تكملة حل اسئلة الفصل الثاني – فيزياء السادس العلمي

🟩 السؤال:

عندما يدور ملف دائري حول محور شاقولي (عمودي) موازٍ لوجه الملف داخل مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه $B$، يُولد أعظم مقدار للقوة الدافعة الكهربائية:

$$\varepsilon_{\text{max}}$$

إذا تم:

• زيادة عدد لفات الملف إلى ثلاثة أضعاف ما كانت عليه
• تقليل قطر الملف إلى نصف ما كان عليه
• مضاعفة التردد الدوري للملف

فما هو مقدار القوة الدافعة الكهربائية العظمى الجديدة المحثوثة في الملف؟

🟨 الحل:

القانون العام للقوة الدافعة الكهربائية العظمى الناتجة عن الحث في مولد متناوب:

$$\varepsilon_{\text{max}} = N \cdot B \cdot A \cdot \omega$$

حيث:

• $N$: عدد اللفات
• $B$: كثافة الفيض المغناطيسي
• $A$: مساحة الملف
• $\omega$: السرعة الزاوية (تتناسب مع التردد الدوري)

✅ التغييرات التي طرأت:

1. زيادة عدد اللفات إلى 3N
   ⟶ معامل مضاعفة: $\times 3$
2. تقليل القطر إلى النصف
   ⟶ المساحة تتناسب مع مربع نصف القطر
   ⟶ المساحة تصبح:

   $$A’ = \left(\frac{1}{2}\right)^2 \cdot A = \frac{1}{4} A$$

3. مضاعفة التردد الدوري ⟶ زيادة $\omega$ إلى $2\omega$
   ⟶ معامل مضاعفة: $\times 2$

✅ القوة الدافعة الجديدة:

$$\varepsilon’ = (3N) \cdot B \cdot \left(\frac{1}{4}A\right) \cdot (2\omega)$$ $$\varepsilon’ = 3 \cdot \frac{1}{4} \cdot 2 \cdot (N \cdot B \cdot A \cdot \omega)$$ $$\varepsilon’ = \frac{6}{4} \cdot \varepsilon_{\text{max}} = \frac{3}{2} \cdot \varepsilon_{\text{max}}$$

✅ الإجابة النهائية:

$$\boxed{\varepsilon’ = \frac{3}{2} \cdot \varepsilon_{\text{max}}}$$

🟢 الاختيار الصحيح هو: (أ)

🟥 السؤال:

بيّن: إذا تحركت الساق الموصلة (a-b) في الشكل في مستوى الورقة أفقيًا نحو اليسار داخل مجال مغناطيسي منتظم عموديًا على الورقة ومتجهًا نحو الناظر، يتولد مجال كهربائي داخل الساق يتجه نحو الطرف (b).
أما إذا تحركت هذه الساق نحو اليمين وداخل نفس المجال المغناطيسي، فينعكس اتجاه المجال الكهربائي في داخلها باتجاه الطرف (a).

فما تفسير ذلك؟ أو بصيغة أخرى: حدد اتجاه التيار واذكر اسم القاعدة المستخدمة لذلك.

✅ الحل:

🔹 عندما تكون حركة الساق عموديًا على الفيض المغناطيسي، فإن القوة المغناطيسية $\vec{F_B}$ تؤثر على شحنات الحرة.

🔸 باستخدام قاعدة كف اليد اليمنى (قاعدة فلمنج لليد اليمنى):

• تتجه القوة $\vec{F_B}$ نحو الطرف (a) عندما تكون حركة الساق نحو اليسار (كما في الشكل).
• لذا تتجمع الشحنات الموجبة عند الطرف (a)، فيتولد فرق جهد من (b) إلى (a).
• بالتالي اتجاه التيار يكون من a إلى b داخل الساق.

🧠 وإذا انعكست الحركة (أي تحركت الساق نحو اليمين)، فإن:

• اتجاه القوة $\vec{F_B}$ ينعكس.
• تتجمع الشحنات عند الطرف (b).
• وبالتالي ينعكس اتجاه التيار داخل الساق، ويكون من b إلى a.

🟩 اسم القاعدة المستخدمة:

قاعدة كف اليد اليمنى (أو قاعدة فلمنج اليمنى)

❓ السؤال:

إذا افترضنا أن الملف والمغناطيس يتحركان معًا بنفس السرعة بالنسبة إلى الأرض، فهل يشير الملي أمبير (أو جهاز القياس) إلى وجود تيار كهربائي في الدائرة؟ ولماذا؟

✅ الجواب:

كلا، لا ينساب تيار كهربائي في الدائرة.

📌 السبب:

لكي يتولد تيار حثي في دائرة مغلقة، يجب أن يتغير مقدار الفيض المغناطيسي الذي يقطعها بمرور الزمن. أي:

$$\text{شرط حدوث تيار حثي: } \Delta \Phi_B \neq 0$$

💡 التحليل:

• إذا تحرك الملف والمغناطيس معًا وبنفس السرعة، فإن المجال المغناطيسي داخل الملف لا يتغير.
• الفيض المغناطيسي ثابت بمرور الزمن.
• وبالتالي، لا يتولد فرق جهد حثي (ق.د.ك. حثية)، فلا ينساب تيار.

🧠 الخلاصة:

“لا يحدث تيار حثي إلا إذا تغيّر الفيض المغناطيسي الذي يخترق الملف مع الزمن.”

لذلك في هذه الحالة، رغم وجود حركة، لا يوجد تغير في الفيض، فلا يوجد تيار.