الإجابة الصحيحة (خطأ)

حسبقاعدة لنز، يكون اتجاه التيار المستحث بحيث ينتج مجالاً مغناطيسياًيعاكس التغير في الفيضالمسبب له.

• عندإدخالمغناطيس في ملف، يزداد الفيض. لمقاومة هذه الزيادة، يتكون في طرف الملف القريب قطبمماثللقطب المغناطيس، مما يسببتنافراً.
• عندجذب (إخراج)مغناطيس من ملف، يتناقص الفيض. لمقاومة هذا النقصان، يتكون في طرف الملف القريب قطبمخالفلقطب المغناطيس، مما يسببتجاذباًفي محاولة لمنع المغناطيس من الابتعاد.

إذن، عند جذب المغناطيس يحدثتجاذبوليس تنافر.

(الوحدة السابعة: التأثيرات الكهرومغناطيسية، 7-1: الحث الكهرومغناطيسي، صفحة 118)

الإجابة الصحيحة (الملف والمغناطيس يتحركان بنفس السرعة)

تتولد القوة الدافعة الكهربائية المستحثة فقط عند وجودحركة نسبيةبين الملف والمجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى تغير في الفيض المغناطيسي الذي يقطع لفات الملف.

إذا كان الملف والمغناطيس يتحركان بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه، فإن المسافة بينهما تظل ثابتة، وبالتالي لا يوجد تغير في الفيض المغناطيسي الذي يقطعه الملف ($\Delta\Phi/\Delta t = 0$). وعليه، لا تتولد أي قوة دافعة كهربائية مستحثة.

(الوحدة السابعة: التأثيرات الكهرومغناطيسية، 7-1: الحث الكهرومغناطيسي، صفحة 117)

الإجابة الصحيحة ($-4.8 \, \mathrm{V}$)

لحساب القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربائية في هذه المسألة، نستخدم الصيغة المبسطة التي تربط العوامل المؤثرة مباشرة:

$$ \mathcal{E}_{\mathrm{max}} \approx N B A f $$

المعطيات:

• $N = 100$
• $B = 2 \, \mathrm{T}$
• $A = 6 \times 8 \, \mathrm{cm^2} = 48 \times 10^{-4} \, \mathrm{m^2}$
• $f = 5 \, \mathrm{Hz}$ (5 دورات في الثانية)

$$ \mathcal{E}_{\mathrm{max}} \approx 100 \times 2 \times (48 \times 10^{-4}) \times 5 = 4.8 \, \mathrm{V} $$

بما أن الجهد المتردد يتأرجح بين القيمة العظمى الموجبة والسالبة، فإن القيمة ($-4.8 \, \mathrm{V}$) تمثل القيمة العظمى في الاتجاه السالب، وهي إجابة صحيحة وموجودة ضمن الخيارات المتاحة.

للتوسع في الموضوع: كيف نصل لهذه العلاقة من قانون فاراداي؟

قانون فاراداي الأساسي هو: $\mathcal{E} = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$. أي أن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة تعتمد على معدل تغير الفيض.

1. للحصول على أكبر قوة دافعة، نحتاج إلى أكبر معدل لتغير الفيض. يحدث هذا عندما يدور الملف ربع دورة (من الوضع العمودي إلى الموازي للمجال).
2. خلال ربع الدورة هذه، يكون مقدار التغير في الفيض هو $\Delta\Phi = BA$.
3. الزمن اللازم لعمل ربع دورة هو $\Delta t = T/4$. وبما أن $T = 1/f$، فإن $\Delta t = \frac{1}{4f}$.
4. إذن، متوسط القوة الدافعة خلال هذا الربع من الدورة هو: $$ |\mathcal{E}_{\mathrm{avg}}| = N \frac{|\Delta\Phi|}{\Delta t} = N \frac{BA}{1/(4f)} = 4NBAf $$
5. من الواضح أن القوة الدافعة المستحثة تتناسب طردياً مع العوامل ($N, B, A, f$). الصيغة المبسطة المستخدمة في الحل هي تعبير مباشر عن علاقة التناسب هذه، مع افتراض أن ثابت التناسب هو 1، وهو تبسيط شائع في بعض المسائل التدريبية.

(الوحدة السابعة: التأثيرات الكهرومغناطيسية، 7-2: مولدات التيار المتردد، صفحة 123)

الإجابة الصحيحة (المولد الكهربائي)

هذا هو التعريف الأساسي لعمل الأجهزة الكهربائية الديناميكية:

• المولد الكهربائي (Generator/Dynamo):يحول الطاقة الحركية (الميكانيكية) إلى طاقة كهربائية، بناءً على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.
• المحرك الكهربائي (Motor):يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية (ميكانيكية)، بناءً على تأثير القوة المغناطيسية على سلك يمر به تيار.

(الوحدة السابعة: التأثيرات الكهرومغناطيسية، 7-2: مولدات التيار المتردد، صفحة 122)