فيزياء – المجال المغناطيسى لتيار كهربى للصف الثالث الثانوى 2016

المجال المغناطيسي لتيار كهربي يمر في ملف دائري

 لدراسة المجال المغناطيسي للملف الدائري نجري التجربة التالية:

1- انثر برادة الحديد علي لوحة من الورق المقوي .

2- يخترقاللوحة ملف دائري يمر به تيار مستمر.

3- اطرق اللوحة طرقات خفيفة فتترتب برادة الحديد متخذة الشكل الموضح بالرسم ومنه نلاحظ ما يلي:

شكل المجال المغناطيسي :-

يشبه إلي حد كبير المجال المغناطيسي لمغناطيس قصير:

حيث يكون الوجه الذي يبدو فيه اتجاه التيار عند النظر إليه في اتجاه حركة عقارب الساعة قطبا جنوبيا ( S) .

والوجه الذي يبدو فيه اتجاه التيار عند النظر إليه عكس حركة عقارب الساعة قطبا شماليا. ( N)

خواص خطوط الفيض المغناطيسي للملف الدائري

1- تفقد خطوط الفيض دائريتها.

2- تختلف كثافة الفيض من نقطة لنقطة أخري.

3- خطوط الفيض عند محور الملف  خطوط مستقيمة متوازية متعامدة على مستوى الملف

وهذا يدل على أن المجال منتظما في هذه المنطقة , وفي اتجاه المحور أي عموديا علي مستوي الملف.

العوامل التى تتوقف عليها كثافة الفيض المغناطيسى فى مركز ملف دائرى يحمل تيارا

1- عدد لفات الملف الدائري (  ( Nتتناسب كثافة  الفيض تناسبا طردياً مع عدد اللفات .

2- شدة التيار المار في الملف ( I )  تتناسب كثافة  الفيض تناسبا طردياً مع شدة التيار .

3- نصف قطر الملف الدائري (r  )  تتناسب تناسبا عكسيا مع نصف قطر الملف.

  حيث  µ معامل النفاذية المغناطيسية وفى الهواء =  / Amp. m )Wb    =  µ )

 تعيين اتجاه المجال المغناطيسي عند مركز ملف دائري يمر به تيار

 أ) عمليا: بوضع البوصلة المغناطيسية عند مركز الملف الدائري الذي يمر به تيار فيشير قطبها الشمالي إلي اتجاه المجال

ب) نظريا:  1- قاعدة عقارب الساعة :- بالنظر الى أحد وجهى الملف فإذا كان اتجاة مرور التيار فى نفس اتجاه حركة عقارب الساعة يكون هذا الوجه قطباً جنوبياً (S) اما اذا كان اتجاه مرور التيار فى عكس اتجاه عقارب الساعة يكون هذا الوجه قطباً شمالياً (N)  .

2- قاعدة البريمة اليمني لماكسويل:

” أدر بريمة ( قلاوظ )  باليد اليمني في اتجاه الربط فى اتجاه حركة عقارب الساعة عند مركز الملف  بحيث يشير اتجاه  دورانها إلى اتجاه التيار فى الملف , فيكون اتجاه اندفاعها هو اتجاه المجال المغناطيسي عند مركز الملف ” .

3- أمبير لليد اليمنى لأمبير :

عكس السلك المستقيم

وبذلك فإن الملف الدائري في حالة مرور التيار به

-  يكافئ (ثنائي قطب مغناطيسي)حيث لا يوجد في الطبيعة أقطاب منفردة ,فدائماً اًيوجد قطبان أحدهما قطب شمالي والآخر قطب جنوبي.

- يماثل مغناطيس علي هيئة قرص مصمت له قطبان مستديران أحدهما شمالى و الأخر جنوبى .

ملاحظات عند حل المسائل

 1- يتعين عدد اللفات بمعلومية طول سلك الملفين العلاقة :

حيث L  طول السلك مفرود , r نصف قطر الملف

2- اذا كان السلك يحتوى على اقل من لفة فيكون :-

3- في حالة ملفين دائريين لهما مركز مشترك واحد (أو دار احد الملفين بمقدار 180   درجة  ) فإذا كان:

4- عند وضع سلك يمر به تيار ملامسا لحلقة دائرية يمر ها تيار كهربى أيضا و كانت نقطة التعادل عند مركز الحلقة

5- إذا كان الملفان متعامدين ( أو دار احد الملفين بمقدار 90  درجة ) فإن:

6- المسار الدائري للإلكترون حول النواة يمثل ملفا دائريا عدد لفاته لفة واحدة ,وتتعين  شدة التيار المار من العلاقة:           شدة التيار المار= شحنة الإلكترون × عدد الدورات في الثانية

 مسائل للتدريب:

1- ملفان دائريان متحدا المركز ولهما نفس المستوى , الأول نصف قطره 40 Cm و عدد لفاته 300  لفه ويمر به تيار شدته 10 A و الثانى نصف قطره  30 Cm وعدد لفاته 400  لفه ويمر به تيار شدته 6 A فى نفس اتجاه الأول أوجد كثافة الفيض المغناطيسى الكلى :

(أ) عند مركز الملفان                            (ب) عندما يدور أحد الملفين بزاوية 90°

(جـ) عندما يدور أحد الملفين بزاوية 180°

ثالثا  :-  المجال المغناطيسي لتيار كهربي يمر في ملف لولبي(حلزوني)

نصل طرفي سلك ملفوف لفا حلزونيا (ملف لولبي) بمصدر تيار مستمر يتولد مجال مغناطيسى يشبه إلى حد كبير المجال المغناطيسى  لقضيب مغناطيسى ومن الشكل نلاحظ الأتى:-

شكل المجال المغناطيسي :

1- داخل الملف :-  يكاد يكون منتظما أي أن خطوط الفيض

 عند محور الملف تكون متوازية , وموازية لمحوره.

2 – خارج الملف :- يشبه المجال المغناطيسي الناتج عن قضيب مغناطيسي

3-  كل خط يمثل مسارا متصلا داخل و خارج الملف .

*  ويلاحظ أن :-  طرف الملف الذي تخرج منه خطوط

العوامل التى يتوقف عليها كثافة الفيض المغناطيسى عند محور ملف لولبى

 الفيض المغناطيسي هو القطب الشمالي و الطرف الذي تدخل فيه هو القطب الجنوبي.

1- شدة التيار(I)     تتناسب كثافة الفيض المغناطيسي طرديا مع شدة التيار.

2- عدد اللفات (N)  تتناسب كثافة الفيض المغناطيسي طرديا مع عدد اللفات .

3- طول الملف(L)   تتناسب كثافة الفيض المغناطيسي عكسيا مع طول الملف

حيث µ معامل النفاذية المغناطيسية للوسط وللهواء يساوي

تعيين اتجاه المجال المغناطيسي

 ويتم ذلك بتعيين نوع القطب في كل من وجهي الملف اللولبي.

1-   قاعدة حركة عقارب الساعة

بالنظر الى أحد وجهى الملف فإذا كان اتجاه مرور التيار فى نفس اتجاه حركة عقارب الساعة يكون هذا الوجه قطباً جنوبياً (S) اما اذا كان اتجاه مرور التيار

 فى عكس اتجاه عقارب الساعة يكون هذا الوجه قطباً شمالياً (N)  .

2- قاعدة أمبير لليد اليمني:

نتخيل أننا نقبض علي الملف باليد اليمني بحيث تشير

أصابع اليد اليمني ما عدا الإبهام إلي اتجاه التيار

 في الملف فيكون اتجاه الإبهام العمودي علي الأصابع

 يشير إلي اتجاه القطب الشمالي.

 3- قاعدة البريمة لليد اليمنى : باعتبار أن الملف اللولبى يتكون من عدة  لفات دائرية فعند دوران البريمة اليمنى فى مركز الملف بحيث يشير اتجاه دورانها إلى اتجاه التيار فى الملف فان اتجاه اندفاعها هو اتجاه المجال عند المركز

ملاحظات هامة:

1 - (علل) يمكن زيادة شدة المجال المغناطيسي الناشئ عن مرور تيار في ملف بوضع قضبان من الحديد المطاوع داخل الملف

لأن  معامل النفاذية المغناطيسية للحديد كبيرة جدا بالنسبة لمعامل النفاذية المغناطيسية  للهواء  .

2- (علل) قد يمر تيار كهربى مستمر فى ملف حلزونى ولا يتولد عنه  مجال مغناطيسى  (أو قد لا تتمغنط ساق حديد فى لف حولها سلك يمر به تيار مستمر ) . 

لان الملف يكون ملفوفا لفا مزدوجا حيث يلاشى المجال المغناطيسى لأحد الفرعين المجال الناشىء عن الفرع الأخر حيث يكون اتجاه التيار فى احد الفرعين فى عكس اتجاه التيار فى الفرع الأخر .

كيف يمكن الحصول على ملف لولبى يمر به تيار كهربى مستمر ويكون له قطبان خارجيان متشابهان فى طرفيه . وضح بالرسم .

س:- ملف حلزونى من النحاس  طوله L وعدد لفاته N متصل ببطارية قوتها الدافعة الكهربية V_B  ماذا يحدث عند :-

س :- فى الشكل المقابل :-

 ماذا يحدث لقراءة الميزان فى كل حالة :

1- عند غلق المفتاح k .                2- إذا عُكس قطبى البطارية .

 ملاحظات عند حل المسائل 

1- يتعين عدد اللفات بمعلومية طول سلك الملف من العلاقة :

2-   لو اللفات متماسة ( فقط فى الحلزونى )

3-إذا تم إبعاد لفات الملف الدائري ,فإنه يصبح ملفا لولبيا ونطبق قانون الملف اللولبي حيث عدد اللفات لم يتغير أو شدة التيار .

3- وللمقارنة بين كثافتي الفيض في الحالتين نطبق العلاقة:

4- معامل النفاذية المغناطيسية للحديد أكبر من معامل النفاذية المغناطيسية للهواءحيث أن :

* ولذلك عند وضع قضيب من الحديد المطاوع داخل ملف دائرى او حلزونى يمر به تيار كهربى تزداد كثافة الفيض , فتزداد كفاءة الملف كمغناطيس