فيديو السؤال: تحديد متى يستحث أكبر فرق جهد في سلك موضوع في مجال مغناطيسي منتظم الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

توضح الأجزاء ‪a‬‏، و‪b‬‏، و‪c‬‏، و‪d‬‏ في الشكل قطعة مستقيمة من سلك نحاسي تتحرك عبر مجال مغناطيسي. المجال المغناطيسي منتظم، والسلك يتحرك بالسرعة نفسها في كل جزء، ولكن في اتجاه مختلف عبر المجال المغناطيسي. أي من ‪a‬‏، و‪b‬‏، و‪c‬‏، و‪d‬‏ يوضح حركة السلك التي يمكن أن تؤدي إلى أكبر فرق جهد مستحث في السلك؟

للإجابة عن هذا السؤال، علينا معرفة كيف سيؤثر اتجاه حركة السلك النحاسي على مقدار فرق الجهد المستحث في السلك. لنبدأ بإفراغ بعض المساحة على الشاشة، وتناول كيف يمكن أن يستحث فرق جهد عبر السلك.

تخيل أن لدينا قطعة مستقيمة من سلك نحاسي. يمكننا النظر إلى السلك من زاوية مختلفة، مثل هذه الزاوية، بحيث يشير طول السلك إلى داخل الشاشة. في الوقت الحالي، لا يوجد فرق جهد بين طرفي السلك. السلك غير موصل بدائرة كهربية، ولا يوجد شيء آخر بالقرب من السلك يمكن أن يولد فرق جهد.

لنفكر الآن فيما سيحدث إذا وضع السلك بعد ذلك في مجال مغناطيسي منتظم. عندما يكون السلك ساكنًا في المجال المغناطيسي، لن يكون هناك فرق جهد بين طرفيه. لكن إذا بدأ السلك بعد ذلك يتحرك عبر المجال المغناطيسي، فمن الممكن أن ينشأ فرق جهد عبر السلك.

تخيل أن السلك بدأ يتحرك في هذا الاتجاه. يمكننا ملاحظة أنه في أثناء حركة السلك، فإنه سيقطع خطوط المجال المغناطيسي هذه. عندما يتحرك السلك بطريقة يقطع بها خطوط المجال المغناطيسي، سيستحث فرق جهد بين طرفي السلك. وهذا هو الحث الكهرومغناطيسي. يتناسب مقدار فرق الجهد المستحث طرديًّا مع المعدل الذي يقطع به السلك خطوط المجال المغناطيسي. ومن ثم إذا قطع السلك خطوط المجال بمعدل أكبر، فسيستحث فرق جهد أكبر.

يطلب منا هذا السؤال تحديد الجزء من الشكل، ‪a‬‏ أو ‪b‬‏ أو ‪c‬‏ أو ‪d‬‏، الذي يوضح حركة السلك التي ستولد أكبر فرق جهد مستحث. إذن للإجابة عن هذا السؤال، علينا معرفة الشكل الذي يوضح السلك الذي سيقطع خطوط المجال المغناطيسي بأكبر معدل. علمنا أن السلك له السرعة نفسها في كل خيار. الفرق الوحيد بين كل شكل من الأشكال هو اتجاه حركة السلك.

إذن كيف يؤثر اتجاه السلك على المعدل الذي يقطع به السلك خطوط المجال المغناطيسي؟ للتفكير في ذلك، دعونا نرجع إلى الشكل الموجود في المثال. تخيل أن السلك يتحرك عبر المجال بسرعة ثابتة لمدة ثانية واحدة. لاحظ أيضًا أنه يتحرك عموديًّا على المجال المغناطيسي بحيث يقطع كل خط من خطوط المجال بزاوية قياسها 90 درجة. لنفترض أنه بعد ثانية واحدة، تحرك السلك هذه المسافة، ومن ثم يكون قد قطع ثلاثة خطوط من خطوط المجال المغناطيسي. إذن، في هذه الحالة، يقطع السلك خطوط المجال المغناطيسي بمعدل ثلاثة خطوط لكل ثانية.

والآن تخيل أن السلك يتحرك بالسرعة نفسها ولكن في هذا الاتجاه بحيث يقطع كل خط من خطوط المجال بزاوية لا تساوي 90 درجة. بعد ثانية واحدة، سيكون السلك قد تحرك المسافة نفسها التي تحركها من قبل، لكن لأن السلك قد تحرك في هذا الاتجاه، فإنه يقطع فقط خطي المجال هذين. إذن عندما يتحرك السلك في هذا الاتجاه، فإنه يقطع خطوط المجال المغناطيسي بمعدل خطي مجال لكل ثانية.

وأخيرًا، لنفترض الآن أن السلك يتحرك في هذا الاتجاه موازيًا لخطوط المجال. لاحظ أنه عندما يتحرك السلك في هذا الاتجاه، فإنه لن يقطع أيًّا من خطوط المجال المغناطيسي. بعبارة أخرى، يقطع السلك خطوط المجال بمعدل صفر لكل ثانية.

إذن، فقد رأينا أن السلك يقطع خطوط المجال المغناطيسي بأعلى معدل عندما يكون اتجاه حركته عموديًّا على خطوط المجال المغناطيسي. ومن ثم فهذا يناظر أكبر فرق جهد يمكن أن يستحث عبر السلك.

إذا نظرنا إلى الشكل المعطى لنا في السؤال، يمكننا أن نرى أن الجزء ‪c‬‏ يوضح أن السلك يقطع خطوط المجال المغناطيسي بزاوية قياسها 90 درجة. في الجزأين ‪a‬‏ و‪b‬‏، يقطع السلك خطوط المجال بزوايا مختلفة ليست زوايا قائمة. وفي الجزء ‪d‬‏، يتحرك السلك موازيًا لخطوط المجال في الاتجاه العكسي، ومن ثم فإنه لا يقطعها على الإطلاق. بذلك نعلم أن الجزء ‪c‬‏ من الشكل يوضح السلك الذي يقطع خطوط المجال المغناطيسي بأعلى معدل.

نظرًا لأن فرق الجهد المستحث عبر السلك يتناسب طرديًّا مع المعدل الذي يقطع به السلك خطوط المجال المغناطيسي، فإن الجزء ‪c‬‏ يوضح حركة السلك التي تؤدي إلى أكبر فرق جهد مستحث في السلك.