Tafkeer

1- مقدار الفيض الناتج من مجال مغناطيسي شدته \((2 \text{ T})\) ويكون عمودياً على ملف مساحته \((0.4 \text{ m}^2)\) يساوي \((0.2 \text{ Wb})\).

تذكر العلاقة بين الفيض المغناطيسي، وشدة المجال المغناطيسي، والمساحة التي يخترقها المجال. انتبه بشكل خاص إلى حالة كون المجال عمودياً على المساحة.

صح
خطأ

2- يكون طرف الملف اللولبي قطباً شمالياً إذا كان التيار يسرى في اتجاه عكس عقارب الساعة.

شرح السؤال

هناك قواعد لتحديد قطبية الملف اللولبي بناءً على اتجاه التيار المار فيه. تذكر إحدى هذه القواعد (مثل قاعدة عقارب الساعة أو قاعدة قبضة اليد اليمنى).

صح
خطأ

الإجابة الصحيحة هي(صح).

لتحديد قطبية الملف اللولبي الذي يمر به تيار كهربائي، يمكن استخدام إحدى طريقتين شائعتين:

قاعدة اتجاه التيار عند طرفي الملف اللولبي (قاعدة عقارب الساعة):
- إذا نظرت إلى أحد طرفي الملف اللولبي ووجدت أن التيار يسري فياتجاه عكس عقارب الساعة، فإن هذا الطرف يمثلالقطب الشمالي (N)للملف.
- إذا نظرت إلى أحد طرفي الملف اللولبي ووجدت أن التيار يسري فياتجاه حركة عقارب الساعة، فإن هذا الطرف يمثلالقطب الجنوبي (S)للملف.
قاعدة قبضة اليد اليمنى:إذا قبضت على الملف اللولبي بيدك اليمنى بحيث تشير أصابعك (باستثناء الإبهام) إلى اتجاه سريان التيار التقليدي في لفات الملف، فإن إبهامك سيشير إلى اتجاه القطب الشمالي للملف.

العبارة المذكورة في السؤال تتوافق مع القاعدة الأولى: "يكون طرف الملف اللولبي قطباً شمالياً إذا كان التيار يسرى في اتجاه عكس عقارب الساعة."

للتفكير:إذا كان طرف الملف اللولبي قطباً جنوبياً، كيف سيكون اتجاه سريان التيار عند النظر إلى هذا الطرف؟
(الوحدة الخامسة: الظواهر البسيطة للمغناطيسية، الدرس 4-5: طرق إكساب وإزالة المغناطيسية، فقرة "صناعة المغناطيس كهربائيا - اتجاه التيار عند طرفي الملف اللولبي"، صفحة 86؛ وأيضاً الدرس 8-5: التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي، صفحة 97)

3- الفلز الذي يستخدم بشكل شائع في صنع المغناطيسات الكهربائية:

شرح السؤال

لصنع مغناطيس كهربائي، نحتاج مادة يمكن مغنطتها بسهولة عند مرور التيار، وتفقد مغناطيسيتها بسرعة عند انقطاع التيار. أي من هذه الفلزات يمتلك هذه الخاصية؟

الرصاص
الألومنيوم
القصدير
الحديد المطاوع

الإجابة الصحيحة هي(الحديد المطاوع).

المغناطيس الكهربائي هو مغناطيس تتولد فيه القوة المغناطيسية نتيجة لمرور تيار كهربائي في ملف يحيط بقلب من مادة مغناطيسية. لكي يكون المغناطيس الكهربائي فعالاً، يجب أن يتمتع قلبه بالخصائص التالية:

سهولة المغنطة:أي أنه يكتسب المغناطيسية بسهولة عند تعرضه لمجال مغناطيسي (ناتج عن تيار الملف).
فقدان المغناطيسية بسرعة:أي أنه يفقد معظم مغناطيسيته عند انقطاع التيار الكهربائي. هذه الخاصية مهمة للتحكم في عمل المغناطيس (تشغيله وإيقافه).

المواد التي تتمتع بهذه الخصائص تسمىمواد مغناطيسية مطاوعةأو لينة.الحديد المطاوعهو مثال ممتاز لمثل هذه المواد، لذا يستخدم بشكل شائع في صنع قلوب المغناطيسات الكهربائية (مثل المستخدمة في الأجراس الكهربائية والمرحلات وقواطع الدائرة).

أما المواد مثل الفولاذ، فهي مواد مغناطيسية صلدة، يصعب مغنطتها ولكنها تحتفظ بمغناطيسيتها لفترة طويلة، لذا تستخدم لصنع المغناطيسات الدائمة.

الرصاص والألومنيوم والقصدير ليست مواد مغناطيسية قوية ولا تستخدم عادة في صنع قلوب المغناطيسات الكهربائية.

للتفكير:لماذا لا يستخدم الفولاذ في صنع قلوب المغناطيسات الكهربائية التي تحتاج إلى تشغيل وإيقاف متكرر؟
(الوحدة الخامسة: الظواهر البسيطة للمغناطيسية، الدرس 6-5: الخواص المغناطيسية للحديد والفولاذ، صفحة 90، "يستخدم الحديد في المغناطيسات الكهربائية..."؛ وأيضاً الدرس 7-5: بعض استخدامات المغناطيسات الدائمة والمغناطيسات الكهربائية، صفحة 92، "يتكون المغناطيس الكهربائي من ملف لولبي ... ملفوف لفات عديدة على قلب من مادة مغناطيسية مطاوعة (في العادة حديد مطاوع)")

4- ملف لولبي من النحاس الأصفر المعزول ملفوف حول مادة مغناطيسية من الحديد المطاوع يمر به تيار متردد وللحصول على مغناطيس دائم يلزم:

شرح السؤال

لصنع مغناطيس دائم، تحتاج إلى أمرين: مادة قادرة على الاحتفاظ بالمغناطيسية (مادة مغناطيسية صلدة)، وطريقة لمغنطتها بشكل فعال. فكر في تأثير نوع التيار (مستمر أم متردد) على عملية المغنطة، وفي أي نوع من المواد هو الأنسب للاحتفاظ بالمغناطيسية.

تغيير نوع التيار (مستمر) وتغيير المادة المغناطيسية (فولاذ)
بقاء نفس التيار وتغيير المادة المغناطيسية (النيكل)
تغيير نوع التيار (مستمر) وبقاء المادة المغناطيسية (حديد مطاوع)
بقاء نفس التيار (متردد) وتغيير المادة المغناطيسية (فولاذ)

الإجابة الصحيحة هي(تغيير نوع التيار (مستمر) وتغيير المادة المغناطيسية (فولاذ)).

للحصول على مغناطيس دائم، يجب استيفاء شرطين أساسيين:

استخدام مادة مغناطيسية صلدة (Hard magnetic material):هذه المواد تتميز بصعوبة مغنطتها، ولكنها تحتفظ بالمغناطيسية لفترة طويلة بعد إزالة المجال الممغنط. الفولاذ هو مثال شائع لمادة مغناطيسية صلدة. الحديد المطاوع، المذكور في السؤال، هو مادة مغناطيسية مطاوعة (لينة)، أي يسهل مغنطتها ولكنها تفقد مغناطيسيتها بسرعة عند إزالة المجال الممغنط، لذا يستخدم في المغناطيسات المؤقتة (الكهربائية).
استخدام تيار مستمر (DC) للمغنطة:لترتيب المجالات المغناطيسية الدقيقة داخل المادة في اتجاه واحد، يجب استخدام تيار مستمر يمر في الملف اللولبي. التيار المتردد (AC) يغير اتجاهه باستمرار، وبالتالي سيؤدي إلى مغنطة المادة في اتجاهات متعاكسة بشكل متكرر، مما قد يؤدي إلى إزالة المغنطة بدلاً من إكسابها بشكل دائم.

بناءً على ذلك:

الخيار (تغيير نوع التيار (مستمر) وتغيير المادة المغناطيسية (فولاذ)) صحيح لأنه يقترح استخدام تيار مستمر ومادة صلدة (الفولاذ).
الخيار (بقاء نفس التيار وتغيير المادة المغناطيسية (النيكل)) خاطئ لأن التيار المتردد غير مناسب لصنع مغناطيس دائم، والنيكل وإن كان مادة مغناطيسية، فالفولاذ أكثر شيوعًا للمغناطيسات الدائمة القوية.
الخيار (تغيير نوع التيار (مستمر) وبقاء المادة المغناطيسية (حديد مطاوع)) خاطئ لأن الحديد المطاوع لا يصنع مغناطيساً دائماً جيداً.
الخيار (بقاء نفس التيار (متردد) وتغيير المادة المغناطيسية (فولاذ)) خاطئ لأن التيار المتردد غير مناسب.

للتفكير:ما هي الطريقة الميكانيكية التي يمكن استخدامها لمغنطة قضيب من الفولاذ؟
(الوحدة الخامسة: الظواهر البسيطة للمغناطيسية، الدرس 4-5: طرق إكساب وإزالة المغناطيسية، صفحات 85-86، "صناعة المغناطيس كهربائياً"؛ والدرس 6-5: الخواص المغناطيسية للحديد والفولاذ، صفحة 90، "الفولاذ مناسب جداً لصناعة مغناطيسات دائمة")