vec{F}$. 4. **اتجاه القوة:** يتم تحديد اتجاه القوة بواسطة **القاعدة اليدوية اليمنى** (مع الأخذ في الاعتبار أن شحنة الإلكترون سالبة، فيعكس الاتجاه الناتج). 5. **تأثير القوة:** تدفع هذه القوة المغناطيسية **الإلكترونات الحرة** باتجاه محدد على طول السلك (نحو أحد طرفيه). 6. **نتيجة الحركة الجماعية:** يؤدي تراكم الإلكترونات في طرف ونقصها في الطرف الآخر إلى **تولد فرق جهد كهربائي (قوة دافعة كهربائية مستحثة)** بين طرفي السلك، وإذا كان السلك جزءًا من دائرة مغلقة، **يتولد تيار كهربائي مستحث**.
4. > **تذكير:** هذه هي **الفكرة الأساسية للمولد الكهربائي**، حيث يتم تحويل الطاقة الحركية (حركة السلك) إلى طاقة كهربائية.
5. **الإجابة النهائية:** تتحرك الإلكترونات داخل السلك بسبب تعرضها لقوة لورنتز المغناطيسية الناتجة عن حركة السلك نفسه عبر مجال مغناطيسي، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي مستحث.

سؤال 42: توقع كيف تتحرك الإلكترونات في السلك نفسه، إذا سُحب السلك نحو الأعلى؟

الإجابة: تنعكس جهة حركة الإلكترونات (ينعكس اتجاه التيار المستحث) مقارنةً بحالة سحب السلك نحو الأسفل.

خطوات الحل:

1. | المتغير | الوضع السابق (السحب للأسفل) | الوضع الجديد (السحب للأعلى) | |----------|-----------------------------|------------------------------| | اتجاه حركة السلك $\vec{v}$ | للأسفل | **للأعلى** (معاكس) | | اتجاه المجال $\vec{B}$ | ثابت (داخل الصفحة أو خارجها) | ثابت | | شحنة الإلكترون $q$ | سالبة (-e) | سالبة (-e) |
2. **القانون المستخدم:** **قانون لورنتز** $\vec{F} = q (\vec{v} \times \vec{B})$، وقاعدة تحديد الاتجاه (كف اليد اليمنى).
3. 1. **تحديد المتجهات:** - المجال المغناطيسي $\vec{B}$: لنفترض أنه **داخل الصفحة (X)**. - سرعة السلك (والإلكترونات) $\vec{v}$: في الحالة الأولى **للأسفل (↓)**، وفي الحالة الثانية **للأعلى (↑)**. - شحنة الإلكترون $q$: **سالبة**. 2. **تحليل اتجاه القوة في الحالة الأولى (السحب للأسفل):** - بفرض $\vec{B}$ داخل الصفحة، و $\vec{v}$ للأسفل. - باستخدام قاعدة اليد اليمنى للإيجابي: $\vec{v} \times \vec{B}$ يعطي اتجاهًا لليسار (على سبيل المثال). - لأن الشحنة **سالبة**: اتجاه القوة $\vec{F}$ **يعكس** الناتج، فيصبح **لليمين**. - **تتحرك الإلكترونات لليمين** في السلك. 3. **تحليل اتجاه القوة في الحالة الثانية (السحب للأعلى):** - $\vec{B}$ داخل الصفحة، و $\vec{v}$ **للأعلى**. - باستخدام قاعدة اليد اليمنى للإيجابي: $\vec{v} \times \vec{B}$ يعطي اتجاهًا **لليمين** (معاكس للحالة الأولى). - لأن الشحنة سالبة: اتجاه القوة $\vec{F}$ **يعكس** الناتج، فيصبح **لليسار**. - **تتحرك الإلكترونات لليسار** في السلك. 4. **الاستنتاج:** **انعكس اتجاه حركة الإلكترونات** لأن اتجاه حركة السلك انعكس، مما أدى إلى انعكس اتجاه حاصل الضرب الاتجاهي $\vec{v} \times \vec{B}$، وبالتالي انعكاس اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الإلكترونات.
4. | الحالة | اتجاه v | اتجاه F على الإلكترون (ناتج تحليل) | اتجاه حركة الإلكترونات/التيار المستحث | |--------|----------|-----------------------------------|---------------------------------------| | السحب لأسفل | ↓ | → (يمين) | ← (يمين) * | | السحب لأعلى | ↑ | ← (يسار) | → (يسار) * | * (قد يختلف اليمين/اليسار حسب افتراض اتجاه B، لكن المهم هو أن الاتجاه ينعكس).
5. **الإجابة النهائية:** عند سحب السلك لأعلى عكس اتجاه سحبه لأسفل، ينعكس اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الإلكترونات، مما يؤدي إلى انعكاس اتجاه حركتها وانعكاس اتجاه التيار الكهربائي المستحث في السلك.

سؤال 43: وضّح لماذا يمكن مغنطة الإبرة التي تحتوي على الحديد، في حين لا يمكن مغنطة قطعة بحجم الإبرة من سلك نحاسي؟

الإجابة: لأن الحديد مادة فرومغناطيسية لها مناطق مغناطيسية (مجالات) يمكن أن تنتظم وتثبت فتُصبح ممغنطة، بينما النحاس غير فرومغناطيسي ولا تترتب فيه مجالات مغناطيسية ثابتة.

خطوات الحل:

1. | المادة | النوع المغناطيسي | قابلية المغنطة الدائمة | |---------|-------------------|--------------------------| | الحديد | **فرومغناطيسي** | نعم | | النحاس | **غير مغناطيسي (ديامغناطيسي/بارامغناطيسي ضعيف)** | لا |
2. **المبدأ المستخدم:** تعتمد قابلية المغنطة الدائمة للمادة على **طبيعتها الذرية الداخلية**، وتحديدًا وجود **مجالات مغناطيسية ذرية** يمكن أن **تنتظم وتثبت** في اتجاه واحد.
3. 1. **التركيب الداخلي للمواد الفرومغناطيسية (مثل الحديد):** - تحتوي ذرات هذه المواد على **عزوم مغناطيسية ذرية** قوية. - تكون هذه العزوم المغناطيسية الذرية **متراصة ومنظمة داخل مناطق صغيرة** تسمى **المجالات المغناطيسية (Domains)**. - في الحالة العادية، **اتجاهات مغنطة هذه المجالات عشوائية**، لذا لا تظهر المادة كمغناطيس خارجي. 2. **عملية مغنطة الحديد:** - عند تعرض الحديد **لمجال مغناطيسي خارجي قوي** (عن طريق فركه بمغناطيس أو وضعها داخل ملف يمر به تيار)، **تتأثر المجالات المغناطيسية الداخلية**. - **تنتظم المجالات تدريجيًا** في اتجاه موازٍ للمجال الخارجي. - بعد إزالة المجال الخارجي، **يبقى جزء كبير من هذا الانتظام ثابتًا**، مما يعطي المادة **مغنطة دائمة**. 3. **التركيب الداخلي للمواد غير المغناطيسية (مثل النحاس):** - ذرات هذه المواد **ليس لها عزم مغناطيسي ذري دائم**، أو أن عزمها ضعيف جدًا. - **لا توجد مجالات مغناطيسية ذاتية** يمكن تنظيمها. - عند تعريضها لمجال مغناطيسي خارجي، قد تنشأ فيها **مغنطة ضعيفة جدًا ومؤقتة (حثية)** تختفي فور إزالة المجال الخارجي. - **لا يمكن تثبيت أي انتظام مغناطيسي داخلي**، وبالتالي لا تصبح ممغنطة دائمًا.
4. > **معلومة:** من المواد الفرومغناطيسية الشائعة: الحديد، الكوبلت، النيكل وسبائكها.
5. **الإجابة النهائية:** يمكن مغنطة الإبرة الحديدية لأن بنيتها الداخلية تحتوي على مجالات مغناطيسية قابلة للانتظام والتثبيت، بينما تفتقد قطعة النحاس لهذه البنية، لذا لا تحتفظ بأي مغنطة دائمة.

سؤال 44: لكل مغناطيس قطبان: شمالي وجنوبي. أين تتوقع أن يكون القطبان في مغناطيس على شكل قرص؟

الإجابة: يكون القطبان على وجهي القرص المتقابلين (أحد السطحين الدائريين قطب شمالي والسطح الدائري الآخر قطب جنوبي).

خطوات الحل:

1. | شكل المغناطيس | الوصف الهندسي | |-----------------|-----------------| | قرص (أسطوانة قصيرة) | له سطحان دائريان متوازيان ومتساويان، وحافة جانبية |
2. **المبدأ المستخدم:** لأي مغناطيس، **يوجد قطب شمالي وقطب جنوبي** دائمًا. وعادةً ما تكون **الأقطاب المغناطيسية عند الأماكن التي تخرج منها خطوط المجال المغناطيسي وتدخل**، والتي غالبًا ما تكون عند **الأسطح المتقابلة أو الأطراف الأكثر تباعدًا**.
3. 1. **تخيل خطوط المجال:** في المغناطيس القرصي، **تنشأ خطوط المجال المغناطيسي من أحد السطحين الدائريين** (القطب الشمالي) و **تنحني حول الحافة** لتدخل إلى السطح الدائري المقابل (القطب الجنوبي). 2. **موقع الأقطاب:** - نظرًا لأن القرص **قصير ومسطح**، فإن المسافة بين السطحين الدائريين **أصغر** من قطر القرص. - **تتركز خطوط المجال وتكون أكثر كثفة عند هذين السطحين الدائريين المتقابلين**. - لذلك، **يكون أحد السطحين الدائريين هو القطب الشمالي، والسطح الدائري المقابل هو القطب الجنوبي**. 3. **الحافة الجانبية:** الحافة الجانبية (الأسطوانية) للقرص **ليست موقعًا رئيسيًا للأقطاب** لأن خطوط المجال تكون موازية لها تقريبًا عند خروجها من السطح الدائري إلى الآخر.
4. **تمثيل توضيحي:** _____ / \ <-- القرص من الجانب | N | <-- السطح العلوي (مثلاً) قطب شمالي |_______| \___/ <-- الحافة الجانبية | | | S | <-- السطح السفلي قطب جنوبي \_____/ > **ملاحظة:** إذا كان القرص رقيقًا جدًا (مغناطيس قرصي مستخدم في السماعات أو المحركات الصغيرة)، فإن الأقطاب تكون واضحة تمامًا على الوجهين المسطحين.
5. **الإجابة النهائية:** في المغناطيس القرصي، يقع القطبان المغناطيسيان على الوجهين المسطحين والمتقابلين للقرص، حيث يخرج المجال المغناطيسي من أحد الوجهين (قطب شمالي) ويدخل في الوجه الآخر (قطب جنوبي).

لماذا تؤدي درجة الانصهار المرتفعة لفلز التنجستن إلى استخدامه بشكل واسع في صنع فتيل المصباح الكهربائي؟

• أ) لأن كثافته منخفضة جدًا مما يقلل من استهلاك الطاقة.
• ب) لأنه يتحمل الحرارة الشديدة ولا ينصهر بسرعة بسبب درجة انصهاره المرتفعة جدًا.
• ج) لأنه يتوهج عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا.
• د) لأنه موصل جيد للكهرباء ويعكس الضوء بكفاءة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأنه يتحمل الحرارة الشديدة ولا ينصهر بسرعة بسبب درجة انصهاره المرتفعة جدًا.

الشرح: 1. يسخن فتيل المصباح لدرجة حرارة عالية جدًا (تصل لـ 2000°C أو أكثر) ليضيء. 2. يتميز فلز التنجستن بدرجة انصهار مرتفعة للغاية (حوالي 3422°C). 3. هذه الخاصية تمكنه من البقاء صلبًا وعدم الانصهار تحت تأثير الحرارة الشديدة، مما يضمن أداء وظيفته.

تلميح: فكر في الظروف القاسية التي يعمل فيها فتيل المصباح والخاصية الفيزيائية التي تساعد المادة على تحملها.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

فسّر سبب حدوث ظاهرة الشفق القطبي في مناطق القطبين الشمالي والجنوبي للأرض فقط.

• أ) بسبب تركيز الأوزون في الغلاف الجوي العلوي عند القطبين.
• ب) لأن المجال المغناطيسي للأرض يوجه جسيمات الرياح الشمسية المشحونة نحو القطبين، فتتفاعل مع غازات الغلاف الجوي وتصدر ضوءًا.
• ج) بسبب انعكاس ضوء الشمس على الجليد والماء في القطبين.
• د) لأن درجة الحرارة منخفضة جدًا في القطبين مما يساعد على توهج الغازات.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأن المجال المغناطيسي للأرض يوجه جسيمات الرياح الشمسية المشحونة نحو القطبين، فتتفاعل مع غازات الغلاف الجوي وتصدر ضوءًا.

الشرح: 1. تصل جسيمات مشحونة عالية الطاقة (رياح شمسية) من الشمس. 2. يوجه المجال المغناطيسي للأرض هذه الجسيمات على طول خطوطه، وتتركز هذه الخطوط عند القطبين. 3. تنجرف الجسيمات المشحونة نحو القطبين وتصطدم بغازات الغلاف الجوي العلوي. 4. تطلق ذرات وجزيئات الغاز طاقة من التصادم على شكل فوتونات ضوئية (الشفق).

تلميح: تذكر دور المجال المغناطيسي للأرض في توجيه الجسيمات المشحونة وتأثيرها على الغلاف الجوي.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

لماذا يجذب المغناطيس إبرة من الحديد، ولا يجذب المغناطيس مغناطيسًا آخر إلا من طرف واحد؟

• أ) لأن المغناطيس يجذب جميع المعادن بينما لا يجذب المغناطيسات الأخرى.
• ب) لأن الإبرة الحديدية تحتوي على كمية قليلة من المغناطيسية الدائمة.
• ج) الإبرة الحديدية تتمغنط بالحث فتنجذب من أي طرف، بينما المغناطيس الآخر له قطبان ثابتان فينجذب من قطب مخالف ويتنافر من قطب مماثل.
• د) لأن قوة جذب المغناطيس للإبرة أكبر بكثير من قوة جذبه لمغناطيس آخر.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الإبرة الحديدية تتمغنط بالحث فتنجذب من أي طرف، بينما المغناطيس الآخر له قطبان ثابتان فينجذب من قطب مخالف ويتنافر من قطب مماثل.

الشرح: 1. **الإبرة الحديدية:** مادة فيرومغناطيسية قابلة للمغنطة بالحث. عند اقتراب المغناطيس، يتولد فيها قطب معاكس في الطرف القريب، فتنجذب دائمًا. 2. **المغناطيس الآخر:** مغناطيس دائم بقطبين ثابتين (شمالي وجنوبي). يحدث التجاذب فقط بين الأقطاب المختلفة، والتنافر بين الأقطاب المتماثلة.

تلميح: فكر في الفرق بين المواد القابلة للمغنطة والمغناطيس الدائم، وكيف يتفاعلان مع المغناطيس الخارجي.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

إذا وصلت بطارية مع ملف ابتدائي لمحول رافع للجهد فصف ما يحدث لمصباح كهربائي عند وصله مع الملف الثانوي لذلك المحول؟

• أ) يضيء المصباح باستمرار ولكن بضوء خافت.
• ب) ينفجر المصباح بسبب الجهد العالي المستحث.
• ج) يضيء المصباح ومضة قصيرة عند توصيل البطارية أو فصلها فقط، ثم لا يضيء.
• د) لا يضيء المصباح أبدًا لأن المحول يحتاج لتيار متردد.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يضيء المصباح ومضة قصيرة عند توصيل البطارية أو فصلها فقط، ثم لا يضيء.

الشرح: 1. البطارية توفر تيارًا مستمرًا (DC) ثابتًا. 2. يعمل المحول بمبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي يتطلب تغيرًا في المجال المغناطيسي. 3. عند توصيل البطارية أو فصلها، يحدث تغير لحظي في التيار والمجال المغناطيسي. 4. هذا التغير اللحظي يستحث جهدًا لحظيًا في الملف الثانوي، مما يسبب ومضة قصيرة في المصباح. 5. بعد استقرار التيار، يصبح المجال المغناطيسي ثابتًا ولا يستحث جهدًا، فينطفئ المصباح.

تلميح: تذكر مبدأ عمل المحولات وما تتطلبه من نوع التيار لتوليد حث كهرومغناطيسي مستمر.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

اشرح كيف تتشابه القوى الكهربائية مع القوى المغناطيسية؟

• أ) كلاهما يزداد بقوة مع زيادة المسافة بين الأجسام.
• ب) كلاهما ينتج عن حركة الشحنات الكهربائية فقط.
• ج) كلاهما قوى لا تلامسية تؤثر عن بُعد عبر مجال، ويمكن أن تسبب تجاذبًا أو تنافرًا، وتزداد شدتها كلما قلت المسافة.
• د) كلاهما يتطلبان وجود وسط مادي لنقل تأثيرهما.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: كلاهما قوى لا تلامسية تؤثر عن بُعد عبر مجال، ويمكن أن تسبب تجاذبًا أو تنافرًا، وتزداد شدتها كلما قلت المسافة.

الشرح: 1. **قوى غير تلامسية:** تؤثران دون اتصال مادي مباشر. 2. **تأثير عبر مجال:** تنقل عبر مجال (كهربائي/مغناطيسي) يملأ الفضاء. 3. **تجاذب وتنافر:** كلتا القوتين يمكن أن تكونا تجاذبية أو تنافرية (شحنات/أقطاب متماثلة تتنافر، مختلفة تتجاذب). 4. **تضعف مع المسافة:** تتناسب شدتهما عكسيًا مع مربع المسافة بين المصدر والنقطة.

تلميح: ركز على الخصائص الأساسية المشتركة للقوى التي تعمل عن بُعد في الفيزياء.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: سهل

لماذا يمكن مغنطة الإبرة التي تحتوي على الحديد، في حين لا يمكن مغنطة قطعة بحجم الإبرة من سلك نحاسي؟

• أ) الحديد موصل جيد للكهرباء أكثر من النحاس، مما يسمح له بالتمغنط.
• ب) الحديد مادة فرومغناطيسية تسمح لمجالاتها المغناطيسية الداخلية بالانتظام والثبات عند المغنطة، بينما النحاس مادة غير فرومغناطيسية لا تمتلك هذه القدرة.
• ج) النحاس يفقد مغنطته بسرعة بسبب تفاعله مع الأكسجين، بينما الحديد أكثر استقرارًا.
• د) الحديد أخف وزنًا من النحاس، مما يجعله أكثر قابلية للمغنطة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الحديد مادة فرومغناطيسية تسمح لمجالاتها المغناطيسية الداخلية بالانتظام والثبات عند المغنطة، بينما النحاس مادة غير فرومغناطيسية لا تمتلك هذه القدرة.

الشرح: 1. الحديد مادة فرومغناطيسية، أي يحتوي على 'مجالات مغناطيسية' داخلية تنتظم في وجود مجال خارجي. 2. هذه المجالات تحتفظ بجزء من انتظامها بعد إزالة المجال، مما يمنح الحديد مغنطة دائمة. 3. النحاس مادة غير فرومغناطيسية (بارامغناطيسية أو ديامغناطيسية ضعيفة)، لا تمتلك هذه المجالات المنظمة ولا تحتفظ بالمغنطة الدائمة.

تلميح: تذكر الفرق في التركيب الذري للمواد الفرومغناطيسية والمواد غير المغناطيسية وقدرتها على الاحتفاظ بالمغنطة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

لكل مغناطيس قطبان: شمالي وجنوبي. أين تتوقع أن يكون القطبَان في مغناطيس على شكل قرص؟

• أ) يكون القطبان على الحافة الجانبية للقرص.
• ب) يقع القطب الشمالي في مركز أحد الوجهين والجنوبي في مركز الوجه الآخر.
• ج) يقع القطبان على وجهي القرص المتقابلين (أحد السطحين الدائريين قطب شمالي والآخر قطب جنوبي).
• د) لا يمكن تحديد مواقع الأقطاب في المغناطيس القرصي بوضوح.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يقع القطبان على وجهي القرص المتقابلين (أحد السطحين الدائريين قطب شمالي والآخر قطب جنوبي).

الشرح: 1. المغناطيس القرصي له سطحان دائريان متقابلان. 2. خطوط المجال المغناطيسي تخرج من قطب وتدخل إلى القطب الآخر. 3. تتركز خطوط المجال وأكثر كثافة عند هذين السطحين الدائريين. 4. لذلك، أحد السطحين يكون القطب الشمالي والسطح المقابل هو القطب الجنوبي.

تلميح: تذكر كيف تتركز خطوط المجال المغناطيسي في المغناطيسات وتخرج وتدخل من الأقطاب.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل