الوحدة السابعة عشرة: تأثير المحرك – فيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
ما هو تأثير المحرك؟
عندما يتدفق تيار كهربائي في موصل موضوع في مجال مغناطيسي، يتأثر هذا الموصل بقوة مغناطيسية. لتأثر الموصل بالقوة لا بد من توفر شرطين أساسيين:
الشرطان الأساسيان:
- وجود مجال مغناطيسي.
- تدفق تيار كهربائي في الموصل داخل المجال المغناطيسي.
كيف تنشأ القوة؟
- ينشأ مجال مغناطيسي حول السلك نتيجة مرور التيار.
- يتفاعل هذا المجال مع المجال المغناطيسي الخارجي، مما يُنتج قوة أفقية تؤثر على الموصل.
- اتجاه هذه القوة يمكن عكسه بطريقتين:
- عكس اتجاه التيار الكهربائي.
- عكس اتجاه المجال المغناطيسي.
ملاحظة مهمة:
- إذا استُخدم موصل من مادة غير مغناطيسية (مثل الألومنيوم)، فلن يتأثر بالمجال المغناطيسي.
كيف نحسب اتجاه القوة؟
نستخدم قاعدة فيزيائية تُعرف بـ:
قاعدة فلمنج لليد اليسرى:
هي القاعدة المستخدمة لتحديد اتجاه القوة المؤثرة على موصل يحمل تيار كهربائي موضوع في مجال مغناطيسي.
- الإبهام يمثل اتجاه القوة (الحركة).
- السبابة تمثل اتجاه المجال المغناطيسي.
- الوسطى تمثل اتجاه التيار الكهربائي.
ثلاث كميات فيزيائية متعامدة:
- المجال المغناطيسي
- التيار الكهربائي
- القوة (الحركة)
هذه المتجهات الثلاث تكون متعامدة (تشكل زوايا 90° فيما بينها).
خلاصة درس تأثير المحرك:
- القوة الناتجة عن المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي تُستخدم في تشغيل المحركات الكهربائية.
- تغير أحد العوامل الثلاثة (اتجاه المجال، التيار، أو الحركة) يُغير اتجاه القوة الناتجة.
المحركات الكهربائية – فيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
ما هي فكرة عمل المحرك الكهربائي؟
يعتمد المحرك الكهربائي على مرور تيار كهربائي في ملف، موضوع داخل مجال مغناطيسي خارجي ثابت الشدة باستخدام مغناطيس دائم، مما ينتج عنه عزم دوران يؤدي إلى دوران الملف.
كيف يمكن زيادة عزم الدوران؟
لزيادة عزم دوران الملف يمكن:
- زيادة شدة التيار الكهربائي في الملف.
- زيادة عدد لفات السلك في الملف.
- جعل المغناطيس الدائم أقوى.
كيف نجعل المحرك يدور بصفة مستمرة؟
من خلال:
- تكوين مجالين مغناطيسيين.
- تصميم يجعل المجالين المغناطيسيين يبقيان في نفس الاتجاه خلال دوران المحرك.
مكونات المحرك الكهربائي:
| المكون | الوصف |
|---|---|
| 1. ملف | سلك نحاسي يكون مغناطيسيًا مؤقتًا عند مرور التيار الكهربائي. |
| 2. مغناطيسين | يكوّنان مجالًا مغناطيسيًا يخترق الملف. |
| 3. مبدلة | تُغير اتجاه التيار كل نصف دورة لضمان استمرار الدوران. |
| 4. فرشاتين | موصلان التيار إلى الملف عن طريق المبدلة. |
شرح كيفية عمل المحرك الكهربائي خطوة بخطوة:
- يتدفق التيار الكهربائي عبر الفرشاة ويخرج من الفرشاة الأخرى.
- يصبح الملف مغناطيسيًا ويبدأ التفاعل بينه وبين المجال المغناطيسي الثابت، مما يولّد قوة تؤدي إلى دوران الملف.
- عندما يكون الملف عموديًا على المجال المغناطيسي، يتوقف تأثير القوة، وهنا تأتي المبدلة لتقلب اتجاه التيار، مما يضمن استمرار دوران الملف.
- المبدلة تجعل التيار دائمًا في الاتجاه المناسب لتوليد العزم المطلوب.
ملاحظات مهمة:
- يمكنك استخدام قاعدة فلمنج لليد اليسرى لتحديد اتجاه القوة المؤثرة.
- المبدلة ضرورية لتوليد حركة مستمرة.
- يعتمد اتجاه الدوران على اتجاه التيار وأقطاب المغناطيس.
أسئلة مراجعة (اختياري للإضافة التفاعلية):
- ما دور المبدلة في المحرك الكهربائي؟
- كيف يمكن زيادة عزم الدوران في المحرك؟
- ما وظيفة الفرشاتين؟
لماذا توجد شرارات كهربائية تومض حول المبدلة؟
تحدث الشرارات عندما ينقطع الاتصال بين المبدلة وأحد شقي حلقة المبدلة، وأيضًا عندما تتصل الفرشاة بالشق الآخر من حلقة المبدلة.
دور الفرشاتين في المحرك الكهربائي:
- تعمل الفرشاتان على الحفاظ على الاتصال المباشر بين مصدر الجهد الكهربائي والمبدلة.
- لا بد أن يكون الملف متصل بمحور دوران يسمح له بالحركة مثل عجلة أو بكرة.
- كلما زاد عدد لفات السلك في الملف، زادت قوة العزم الناتج.
حقائق علمية حول دوران الملف:
- لا توجد قوة محصلة على الضلعين AD وBC، لأن اتجاه التيار الكهربائي فيهما موازٍ للمجال المغناطيسي، لذا لا يتم قطع خطوط المجال المغناطيسي ولا تتولد قوة عليهما.
- عندما يكون الملف في وضع أفقي يستمر في الدوران على الرغم من عدم وجود قوة عليه، بسبب عزم القصور الذاتي.
- يحتوي الملف على عدد كبير من اللفات، وكل لفة صغيرة تسهم في توليد القوة الدافعة للمحرك.
ملخص سريع:
- الشرارة تنتج عند انقطاع الاتصال في المبدلة.
- الفرشاتان تحافظان على توصيل التيار الكهربائي.
- عدم وجود قوة على بعض الأضلاع لا يعني توقف الحركة بفضل القصور الذاتي.
- زيادة عدد اللفات يزيد من كفاءة دوران الملف.
المزيد في الفيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
- الفيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
- الطيف الكهرومغناطيسي فيزياء الصف العاشر | الوحدة الثالثة عشرة
- الصوت – فيزياء الصف العاشر الفصل الثاني -الوحدة الرابعة عشرة
- فيزياء الصف العاشر – الوحدة الثانية عشر (خصائص الموجات)
- ظواهر بسيطة للمغناطيسية – الوحدة الخامسة عشرة فيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
- التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي – فيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
لا تعليق