حل تطبيق المفاهيم

تطبيق المفاهيم:

43. استخدم الوحدات لإثبات أن الفولت هو وحدة قياس للمقدار BLV.

وحدات BLV: $\mathbf{A}=\frac{{\displaystyle \mathbf{c}}}{\mathbf{s}}\cdot ,\mathbf{T}=\frac{N}{A}\cdot \mathbf{m}\cdot ,\left(\mathbf{T}\right)\left(\mathbf{m}\right)\left(\frac{{\displaystyle \mathbf{m}}}{\mathbf{s}}\right)$ ولذلك فأن وحدات BLV هي $\frac{Ns}{cm} \left(\mathbf{m}\right)\left(\frac{{\displaystyle \mathbf{m}}}{\mathbf{s}}\right)$، وبالتحليل الجبري نحصل على $N\frac{m}{C}$ لان $\mathbf{V}={\frac{j}{C}}_{ },\mathbf{J}=\mathbf{N}\cdot \mathbf{m}$ ولذلك وحدة BL_V هي V فولت

44. عندما يتحرك سلك داخل حجم المغناطيس فهل تؤثر مقاومة الدائرة المغلقة في التيار فقط، أم في القوة الدافعة الكهربائية فقط، أم في كليهما، أم لا يتأثر أي منهما؟

التيار فقط.

45. الدراجة الهوائية. عندما يبطئ أحمد من سرعة دراجته الهوائية ماذا يحدث للقوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن مولد دراجته؟ استخدم مصطلح (الملف ذو القلب الحديدي) خلال التوضيح.

عندما يبطئ أحمد دراجته الهوائية ستقل سرعة دوران المتحرض الموجود داخل المجال المغناطيسي في المولد، ولذلك ستقل القوة الدافعة الكهربائية EMF.

46. يتغير اتجاه الجهد المتناوب (AC) 120 مرة في كل ثانية، فهل يعني ذلك أن الجهاز الموصول بجهد متناوب AC يفقد الطاقة ويكتسبها بالتناوب؟

لا، تتزامن انعكاسات التيار مع الفولتية، لذلك يكون حاصل ضرب التيار في الفولتية موجباً دائماً.

47. يتحرك سلك بصورة أفقية بين قطبي مغناطيس، كما هو موضح في الشكل 19-2، ما اتجاه التيار الحثي فيه؟

لا يتولد تيار حثي، لأن اتجاه السرعة موازٍ للمجال المغناطيسي.

48. عملت مغناطيساً كهربائياً بلف سلك حول مسمار طويل، كما هو موضح في الشكل 20-2، ثم وصلته مع بطارية، فهل يكون التيار أكبر بعد التوصيل مباشرة، أم بعد التوصيل بعدة أعشار من الثانية، أم يبقى التيار نفسه دائماً؟ وضح إجابتك.

يزداد التيار بعد التوصيل بعدة أعشار الثانية، والقوة الدافعة الكهربائية العكسية تقاوم التيار بعد التوصيل مباشرة.

49. تتحرك قطعة من حلقة سلكية إلى أسفل بين قطبي مغناطيس، كما هو موضح في الشكل 21-2، ما اتجاه التيار الحثي المتولد؟

اتجاه التيار خارج من الصفحة إلى اليسار، على طول مسار السلك.

50. وصل محول مع بطارية بواسطة مفتاح كهربائي، ووصلت دائرة الملف الثانوي مع مصباح كهربائي، كما في الشكل 22-2. هل يضيء المصباح ما دام المفتاح مغلقاً، أم عند لحظة الأغلاق فقط، أم عند لحظة فتح المفتاح فقط؟ وضح إجابتك.

سيضيء المصباح لوجود تيار في الدائرة الثانوية وهذا يحدث كلما تغير تيار الملف الابتدائي، ولذلك يتوهج المصباح عند فتح المفتاح أو إغلاقه.

51. المجال المغناطيسي الأرضي. اتجاه المجال المغناطيس الأرضي في النصف الشمالي في اتجاه الأسفل ونحو الشمال، كما هو موضح في الشكل 23-2، إذا تحرك سلك أفقي (يمتد من الشرق إلى الغرب) من الشمال إلى الجنوب فما اتجاه التيار المتولد؟

اتجاه التيار من الغرب إلى الشرق.

52. إذا حركت سلكاً نحاسياً الى أسفل خلال مجال مغناطيسي B كما في الشكل 21-2 فأجب عما يلي:

a. هل يسري التيار الحثي المتولد في قطعة السلك إلى اليسار أم إلى اليمين؟

ستبين قاعدة اليد اليمنى أن التيار يتحرك إلى اليسار.

b. عندما يتحرك السلك داخل المجال المغناطيس سيسر فيه تيار، وعندها تكون القطعة عبارة عن سلك يسري فيه تيار كهربائي وموضوع داخل مجال مغناطيسي، ويجب أن تؤثر فيه قوة مغناطيسية، ما اتجاه القوة التي ستؤثر في السلك نتيجة سريان التيار الحثي؟

ستؤثر القوة في اتجاه الأعلى.

53. أسقط مدرس الفيزياء مغناطيساً قوياً في أنبوب نحاسي، كما في الشكل 24-2، فتحرك المغناطيس ببطء شديد، فاعتقد الطلبة في الصف أنه يجب أن تكون هناك قوة معاكسة لقوة الجاذبية.

a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب بسبب سقوط المغناطيس إذا كان القطب الجنوبي للمغناطيس هو القطب المتجه إلى أسفل؟

القوة الدافعة الكهربائية الحثية متعامدة مع كل من المجال والسرعة، ويجب أن يكون التيار محيطاً بالأنبوب. وخطوط المجال تدخل في القطب الجنوبي s وتخرج من القطب الشمالي N ووفق قاعدة اليد اليمنى يكون اتجاه التيار في اتجاه حركة عقارب الساعة بالقرب من القطب وعكس اتجاه حركة عقارب الساعة بالقرب من القطب N.

b. ينتج التيار الحثي مجالاً مغناطيسياً ما اتجاه هذا المجال؟

بالقرب من القطب s الجنوبي يكون المجال داخل الأنبوب إلى أسفل، وبالقرب من القطب N الشمالي يكون المجال إلى أعلى.

c. كيف يعمل المجال المغناطيسي على تقليل تسارع المغناطيس الساقط؟

المجال المتولد يؤثر بقوة إلى أعلى في القطبين.

54. المولدات. لماذا يكون دوران المولد أكثر صعوبة عندما يكون متصلاً بدائرة كهربائية يزودها بالتيار، مقارنة بدورانه عندما لا يكون متصلاً بدائرة ما؟

عندما يدور الملف في المولد تنشأ القوة المعاكسة لاتجاه الدوران نتيجة للتيار الحثي (قانون لنز) في حين أنه عندما يكون ساكناً لا يتولد تيار، لذا لا توجد قوة معاكسة.

55. وضح لماذا يكون التيار الابتدائي عند تشغيل المحرك كبيراً، وضح أيضاً كيف يمكن تطبيق قانون لنز عند اللحظة 0 >t؟

لحظة بداية الحركة، لا يدور الملف، ولذلك لا يتقاطع مع خطوط المجال ولا يتولد فرق جهد، ولهذا تكون القوة الدافعة الكهربائية العكسية صفراً. ولا يكون هناك تيار أو مجال حول الموصل الساكن، وفي اللحظة التي يبدأ فيها الملف الدوران، ويتقاطع مع خطوط المجال، وسيتولد فيه جهد حثي، وسيكون لهذا الجهد قطبية بحيث يولد مجالاً مغناطيسياً معاكساً للمجال المولد له. وهذا من شأنه تقليل التيار في المحرك، ولذلك تزداد ممانعة المحرك للحركة.

56. بالرجوع إلى الشكل 12-2 وبالربط مع قانون لنز، وضح لماذا يتكون قلب المحول الكهربائي من شرائح معزولة؟

يمكن تقليل التيارات الدوامية باستخدام قلب على شكل شرائح رقيقة، وينتج التيار في القلب بوساطة تغير التدفق المغناطيسي خلاله. ويؤدي وجود فولتية حثية متولدة في القلب.

57. يصنع محول كهربائي عملي بحيث يحتوي قلبه على شرائح ليست فائقة التوصيل، ولأنه لا يمكن التخلص من التيارات الدوامية نهائياً فإنه يكون هناك فقد قليل للقدرة في قلب المحول وهذا يعني وجود فقد مستمر للقدرة في قلب المحول، ما القانون الأساسي الذي يكون من المستحيل معه جعل الطاقة المفقودة صفر.

قانون لنز.

58. اشرح كيفية حدوث الحث المتبادل في المحول؟

إن إمرار تيار متردد في الملف الابتدائي لمحول ينتج تدفق تيار متغير خلال الملف، وهذا التيار بدوره يولد تدفقاً مغناطيسياً متغيراً، ويولد التدفق المغناطيسي فولتية في الملف الثانوي الثابت على الجانب الآخر من القلب، وتعتمد الفولتية أو القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة على معدل التغير في التدفق المغناطيسي (تردد المصدر)، وعدد لفات الملف ومقدار التدفق المغناطيسي.

59. أسقط طالب قضيباً مغناطيساً بحيث كان قطبه الشمالي إلى أسفل في أنبوب نحاسي رأسي.

a. ما اتجاه التيار الحثي المتولد في الأنبوب النحاسي في أثناء مرور قطبه الجنوبي؟

مع عقارب الساعة حول الأنبوب. عند النظر إليه من أعلى.

b. ينتج التيار الحثي المتولد مجالاً مغناطيسياً ما اتجاه هذا المجال؟

إلى أسفل الأنبوب للمغناطيس.