فيزياء القوة المغناطيسية للصف الثالث الثانوى 2016

 القوة التى يؤثر بها مجال مغناطيسى علي سلك يمر به تيار كهربى موضوع فى هذا المجال

( ظاهرة الموتور )

      نضع سلكا مستقيما يمر به تيار بين قطبي مغناطيس

 1- اتجاه المجال المغناطيسي .             2- اتجاه التيار.

   - وعند عكس اتجاه التيار أو اتجاه المجال المغناطيسي

     ينعكس اتجاه القوة المؤثرة على السلك فيعكس السلك اتجاه حركته.

   - اتجاه القوةالمؤثرة (اتجاه حركة السلك)تتوقف علي اتجاه المجال المغناطيسي واتجاه التيار.

عندما يمر تيار كهربي في سلك موضوع عموديا علي اتجاه مجال مغناطيسي , فإنه يتحرك بتأثير قوة المجال المغناطيسي في اتجاه عمودي علي كل من اتجاه المجال واتجاه التيار.

س : اشرح تجربة توضح تحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة حركة .

تعيين اتجاه القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيسي علي سلك يحمل تيارا وموضوع عموديا في مجال مغناطيسي  بواسطة : 

قاعدة اليد اليسري لفلمنج

” اجعل أصابع يدك اليسري الإبهام و السبابة و الوسطى متعامدة علي بعضها بحيث يشير  السبابة لاتجاه المجال بقية الأصابع (عدا الابهام )  لاتجاه التيار فيكون الإبهام مشيرا لاتجاه الحركة  (القوة المغناطيسية) “

حساب القوة المغناطيسية المؤثرة علي سلك يحمل تيارا كهربيا

 ثبُت بالتجربة العملية (الدراسة الماكروسكوبية) ما يأتي:

(أ) عند ثبوت شدة التيار , Iطول السلك L  فإن

(ب)عند ثبوت كثافة الفيض (B) , وشدة التيار (I) فإن:

 (جـ)عند ثبوت كثافة الفيض B, طول السلك  Lفإن

من1 و 2  و 3 نجد أن

ويتوقف مقدار هذا الثابت علي نوع الوحدات المستخدمة وللتخلص من المقدار الثابت يجب أن يساوي واحدًا وذلك باختيار وحدة لقياس كثافة الفيض المغناطيسي و هي التسلا

  حيث تصبح : القوة مساوية واحد نيوتن .  F =  1 N     عندما يكون طول السلك مساويا واحد     L = 1 m   ويحمل تيارا كهربيا شدته واحد أمبير       I = 1  A

وبالتالي يصبح المقدار الثابت مساويا واحد صحيح عندما يكون السلك عموديا علي اتجاه المجال.  وعندئذ يكون

ملاحظات هامة:

1- إذا كان السلك يميل بزاوية (θ)علي اتجاه المجال المغناطيسي لابد من تحليل كثافة الفيض المغناطيسي إلي مركبتين متعامدتين هما:

     (أ)  مركبة موازية لاتجاه مرور التيار في السلك , وهى  B cos θ  هي لا تحدث أي قوة

      (ب)  مركبة عمودية علي اتجاه مرور التيار في السلك وهي   B sin θ  و هي التي تؤثر في القوة المحركة للسلك وبالتالي تصبح العلاقة السابقة في حالة وجود زاوية

2- إذا كان السلك موازيا للمجال فإن θ تساوي صفرا   وتصبح sin θ تساوي صفر لذلك تنعدم القوة وبالتالي لا يتحرك السلك.

3- اذا كان السلك عموديا على المجال فان θ تساوى 90  درجة  وتصبح sin θ تساوي الواحد وتكون القوة المغناطيسية اكبر ما يمكن

4-  يمكن وضع تعريف لكثافة الفيض المغناطيسي عند نقطة من العلاقة

  كثافة الفيض المغناطيسى عند نقطة B 

هو القوة المغناطيسية التي يؤثر بها هذا الفيض علي سلك طوله واحد متر عندما يمر به تيار شدته واحد أمبير موضوع عموديا علي هذا الفيض.

  5- كما يمكن من نفس العلاقة وضع تعريف لوحدة كثافة الفيض  المغناطيسي “التسلا”.

” التسلا ”  (وحدة كثافة الفيض  المغناطيسي):

هي كثافة الفيض  المغناطيسي التي تولد قوة مقدارها واحد نيوتن فى سلك طوله واحد متر يمر به تيار كهربي شدته واحد أمبير عندما يكون السلك موضوع عموديا علي خطوط الفيض المغناطيسي .

ما معنى

أن كثافة الفيض  المغناطيسي عند نقطة  0.03 Tesla

أى انه إذا وضع عند تلك النقطة سلك طوله واحد متر ويحمل تيارا شدته واحد أمبير وكان السلك موضوع عموديا علي خطوط  الفيض المغناطيسي ,فإنه يتأثر بقوة مقدارها 0.03 نيوتن.

6- (علل) يتحرك سلك مستقيم يمر به تيار كهربى موضوع عموديا على فيض مغناطيسى

لاختلاف محصلة كثافة الفيض على جانبى السلك فيتحرك السلك من الموضع الاكبر فى كثافة الفيض الى الموضع الأقل

7- (علل) إذا مر تيار كهربى فى كل من ملف حلزونى وسلك مستقيم منطبق على محور الملف فان السلك لن يتأثر بقوة مغناطيسية

لان السلك يكون موضوعا موازيا للفيض المغناطيسى الناشئ عن مرور تيار فى الملف الحلزونى فتكون  θ= 0   ويصبح

  0 =  sinθ

مسائل للتدريب

سلك مستقيم طوله  30 cmيمر به تيار كهربي شدته  10 Aموضوع في مجال مغناطيسي كثافة فيضه  0.06 Tesla احسب القوة المؤثرة علي السلك في الحالات الآتية:-

  (أ)إذا كان السلك عموديا علي المجال.

(ب) إذا كان السلك يميل بزاوية θ = 30   علي المجال  .

(ج) إذا كان السلك موازيا للمجال.                                           ( 0  )

 القوة المتبادلة بين سلكين متوازيين يحملان تيارين

عندما يمر تيار I₁ فى سلك وتيار I₂فى سلك أخر موازى للأول تنشأ قوة بين السلكين

حساب القوة بين سلكين متوازيين يحملان تياران

نفرض ان هناك سلكان متوازيان بينهما مسافة قدرها  d  يمر تيار I₁ فى السلك الأول وتيار I₂فى السلك الثانى

* فتتعين كثافة الفيض الناتجة من السلك الثانى  عند نقطة يمر بها السلك الأول  من العلاقة

وحيث أن القوة المؤثرة على السلك الأول تعين من العلاقة

 بالتعويض من (2)   فى  (1) ينتج ان

وتكون القوة المؤثرة على السلك الثانى تتعين من العلاقة

بالتعويض من (4)   فى  (3) ينتج أن

 ملاحظات هامه

1- نوع القوة يتوقف على اتجاه التيار

2- إذا اثر سلك على سلك أخر بقوة معينه فان السلك الثانى يؤثر على السلك الأول بنفس القوة

3- عندما يكون طولا السلكين     L_1 = L₂    نجد  أن F₁ = F₂   

 مسائل للتدريب

1-   سلكان مستقيمان و متوازيان المسافة الفاصلة بينهما 2Cm  الأول يمر به تيار 4A والثانى يمر به تيار شدته 8A والتياران فى اتجاه واحد اوجد مقدار و نوع القوة المغناطيسية المتبادلة على كل متر من طولهما  علما بأن

2- ثلاث أسلاك متوازية و أطوالها المتقابلة Cm     120 , السلك A يمر به تيار كهربى 6 A والسلك الأوسط B  يمر به تيار كهربى شدته 10 A والسلك الثالث C يمر به تيار كهربى 4 A والتيارات فى نفس الاتجاه والسلك B يبعد عن كل من A , C مسافة تساوى 40 Cm أحسب :

(أ) القوة التى يتأثر بها السلك الأوسط B و فى أى جهة يتحرك  .

(ب) القوة التى يتأثر بها السلك الثالث C وفى أى جهة يتحرك   .