القوى الكهربية والمغناطيسية: المغناطيسات الكهربية والمحركات والمولدات
Week 9 · Lesson 3 Electric and Magnetic Forces: the magnetic effect of current, the electromagnet and its strength, force on a current-carrying wire, the electric motor and its torque, the electric generator · 3 lessons
1
التيار يصنع مغناطيسًا: أورستد والمغناطيس الكهربي
Science Prep 3 Term 1, Unit 2: pp. 54–63
الهدفأصف اكتشاف أورستد أن التيار يصنع مجالًا مغناطيسيًا، وأصمم مغناطيسًا كهربيًا نظريًا، وأقول ما الذي يجعله أقوى.
كلمات جديدة
المجال المغناطيسي · الحيز حول مغناطيس أو تيار الذي تؤثر فيه قوة مغناطيسيةالمغناطيس الكهربي · ملف من سلك معزول حول قلب من الحديد المطاوع يكون مغناطيسًا فقط ما دام التيار يمرقلب من الحديد المطاوع · قطعة حديد مطاوع داخل ملف يتمغنط بالتيار ويفقد مغناطيسيته عند انقطاعه
الشرح
لاحظ العالم الدنماركي هانز أورستد أن إبرة البوصلة القريبة من سلك تنحرف عندما يمر تيار في السلك. إذن التيار يصنع مجالًا مغناطيسيًا حول السلك: هذا هو التأثير المغناطيسي للتيار. ويُصنع المغناطيس الكهربي بلف سلك نحاسي معزول حول قلب من الحديد المطاوع. فيمغنط التيار القلب، وعندما ينقطع التيار تزول المغناطيسية: فهو مغناطيس مؤقت يمكن تشغيله وإيقافه. ولهذا يُستخدم في رافعات ساحات الخردة وفي فرز المعادن لإعادة التدوير وفي الأجراس الكهربائية. وتزداد قوته بزيادة عدد لفات السلك وبزيادة التيار وبوجود قلب الحديد المطاوع، ويمكن قياسها بعدد مشابك الورق التي يرفعها. وفي الجرس الكهربائي يجذب المغناطيس الكهربي شريحة معدنية مرنة بعيدًا عن نقطة تلامس فتنقطع الدائرة؛ فيتوقف المغناطيس، وترتد الشريحة، وتُغلق الدائرة من جديد، وتتكرر الدورة وتدق المطرقة الجرس. انتبه: المغناطيس الكهربي ليس مغناطيسًا دائمًا، وقلب الحديد المطاوع ليس من الصلب، والبوصلة لا «تنجذب» إلى السلك: إنها تنحرف بسبب المجال المغناطيسي.
تيار في السلك→مجال مغناطيسي حول السلك→إبرة البوصلة تنحرف
أمثلة محلولة
تصنع مايا مغناطيسًا كهربيًا بمسمار حديد طويل و١٠ لفات من السلك على عمود AA واحد. فيرفع ٣ مشابك ورق. وبـ٢٠ لفة يرفع ٧، وبـ٣٠ لفة يرفع ١١ (نتائج مثال، ونتائجك ستختلف). لفات أكثر فمغناطيس أقوى: يزداد العدد في كل مرة.
تشغيل المغناطيس الكهربي وإيقافه: تلتقط رافعة الخردة هيكل سيارة من الصلب عندما يمر التيار، وتُسقطه عندما ينقطع التيار لأن القلب يفقد مغناطيسيته. ولا يمكن إيقاف المغناطيس الدائم بهذه الطريقة.
الجرس الكهربائي: يجذب المغناطيس الكهربي الشريحة، فيفتح التلامس، وينقطع التيار، وترتد الشريحة، فيُغلق التلامس، ويمر التيار من جديد. ولذلك تضرب المطرقة الجرس مرارًا ما دام الزر مضغوطًا.
نشاط الفصل
البوصلة والمغناطيس الكهربي، بمساعدة أحد الكبار. (١) يجرد الكبير طرفي سلك من العزل. ضع السلك فوق بوصلة، ولامس طرفيه بعمود ١٫٥ V لمدة ثانية واحدة فقط وراقب الإبرة. لا تبقه موصولًا. (٢) لُف ١٠ لفات من سلك رفيع معزول حول مسمار حديد طويل، ثم وصّله بعمود AA واحد لبضع ثوان وعدّ كم مشبك ورق يرفع. كرر ذلك بـ٢٠ لفة. يسخن السلك والعمود، فأطفئ بين الاختبارات. استخدم مغناطيسات قضيبية عادية فقط، ولا تستخدم المغناطيسات الصغيرة القوية أبدًا: فهي خطر عند ابتلاعها.
تدرّب
1
ماذا لاحظ أورستد؟
انحرفت إبرة بوصلة قريبة من سلك عندما مر تيار في السلك.
2
اذكر أجزاء المغناطيس الكهربي.
ملف من سلك نحاسي معزول يلتف حول قلب حديدي مطاوع، ويتصل بمصدر كهربي.
3
اذكر ثلاث طرق لجعل المغناطيس الكهربي أقوى.
لفات أكثر وتيار أكبر وقلب من الحديد المطاوع.
4
لماذا يُسقط المغناطيس الكهربي الحمل عند إيقاف التيار؟
لأن قلب الحديد المطاوع يفقد مغناطيسيته عند انقطاع التيار.
