تطبيقات الكهرومغناطيسية (الدارات المغناطيسية)

1.   المغناطيس:

·  تعريف: هو جسم مصنوع من الفولاذ الصلب له خاصية جذب المعادن الحديدية،ولكل مغناطيس قطبين قطب شمالي N و قطب جنوبي S.

 ·  خصائص المغناطيس:

 نشاط1: 

 نقرب مغناطيسين من بعضهما البعض.

 

 ماذا تلاحظ؟

الأقطاب المتماثلة تتنافر و الأقطاب المختلفة تتجاذب.

 
نشاط2:

 إذا جزءنا مغناطيس على ماذا نحصل؟

  

 كل جزء يصبح له قطب شمالي و قطب جنوبي.

هذا يعني أن المغناطيس غير قابل للفصل.

 نشاط3:

 بوضع أجزاء مغناطيس طرفا الى طرف على ماذا نحصل؟

  

 

 

 

 نحصل على مغناطيس وحيد له قطب شمالي وقطب جنوبي.

 ·  مصادر المغناطيس:

 -  مغانط دائمة (طبيعية أو اصطناعية):

 

  - مغانط مؤقتة( كهربائية):نحصل عليها بتمرير التيار في وشيعة  ملفوفة حول قضيب معدني.

 

2   المجال (الحقل) المغناطيسي:

 ·  وجود الحقل المغناطيسي:

  نشاط1:

 نقرب من إبرة مغناطيسية قضيبا مغناطيسيا.  ما ذا نلاحظ؟

 الإبرة تتحرك وتدور حول محورها محاولة الاقتراب من المغناطيس

وهذا الفعل يصبح ضعيفا كلما ابتعدنا أكثر عن الإبرة 

  نتيجة:  مساحة تأثير المغناطيس على الإبرة هي عبارة عن حقل مغناطيسي.

 

 نشاط2:

نضع إبرة مغناطیسية فوق قطعة من الفلين تسبح على سطح الماء و نتركها حرة.

ماذا نلاحظ؟

دوران قطعة الفلين بزاوية معينة حتى يصبح المغناطيس اتجاه الشمال و تستقر في هذه الوضعية.

 نتيجة: نقول أنه يوجد حول الأرض حقل مغناطيسي يدعى   " الحقل المغناطيسي الأرضي ".

 

 نشاط2:  (تجربة آرستد 1820)

 نضع إبرة مغناطيسية حرة الحركة حول محورها موازية لسلك ناقل، ثم نمرر تيار كهربائي عبر هذا السلك.

 

 ماذا نلاحظ؟

انحراف الإبرة في جهة معينة وعند عكس اتجاه التيار تنحرف الإبرة في الاتجاه المعاكس.

 

  نتيجة:  مساحة تأثير التيار الكهربائي المار عبر الناقل هي عبارة عن حقل مغناطيسي يدعى  " الجقل الكهرومغناطيسي ". 

 

 ·  خصائص الحقل المغناطيسي:

·   خطوط الحقل المغناطيسي (الطيف المغناطيسي):

 

 نشاط1:

 ننثر برادة الحديد على صفيحة زجاجية موجودة فوق مغناطيس.

 ماذا نلاحظ؟

 

البرادة تتمغنط وتتجه بانتظام داخل الحقل المغناطيسي مشكّلة خطوط تسمى خطوط الحقل المغناطيسي، ومجموع هذه الخطوط يمثل الطيف المغناطيسي  يكون اتجاه هذه الخطوط من الشمال (N) إلى الجنوب (S).

 

·  شعاع الحقل المغناطيسي:

 نشاط2:

نعلق إبرة مغناطيسية بخيط وعندما تستقر نقرب منها مغناطيس.

 ماذا نلاحظ؟

نلاحظ أن الإبرة تستقر على استقامة واحدة مع محور المغناطيس.

  نتيجة:  شعاع الحقل المغناطيسي   اتجاهه من الشمال (N) إلى الجنوب (S) ، نقطة تطبيقه M النقطة التي تستقر فيها الإبرة وحامله المستقيم (NS).

وحدة الحقل المغناطيسي هي   TESLA (T).

 

 3.    الحقل المغناطيسي الناتج عن تيار كهربائي:

1.3.  حقل ناقل مستقيم:

 نشاط1:

 نأخذ ناقل شاقولي ونجعله  يخترق قطعة من الورق وننثر  فوقها برادة

الحديد ثم نمرر تيارا كهربائيا في هذا الناقل.

ماذا نلاحظ؟

تترتب برادة الحديد في دوائر مركزها السلك.

 

·   نعيّن جهة الحقل باستعمال قاعدة اليد اليمنى المقبوضة، بحيث

يشير الإبهام إلى اتجاه التيار بينما تشير باقي الأصابع إلى اتجاه

خطوط المجال.

 

·   تعطى شدة الحقل المغناطيسي في نقطة M بالعلاقة التالية: 

 

B: شدة الحقل المغناطيسي (T) (تسلا).

I: شدة التيار الكهربائي المار في الناقل (A).

d: المسافة بين النقطة M والناقل (m).

µ₀=4p.10^-7: نفاذية الفراغ وحدتها (H/m).

 

 

2.3. حقل ناقل دائري (وشيعة مسطحة):

 عندما يسري تيار في سلك دائري فإنه ينتج مجال مغناطيسي حول السلك.

يحدّد اتجاه الحقل المغناطيسي بقاعدة اليد اليمنى المقبوضة. 

 

·   في مركز اللفة تعطى شدة الحقل B  بالعلاقة التالية:

 

 R: نصف قطر اللفة (m).   N: عدد اللفات.

 3.3. حقل ناقل حلزوني (وشيعة حلزونية):

 

·   يحدّد اتجاه الحقل المغناطيسي بقاعدة اليد اليمنى المقبوضة، بحيث

تشير الأصابع المقبوضة إلى اتجاه التيار بينما يشير الإبهام إلى

  اتجاه الحقل.

تعطى شدة الحقل المغناطيسي في مركز الوشيعة بالعلاقة التالية:

 

L: طول الوشيعة (m).   n=N/L: كثافة الحلقات (عدد الحلقات في المتر).

 

 4.    التحريض المغناطيسي  

 نشاط:

 نصل وشيعة بجهاز غلفانومتر ثم نقوم بما يلي :

·        نقرب المغناطيس من  الوشيعة.

فنلاحظ انحراف مؤشر الغلفانومتر في اتجاه معين.

·        نسحب المغناطيس نحو الخلف بسرعة.

فنلاحظ انحراف المؤشر في الجهة المعاكسة.

 

إذا عكسنا أقطاب المغناطيس فإن المؤشر ينحرف

في الجهة المعاكسة لهذه التجربة.

 

يسمى التيار الناشئ عن التأثير المتبادل بين الوشيعة والمغناطيس بالتيار المتحرض.

ويسمى المغناطيس بالجملة المحرضة والوشيعة بالجملة المتحرضة .

 ملاحظة : يمكن أن نحصل على نفس الظاهرة بـ:

·  تقريب احد وجهي الوشيعة من قطب مغناطيس  ثابت أو إبعادها عنه.

·  تقريب وجه وشيعة يجتازها التيار من جهة وشيعة أخرى موصولة بجهاز الغلفانومتر.

 

 نتائج:   £  نحصل على تيار متحرض بالتأثير المتبادل:

·   بين مغناطيس ووشيعة.

·   بين وشيعيتين يجتاز إحداهما تيار كهربائي.

 

   £   تزداد شدة التيار المتحرض بزيادة الحقل المحرض أو زيادة سطح الدارة المتحرضة.

 5.    التدفق المغناطيسي  

تعريف: التدفق المغناطيسي Φ هو كثافة خطوط الحقل المغناطيسي B المارة

عبر مساحة (السطح) S. وهو يعطى بالعبارة التالية: 

       هي الزاوية بين الشعاع الناظمي للسطح  S و شعاع الحقل .

وحدة التدفق المغناطيسي هي (الويبر) (Wb) (Weber).

 نشاط:

·   نصل وشيعة مسطحة بجهاز غلفانومتر ثم نقرب منها مغناطيس  نحركه

ذهابا وإيابا ( أفقيا). فنلاحظ انحراف مؤشر الغلفانومتر.

لدينا  ومنه التدفق:  وهي أكبر قيمة للتدفق.

 

نكرر نفس التجربة من اجل وضعيات مختلفة للوشيعة فنلاحظ انه: كلما كانت الزاوية يقل انحراف المؤشر.

 

نتيجة: التدفق المغناطيسي هو مقدار جبري إشارته تتعلق بإشارة .

 نكرر نفس التجربة من اجل وشيعة مسطحة اصغر سطحا من السابقة فنلاحظ أنه كلما استعملنا سطح اصغر يقلانحراف المؤشر  لنفس  وضعيات الوشيعة.