وزارة التربية التوجيه الفني العام للعلوم الفيزياء للصف الثاني عشر العلمي المركزاإلقليمي لتطوير البرمجيات التعليمية العروض التقديمية عرض تقديمي بعنوان : القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على تيار.
Download ReportTranscript وزارة التربية التوجيه الفني العام للعلوم الفيزياء للصف الثاني عشر العلمي المركزاإلقليمي لتطوير البرمجيات التعليمية العروض التقديمية عرض تقديمي بعنوان : القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على تيار.
Slide 1
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 2
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 3
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 4
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 5
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 6
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 7
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 8
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 9
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 10
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 11
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 12
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 13
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 14
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 15
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 16
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 17
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 18
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 19
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 20
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 21
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 22
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 23
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 24
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 25
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 26
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 27
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 28
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 29
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 30
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 31
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 2
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 3
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 4
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 5
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 6
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 7
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 8
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 9
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 10
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 11
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 12
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 13
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 14
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 15
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 16
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 17
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 18
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 19
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 20
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 21
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 22
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 23
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 24
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 25
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 26
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 27
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 28
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 29
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 30
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )
Slide 31
وزارة التربية
التوجيه الفني العام للعلوم
الفيزياء للصف
الثاني عشر العلمي
المركزاإلقليمي
لتطوير البرمجيات التعليمية
العروض التقديمية
عرض تقديمي بعنوان:
القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيس ي على
تيار كهربائي مستمر
وجدنا في تجربة أورستد أن مرور تيار كهربائي
باتجاه مواز لمحور إبرة مغناطيسية يحرفها عن
وضعها األصلي ( بسبب المجال المغناطيسي للتيار )
وهذا المجال يولد قوى مغناطيسية تؤثر على قطبي
االبرة وتحرفها ) وحسب القانون الثالث لنيوتن نتوقع
رد الفعل العكسي لإلبرة على التيار .
ماذا لو كان السلك حر الحركة ,
فهل كان باإلمكان أن يتحرك بفعل
المجال المغناطيسي لإلبرة ؟
أي سلك موضوع في مجال مغناطيس ي منتظم ويمر به تيار ،فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية يحدد
اتجاهها
وفق قاعد اليد اليمنى املفتوحة ( املنبسطة ) .
حم
ت
ت
يشير اإلبهام إلى اتجاه التيار وبقية األصابع تشير الى اتجاه املجال املغناطيس ي أما اتجاه القوة فهو اتجاه سهم خارج
ً
من راحة اليد عموديا عليها ,وهذه القوة تسمى القوة املغناطيسية ألنها ناتجه عن مجال مغناطيس ي .
ق
إذا مر تيار كهربائي مستمر في موصل عمودي على مجال مغناطيسي وكان
الموصل حر الحركة ،فإنه يتحرك بتأثير قوة مغناطيسية يكون اتجاهها
عموديا ً على كل من اتجاه التيار واتجاه المجال وهذه القوة تكسب األجهزة
الكهربائية طاقتها الحركية وهذا ( مبدأ المحرك الكهربائي )
•
وقد وجد عمليا ً أن مقدار القوة المغناطيسي المؤثرة على السلك يتناسب طرديا ً مع كل من طول
السلك Lوشدة التيار Iوشدة المجال المغناطيسي Bحيث :
┴F α LIB
┴F = con LIB
┴
حيث الثابت = 1
•
أما إذا كان السلك الذي يمر به التيار الكهربائي مائالً على اتجاه المجال المغناطيسي بزاوية θ
فإن:
F = LIB Sin θ
حيث θالزاوية بين B , Lولتحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الذي يمر به
تيار مستمر نظريا ً نطبق قاعدة اليد اليمنى .
•
•
•
•
•
F = LIB
) -1يحدد منحى التيار الكهربائي المار
)2األصابع في اتجاه المجال المغناطيسي B
راحة اليد في اتجاه القوة المغناطيسية .
حم
ت
ي
ق
تطبيقات على القوة المغناطيسية المتبادلة بين مجال
مغناطيسي وتيار كهربائي مستمر
• أوالً :المحرك الكهربائي
• .مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن
.2ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير
ملفوف طوليا حول قلب اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص
رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية وبحيث يكون الملف والقلب
الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس
.3اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن
بطرفي الملف ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار
بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا على مستوى الملف
.4فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي
االسطوانة أثناء دورانهما وتتصالن بقطبي البطارية
• نظرية عمله
إذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان
السلك يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من
اتجاه المجال واتجاه التيار أو إذا مر تيار في ملف على شكل مستطيل
متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر بعزم ازدواج يعمل على
دورانه حول محوره .
• -المحرك الكهربائي
فكرة عمله :تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة
حركية في وجود المجال المغناطيسي .
استخداماته :في إدارة المراوح الكهربائية
والغساالت الكهربائية وآالت المصانع وغيرها .
كيف نزيد مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على
كل من جانبي الملف ليصبح مالئما ً لألغراض
العملية :
•
•
•
•
زيادة شدة التيار الكهربائي
زيادة عدد لفات الملف الدوار ويعمل له نواة من الحديد
المطاوع أسطوانية الشكل ويفضل أن تكون النواة مؤلفة من
صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض .
كيف يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي ؟
استبدال المغناطيس الدائم بآخر كهربائي كما يحدث في
المحركات الحديثة .
تابع /تطبيقات
• -2الميتر الكهربائي
•
•
•
•
•
•
جهاز يستخدم في قياس شدة التيار الكهربائي ،وفرق الجهد
الكهربائي .
هناك ثالثة أنواع من الميترات الكهربائية وهي :
الجلفانومتر :لقياس شدة التيار الكهربائي منخفض القيمة .
األميتر :لقياس شدة التيار الكهربائي المرتفع القيمة
.
الفولتميتر :لقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة
الكهربائية .
تطبيقات
جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك
وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة
التي تصل إلى 10 - ^ 10أمبير ،مع تحديد اتجاهها.
فكرة عمله:
عزم االزدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي
تابع /الجلفانومتر
• تركيبه:
• مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران ,نابض خفيف( زنبرك
يعمل على إعادة الملف لوضعه األصلي) ,مؤشر متصل بالملف.
طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي
يعمل على دوران الملف ،وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا
الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة
التيار المراد قياسها.
شرط اتزانه:
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض)
• عيوبه:
تابع الجلفانومتر
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض
فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )
مميزاته:
1يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير2ال يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخالفه ) وال يتأثربالمغناطيس القريب منه.
مالحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه
هو الملف ,وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس
المتحرك ال يستخدم في الوقت الحاضر ,وفيه يكون الجزء المتحرك
هو إبرة مغناطيسية .
حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم ( قوة لورنتز )
–
نعلم أن التيار الكهربائي يكافئ شحنة متحركة .
يمكن إثبات ذلك واستنتاج تعبير كمي :
إذا تحرك جسم يحمل شحنة qبسرعة متوسطة vفقطع مسافة Lخالل زمن مقداره tفإنه ينتج عن هذه
الحركة تيار كهربائي شدته ) ( Iتعطى شدته بالعالقة :
I=q/t
t = L/v
I = q v/L
qv = IL
)(1
وهذه العالقة األخيرة هي التعبير الكمي للتكافؤ بين الشحنة المتحركة والتيار الكهربائي .
بفرض أن جسيما ً كتلته mيحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها qيتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة
Bفما تأثير المجال المغناطيسي على حركته ؟
مقدارها vدخل مجاالً مغناطيسيا ً منتظما ً كثافة تدفقه
علمنا أنه عند مرور تيار كهربائي مستمر في موصل موضوع عموديا ً على مجال مغناطيسي
منتظم فإن الموصل يتأثر بقوة مغناطيسية تحسب من العالقة :
F = ILB Sin θ
)(2
ولما كانت حركة الجسيم المشحون تكافئ تياراً كهربائيا ً كما في المعادلة ( ) 1وبالتعويض في المعادلة ( ) 2
نستنتج أن المجال المغناطيسي سوف يؤثر على الجسيم المشحون بقوة مغناطيسية
F = q v B Sin θويطلق على هذه القوة ( قوة لورنتز )
ما المقصود بقوة لورنتز ؟
• هي القوة المغناطيسية التي تؤثر على جسيم
مشحون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم .
يتحدد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على
الجسيم المشحون بقاعدة ))R.H.R 1
حم
ت
ق
بما أن q, v , Bثابتة المقدار فإن
قوة لورنتز ثابتة أيضا ً و أنها ثابتة
القيمة وعمودية على متجه السرعة .
إذاً هي قوة مركزية تجبر الجسيم
المشحون على تغيير مساره المستقيم
ليصبح مساراً دائريا ً عند دخوله
المجال المغناطيسي .
┴m a c = q v B
2
2
ac=v /r =w r
┴m v2 / r = q v B
=
m w2 r
تطبيقات على القوة المغناطيسية
المؤثرة على جسيم مشحون
( قوة لورنتز )
السيكلوترون
• استخداماته :
تعجيل البروتونات والديوترونات
وجسيمات ألفا ( القذائف النووية )
-1السيكلوترون
• فكرة عمله :
• المجال الكهرساكن المنتظم و المحدث بين الصفيحتين يمكن تسريع
الدقائق المشحونة التي تدخل المجال و بالتالي يغير من سرعتها
• تدخل الدقائق المشحونة المجال المغناطيسي الذي ال يغير من
سرعتها و لكن يجعلها تتبع مسارا دائريا مرتبطا بالسرعة التي
تدخل بها الدقائق المجال المغناطيسي
•
مطياف الكتلة
كيف يعمل مطياف الكتلة ؟
-1يحدث ( تجاذب ) بين السلكين إذا كان التياران في اتجاه واحد .
-2يحدث ( تنافر ) بين السلكين إذا كان التياران متعاكسين .
التياران متعاكسين ( تنافر )
التياران في اتجاه واحد (تجاذب )