نسخة الفيديو النصية
إذا وصل محرك بمصدر تيار مستمر دون استخدام مقوم تيار، فأي من الآتي سيحدث؟ (أ) لن يعمل المحرك على الإطلاق. (ب) سينعكس اتجاه دوران المحرك بصورة دورية. (ج) سيعمل المحرك بسرعات زاوية متوسطة مختلفة في نصفي إحدى دوراته.
للإجابة عن هذا السؤال، سنبدأ برسم شكل. يوضح لنا هذا الشكل محركًا عاديًّا. هذا المستطيل الموجود في المنتصف هو الملف. ويمثل هذان الجزآن على جانبي الملف القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس. بعد ذلك، لدينا فرشتان، إحداهما متصلة بالطرف الموجب لدائرة المحرك، والأخرى متصلة بالطرف السالب. والمكون الأخير هو مقوم التيار. يدور مقوم التيار مع الملف ويعمل على إبقاء الضلع الأيسر من الملف متصلًا بالطرف الموجب، والضلع الأيمن من الملف متصلًا بالطرف السالب. يتسبب كل من التيار المار في الملف والمجال المغناطيسي المار عبره في توليد قوة تؤثر على كل من ضلعي الملف، ما يجعل المحرك يدور.
نلاحظ هنا أن اتجاه القوة يعتمد على اتجاه التيار. بمعنى أنه في الضلع الأيسر من الملف، حيث يكون اتجاه التيار إلى داخل الشكل، تتجه القوة إلى أسفل، في حين أنه في الضلع الأيمن من الملف، حيث يكون اتجاه التيار إلى خارج الشكل، تتجه القوة إلى أعلى. وعند دوران الملف، سنلاحظ أن القوتين المؤثرتين على ضلعي الملف متساويتان، وسوف يستمر حدوث ذلك حتى النقطة التي ينقسم عندها مقوم التيار إلى نصفين.
عندما يتجاوز الملف هذه النقطة أثناء دورانه، يتبدل نصفا المقوم المتصلان بالطرفين الموجب والسالب. هذا يعني أن اتجاه التيار داخل الملف نفسه ينعكس، وعليه، يكون اتجاه التيار في هذا الضلع إلى داخل الشكل، وفي هذا الضلع من الملف يكون اتجاه التيار إلى خارج الشكل.
نتيجة لذلك، ينعكس اتجاه القوة أيضًا، بمعنى أن القوة المؤثرة على هذا الضلع من الملف تتجه الآن إلى أسفل، والقوة المؤثرة على هذا الضلع تتجه الآن إلى أعلى. يسمح هذا للملف بالاستمرار في الدوران في الاتجاه السابق نفسه، الذي يكون في هذه الحالة عكس اتجاه دوران عقارب الساعة. وهذه هي الوظيفة الأساسية لمقوم التيار. بعبارة أخرى، عندما يكون أحد ضلعي الملف في النصف الأيسر للمحرك، سوف يتأثر بقوة في اتجاه واحد، وهو في هذه الحالة الاتجاه لأسفل. وعندما يكون أحد ضلعي الملف في النصف الأيمن للمحرك، سوف يتأثر بقوة في الاتجاه المعاكس، أي الاتجاه لأعلى في هذه الحالة.
لكن، ماذا سيحدث إذا لم يكن مقوم التيار موجودًا؟ دعونا نتخيل محركًا مماثلًا. الفرق أنه بدلًا من أن يكون لدينا فرشتان ومقوم تيار، سيكون أحد ضلعي الملف موصلًا بالطرف الموجب للمحرك دائمًا، وسيكون الضلع الآخر موصلًا بالطرف السالب دائمًا. سيبدأ المحرك حركته مثل أي محرك عادي. سيكون اتجاه مرور التيار في الملف إلى داخل الشكل ناحية اليسار ثم إلى خارج الشكل ناحية اليمين. وكما رأينا سابقًا، سيولد ذلك قوة تؤثر على كل من ضلعي الملف، وعليه، سيبدأ المحرك في الدوران.
يمكننا الآن إلقاء نظرة على الخيار (أ) الذي ينص على أن المحرك لن يعمل على الإطلاق. لقد أوضحنا أن هذا غير صحيح، لذا يمكننا استبعاد هذا الخيار. وفي الواقع، إن المحرك المعدل الذي لا يحتوي على مقوم تيار سيعمل بنفس طريقة عمل المحرك العادي حتى النقطة التي يتجاوز عندها الملف المستوى الرأسي. وعند هذه النقطة، لن ينعكس اتجاه التيار في الملف لأن هذين السلكين سيتقاطعان. ومن ثم، سيبقى اتجاه التيار في هذا الضلع من الملف إلى خارج الشكل، كما سيبقى اتجاه التيار في هذا الضلع من الملف إلى داخل الشكل. هذا يعني أن اتجاه كل من القوتين المؤثرتين على ضلعي الملف لا يتغير. لكن، الملف الذي كان يدور في عكس اتجاه دوران عقارب الساعة تؤثر عليه الآن قوتان مقاومتان. وعليه، فإن اتجاه دوران الملف سينعكس في النهاية.
مرة أخرى، سيستمر الملف في الدوران حتى يتجاوز المستوى الرأسي. وعند هذه النقطة، ستقاوم القوتان حركته من جديد. لذا، سينعكس اتجاه الحركة مرة أخرى. يعرف انعكاس حركة الملف بصورة دورية بهذا الشكل «بالاهتزاز». وهذا يتوافق مع العبارة الواردة في الخيار (ب)، وهي: سينعكس اتجاه دوران المحرك بصورة دورية. لقد أوضحنا أن هذا صحيح، لذلك يمكن أن يكون هذا الخيار هو الخيار الصحيح. ننتقل الآن إلى العبارة الواردة في الخيار (ج) وهي: سيعمل المحرك بسرعات زاوية متوسطة مختلفة في نصفي إحدى دوراته.
حسنًا، لمعرفة إذا ما كان هذا الأمر صحيحًا، يمكننا استخدام المعادلة الآتية لإيجاد القوة المؤثرة على كلا ضلعي الملف. هذه المعادلة تنص على أن القوة المؤثرة على أحد ضلعي الملف تساوي شدة المجال المغناطيسي مضروبة في شدة التيار المار في ضلع الملف مضروبة في طول ضلع الملف. في المحرك المعدل، تكون شدة المجال المغناطيسي ثابتة. وبدون مقوم التيار، تكون شدة التيار في الملف ثابتة، ويكون طول ضلع الملف ثابتًا أيضًا. إذن، تبقى القوتان المؤثرتان على ضلعي الملف ثابتتين خلال حركته.
إذا افترضنا أنه لا يوجد احتكاك في المحرك، فسيكون نصفا إحدى دورات المحرك متماثلين. هذا يعني أنه إذا بدأ المحرك حركته من هذا الموضع، فإنه سيدور باتجاه الموضع المقابل لهذا الموضع قبل أن يعكس اتجاه دورانه مرة أخرى. وعلى الرغم من أنه يدور في اتجاهين متعاكسين، سيكون مقدار السرعة الزاوية المتوسطة متطابقًا في كل من الاتجاهين. العبارة الواردة في الخيار (ج) هي: سيعمل المحرك بسرعات زاوية متوسطة مختلفة في نصفي إحدى دوراته. ونحن الآن نعلم أن هذا لا يمكن أن يكون صحيحًا. وذلك لأن السرعة الزاوية المتوسطة للملف في نصفي إحدى دوراته ستكون متطابقة. إذن، يمكننا استبعاد الخيار (ج).
لقد استبعدنا الخيارين (أ) و(ج)، وأوضحنا أن الخيار (ب) صحيح. ومن ثم، إذا وصل محرك بمصدر تيار مستمر دون استخدام مقوم تيار، سينعكس اتجاه دوران المحرك بصورة دورية. إذن، الخيار (ب) هو الإجابة الصحيحة.
