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
3
محرك يدور عكسيًا: المولد الكهربي
Science Prep 3 Term 1, Unit 2: pp. 54–63
الهدفأشرح كيف يولّد المولد قوة دافعة كهربية بإدارة ملف في مجال مغناطيسي وأقارن بين التيار المتردد والمستمر.
كلمات جديدة
المولد الكهربي · جهاز يدور فيه ملف في مجال مغناطيسي فيولّد قوة دافعة كهربية؛ ويحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهربيةالتيار المتردد · تيار يتغير اتجاهه مع الزمنالتيار المستمر · تيار يسري في اتجاه واحد فقط
الشرح
المحرك الذي يُدار باليد مولد. فعندما يدور ملف في مجال مغناطيسي فإنه يقطع خطوط المجال، وهذا يولّد قوة دافعة كهربية فيسري تيار في الدائرة. ويحوّل المولد الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية. وتزداد القوة الدافعة بزيادة سرعة الدوران: فمصباح الدينامو في الدراجة يتوهج أكثر كلما أسرعت في الدوس. والمولد لا يخلق طاقة، بل يحوّلها. وتستخدم محطات القدرة توربينات تديرها المياه المتساقطة أو البخار أو الرياح لتدير المولدات. وتنتج المحطات تيارًا مترددًا، وهو النوع المستخدم في البيوت، ويمكن نقله لمسافات طويلة بفقد قليل نسبيًا. ففي التيار المتردد يتغير الاتجاه مع الزمن؛ وفي المستمر يبقى كما هو. والمولد ذو الحلقة المشقوقة يعطي تيارًا مستمرًا. وتدعم المولدات الاحتياطية المنازل والمستشفيات والمصانع عند انقطاع الإمداد.
أمثلة محلولة
يدير تلميذ عمود محرك لعبة باليد وعلى طرفيه مصباح LED صغير. يضيء الـ LED، فالمحرك يعمل مولدًا. وإذا لم يضئ فبدّل التوصيلتين: فالـ LED يعمل في اتجاه واحد فقط.
الدوس
المصباح
متوقف
مطفأ
بطيء
خافت
سريع
ساطع
دينامو على دراجة يضيء مصباحًا. عند السرعة البطيئة يكون المصباح خافتًا؛ وعند السرعة العالية يكون ساطعًا لأن القوة الدافعة تزداد بزيادة سرعة الدوران. وعند السكون لا مصباح: لا دوران، لا قوة دافعة.
مولد يُدار بشغل ٥٠ J لا يستطيع أن يعطي أكثر من ٥٠ J طاقة كهربية لأن الطاقة لا تُخلق. ويتحول بعضها إلى حرارة في الأسلاك والمحامل، فيكون الخرج الكهربي أقل قليلًا من ٥٠ J.
نشاط الفصل
المحرك كمولد، بمساعدة أحد الكبار. استخدم محرك لعبة صغيرًا بتيار مستمر ومصباح LED صغيرًا موصولًا بين طرفيه (يراجع الكبير التوصيلات). أدر العمود باليد ببطء ثم بسرعة وصف الـ LED. بدّل التوصيلتين إن لم يضئ المصباح. املأ جدولًا: دوران بطيء، دوران سريع، لا دوران. ثم اكتب جملة عن سبب تسميته مولدًا وجملة عن مصدر الطاقة.
تدرّب
1
ما الشيئان اللازمان في المولد لتوليد قوة دافعة كهربية؟
ملف ومجال مغناطيسي، مع دوران الملف ليقطع خطوط المجال.
2
ما تحول الطاقة الذي يقوم به المولد؟
طاقة ميكانيكية إلى طاقة كهربية.
3
كيف يمكن زيادة القوة الدافعة لدينامو الدراجة؟
إدارته أسرع (الدوس أسرع).
4
ما الفرق بين التيار المتردد والمستمر؟
في المتردد يتغير الاتجاه مع الزمن؛ وفي المستمر يسري التيار في اتجاه واحد فقط.
5
لماذا لا يخالف المولد قاعدة أن الطاقة لا تُخلق؟
إنه يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهربية فقط؛ والطاقة تأتي من الدوران.
