فيديو السؤال: تحديد اتجاه دوران الملف في محرك التيار المستمر الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

هل سيدور محرك التيار المستمر الموضح في الشكل الآتي باتجاه عقارب الساعة أم عكس اتجاه عقارب الساعة؟

يوضح الشكل الذي لدينا محرك تيار مستمر بسيطًا. يتكون المحرك من قطبين من مغناطيس دائم وملف متصل بمقوم تيار على شكل حلقة مقسومة.

بداية: دعونا نتذكر أن دوران محرك التيار المستمر ينتج عن قوى تؤثر على الملف بفعل المجال المغناطيسي بين قطبي المغناطيس. يعتمد اتجاه هذه القوى على اتجاه التيار في الملف واتجاه المجال المغناطيسي الذي يوجد فيه الملف. يمكننا الآن إيجاد اتجاهات القوى المؤثرة على الملف باستخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج. لاستخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج هنا، علينا أولًا تحديد اتجاه المجال المغناطيسي واتجاه التيار في الملف.

ينشأ المجال المغناطيسي عن المغناطيس الدائم الموضح قطباه الشمالي والجنوبي في الشكل. علينا أن نتذكر أنه وفقًا للاصطلاح، يشير المجال المغناطيسي دائمًا من الشمال إلى الجنوب. هذا يعني أن المجال المغناطيسي هنا، الذي سنسميه ‪B‬‏، يشير من اليسار إلى اليمين. لنفكر الآن في التيار المار في الملف. يمكننا تذكر أنه وفقًا للاصطلاح، ينتقل التيار من الطرف الموجب إلى الطرف السالب. إذن، يمر التيار الاصطلاحي هنا، الذي سنسميه ‪𝐼‬‏، من الطرف الموجب على اليسار، ويستمر على طول الملف بالكامل، ويتجه نحو الطرف السالب على اليمين.

وأخيرًا: علينا أن نتذكر أن التيار الموضوع في مجال مغناطيسي ستؤثر عليه قوة، ولكن فقط إذا كان يصنع زاوية مع المجال المغناطيسي. هذا يعني أن الضلعين الأمامي والخلفي للملف لا يؤثر عليهما أي قوة؛ لأن التيار المار في هذين الضلعين يوازي المجال المغناطيسي، ولا يصنع معه زاوية. ما يعنينا هنا إذن هو التيار المار في الضلعين الأيسر والأيمن من الملف، اللذين يمر بهما تيار عمودي على المجال المغناطيسي.

لذلك، دعونا نلخص كيفية استخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج لتحديد اتجاه القوة المؤثرة على سلك موضوع في مجال مغناطيسي ويمر به تيار. في البداية، نشير بالإصبع الأول؛ أي السبابة، في يدنا اليسرى إلى اتجاه المجال المغناطيسي. ثم نشير بالإصبع الثاني؛ أي الوسطى، بزاوية قياسها 90 درجة مع الإصبع الأول في اتجاه التيار. وأخيرًا: إذا أشرنا بإبهامنا بحيث يصنع زاوية قياسها 90 درجة مع الإصبعين، فسيشير إلى اتجاه القوة المؤثرة على السلك. يمكننا تطبيق هذه القاعدة على ضلع الملف الأيسر أو الأيمن.

من الجيد أن نلاحظ هنا أن التيار يشير في اتجاهين متعاكسين في كل ضلع من ضلعي الملف. إذن، ستؤثر القوتان على الضلعين في اتجاهين متعاكسين. ينتج عن هذا قوة دورانية كلية تؤثر على الملف. وهذا يعني أنه عمليًّا، نحتاج فقط إلى إيجاد اتجاه القوة المؤثرة على أحد ضلعي الملف.

دعونا نطبق قاعدة اليد اليسرى لفلمنج على الضلع الأيمن من هذا الملف. في هذا الضلع، يشير التيار إلى خارج الشاشة. باتباع الخطوات الموضحة، نشير بالإصبع الأول في يدنا اليسرى إلى اتجاه المجال المغناطيسي، وهو في هذه الحالة يشير إلى اليمين. ثم نشير بالإصبع الثاني في اتجاه التيار في هذا الضلع من الملف، الذي يشير إلى خارج الشاشة نحونا. وأخيرًا: بتوجيه الإبهام ليكون عموديًّا على الإصبعين، نلاحظ أنه يشير إلى الأعلى. هذا اتجاه القوة المؤثرة على هذا الضلع من الملف. رمزنا لهذه القوة بالرمز ‪𝐹‬‏ على الشكل. نلاحظ أن القوة التي تؤثر لأعلى على الضلع الأيمن من الملف تدير الملف في عكس اتجاه عقارب الساعة.

كما ذكرنا سابقًا، لسنا بحاجة إلى تطبيق قاعدة اليد اليسرى على ضلعي الملف. ولكن إذا طبقنا قاعدة اليد اليسرى على الضلع الأيسر من الملف أيضًا، فسنجد أن القوة تؤثر لأسفل عند هذه النقطة. بصورة عامة، ينتج عزم ازدواج في عكس اتجاه عقارب الساعة. ومن ثم، نعلم أنه بالنسبة إلى محرك التيار المستمر هذا، يكون اتجاه الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة. وهذه إجابتنا النهائية.