الفيزياء 12 فصل ثاني

أتحقق صفحة 29:  أصفُ شكلَ خطوط المجال المغناطيسيّ حول موصلٍ مستقيمٍ لا نهائيّ الطول يحمل تيّارًا كهربائيًّا، وأبيّن كيف أُحدّد اتّجاهه عند نقطة.

تشكل خطوط المجال المغناطيسي حلقات مغلقة متحدة في  المركز حول الموصل، تتباعد عن بعضها كلما ابتعدنا عن  الموصل، ويمكن تحديد اتجاه المجال عند أي نقطة فيه برسم مماس لخط المجال عند تلك النقطة.

 

تمرين:

أستخدم الأرقام: موصلان مستقيمان متوازيان لانهائيّا الطول؛ المسافة بينهما 30cm، يحمل أحدهما تيّارًا كهربائيًّا يساوي ثلاثة أمثال التيّار الذي يحمله الموصل الثاني. أُحدّد نقطةً على الخطّ العموديّ الواصل بينهما؛ ينعدم عندها المجال المغناطيسيّ عندما يكون التياران بالاتّجاه نفسه.

الحل:

ينعدم المجال المحصل عند نقطة على الخط العمودي الواصل بين موصلين مستقيمين متوازيين، عندما يكون المجالان عند تلك لنقطة متساويان مقداراً ومتعاكسان اتجاهًا.

ويتحقق ذلك عند نقطة تقع بين الموصلين، وأقرب إلى الموصل الذي يحمل تيا ا ر أقل، وذلك عندما يمرّ في الموصلين تيارين بالاتجاه نفسه.

$B_1=B_2$

$\frac{I_1}{r_1}=\frac{I_2}{r_2}\to \frac{I_1}{r_1}=\frac{3I_1}{30-r_1}\to \frac{1}{r_1}=\frac{3}{30-r_1}$

$30-{𝑟}_1=3{𝑟}_1\to {𝑟}_1=\frac{30}{4}={𝑟}_1=7.5cm$

النقطة تبعد 7.5cm عن الموصل الذي يحمل تيا ا ر أقل، أي تبعد 22.5cm عن الموصل الذي يحمل تيارا أكبر.

 

أتحقق صفحة 33: 

ما صفات الملفّ اللولبيّ التي تجعلُ المجال المغناطيسيّ داخله منتظمًا؟

عندما تكون حلقات الملف اللولبي مت ا رصة، وطوله أكبر بكثير من قطره، فإنّ المجال المغناطيسي داخله وبعيدًا عن طرفيه يكون منتظمًاً. 

  

أفكر صفحة 33:  

بالاعتماد على العلاقة الرياضية الخاصة بالمجال المغناطيسيّ داخل ملف لولبي يسري فيه تيارٌ كهربائيّ؛ أبيّنُ أثر كُلٍّ ممّا يأتي في مقدار المجال المغناطيسيّ داخله:

- مضاعفة عدد اللّفات فقط.

- مضاعفة طول الملفّ فقط.

- مضاعفة عدد اللّفات وطول الملفّ معًا.

معتمدًا على العلاقة الرياضية لمجال الملف اللولبي:

                                                        $B = \frac{{\mu }_{o}IN}{L}$

فإنّ:

      - مضاعفة عدد اللفات ( 𝑁 ) يضاعف المجال المغناطيسي،

      - مضاعفة طول الملف ( 𝑙 ) يقلل المجال المغناطيسي إلى النصف،

      - مضاعفة عدد اللفات وطول الملف معًا يبقى المجال المغناطيسي ثابتًا.

تمرين صفحة 34: 

أستنتج: أربع بوصلات وضعت بالقرب من ملف لولبي يحمل تيارًا عند النقاط (a, b, c ,d) المبينة في الشكل (29)، فانحرفت إبرة البوصلة الموضوعة عند النقطة (a) بالاتجاه المبين على الشكل.

أ. أحدد اتجاه التيار المار في الملف، موضحًا كيف توصلت إلى الإجابة.

ب. أرسم أسهمًا تحدد اتجاه انحراف إبرة البوصلة عند النقاط (b, c, d).

                                           

أ. يكون اتجاه التيار كما هو موضح في الشكل. ويحدد اتجاه التيار باستخدام قاعدة اليد اليمنى، حيث يشير الإبهام إلى اتجاه القطب الشمالي للمجال المغناطيسي المتكون داخل الملف.

أقطاب المجال المغناطيسي للملف تُحدد بالاعتماد على اتجاه انحراف إبرة البوصلة.

ب. اتجاه انحراف إبرة البوصلة كما هو مبين في الشكل (السهم المرسوم داخل كل بوصلة يدل على الاتجاه الذي تشير إليه إبرة البوصلة).

 

التجربة 2 صفحة 35: القوة المغناطيسية بين موصلين متوازيين.

إجابات أسئلة التحليل والاستنتاج

1 في الشكل (2) يسري في الشريطين تيا ا رن بالاتجاه نفسه، وفي الشكل (3) يسري فيهما تياران باتجاهين متعاكسين.

2 في الحالة الأولى (تياران بنفس الاتجاه) تجاذب شريطا الألمنيوم. وفي الحالة الثانية (تياران متعاكسان) تنافر شريطا الألمنيوم.

3 يجب أن تنطبق النتيجة العملية مع الاستنتاج النظري لاتجاه القوى المغناطيسية. .

4 ينشأ بين السلكين قوة تجاذب عندما يكون التيا ا رن بالاتجاه نفسه، وينشأ بين السلكين قوة تنافر عندما يكون التياران باتجاهين متعاكسين.      

---

مراجعة الدرس صفحة 39

السؤال الأول :الفكرة الرئيسية:

اذكر العوامل التي يعتمد عليها مقدار المجال المغناطيسي عند نقطة بالقرب من موصل يحمل تيارا كهربائيا ينتج عن مقطع صغير من هذا الموصل .

الجواب : من العلاقة: $dB =\frac{{\mu }_o}{4\pi }\frac{IdLsin\theta }{r^2}$

- مقدار التيار الكهربائي ($I$)ويتناسب المجال المغناطيسي مع التيار تناسبا طرديا .

- البعد العمودي بين الموصل والنقطة المراد حساب المجال عندها (المسافة)($r$)  ويتناسب المجال المغناطيسي مع المسافة  تناسبا عكسيا.

- النفاذية المغناطيسية للوسط(${\mu }_0$).

- جيب الزاوية بين متجه طول المقطع ومتجه بعد  موقع النقطة

 

السؤال الثاني:

استنتج: يتحرك إلكترون في الفضاء في خط مستقيم ما المجالات الناشئة عن الإلكترون؟

الجواب:  

ينتج عن حركة الإلكترون مجالان الأول كهربائي لأن حركة الإلكترون ينشأ عنها تيار كهربائي يولد مجالاً كهربائياً والثاني مغناطيسي لأن التيار يولد مجالاً مغناطيسيا حسب تجربة اورستد.

 

السؤال الثالث:

أستخدم الأرقام: بالاعتماد على الشكل، إذا كان (I₁ = I₂ = 6.0 A)؛ أجد
مقدار المجال المغناطيسيّ المُحصّل عند النقطة ( a)، وأحدّدُ اتّجاهه.

الجواب:

تؤثر عند النقطة (𝑎) ثلاثة مجالات؛ من الموصل الأول، ومن الموصل الثاني، والمجال الخارجي.

$B_1=\frac{{\mu }_{\circ }{I}_1}{2{\mathrm{\pi r}}_1}=\frac{4\mathrm{\pi }\times {10}^{-7}\times 6.0}{2\mathrm{\pi }\times 0.24}=5.0\times {10}^{-6}T$

$B_2=\frac{{\mu }_{\circ }{I}_2}{2{\mathrm{\pi r}}_2}=\frac{4\mathrm{\pi }\times {10}^{-7}\times 6.0}{2\mathrm{\pi }\times 0.18}=6.7\times {10}^{-6}T$

${𝐵}_3=3.0\times {10}^{-6} T$

المجال (𝐵₁)  باتجاه (+𝑧) ، المجال (𝐵₂) باتجاه (−𝑧)، والمجال (B_ext) باتجاه (-z).

ومجموع المجالين $({𝐵}_2,B_{ext})$ أكبر من (B1)، فيكون اتجاه المجال (-z) المحصل باتجاه () ومقداره:

$𝐵=({𝐵}_2+B_{ext})-B_1$

$=(6.7\times {10}^{-6}+3.0\times {10}^{-6})-5.0\times {10}^{-6}=4.7\times {10}^{-6} T$

$\mathit{B}=4.7\times {10}^{-6} T,-𝑧$

4. أستنتج: يبين الشكل سلكًا يحمل تيارًا (I).

في الشكل (a) لُف السلك على شكل ملف دائري يتكون من لفة واحدة. وفي الشكل (b) أعيد تشكيل السلك على شكل ملف يتكون من لفتين، قطر كل منها (نصف) قطر اللفة في الشكل (a). 
أجد النسبة ($\frac{B_b}{B_a}$)؛ حيثُ ($B_a$) و ($B_b$) المجالين المغناطيسيين في مركزي الملفين.

 

5. أستنتج: ثلاثة أسلاك مستقيمة لا نهائية الطول، يسري فيها تيارات كهربائية متساوية بالاتجاهات المبينة في الشكل، والبعد بين الأسلاك متساوي.

أرتب الأسلاك تنازليا حسب مقدار القوة المغناطيسية المحصلة لكل وحدة طول المؤثرة في كل سلك.

6. أستخدم الأرقام: موصلان مستقيمان متوازيان؛ يحملُ كلٌّ منهما تيّارًا كهربائيًّا باتّجاهٍ داخلَ الصفحة، كما في الشكل. إذا كان تيّار الأول (12A)،
وتيار الثاني (40A). أحسبُ كُلًّ من:

أ . القوّةَ التي يؤثّر بها الموصل الثاني في وحدة الأطوال من الموصل الأول مقدارًا واتّجاهًا.

ب. المجالَ المغناطيسيَّ المُحصّل عند النقطة (P) مقدارًا واتّجاهًا.