فيديو السؤال: تحديد اتجاه التيار في محرك تيار مستمر الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أي من الشكلين اللذين يوضحان محرك تيار مستمر يوضح إشارة كل من طرفي المحرك بصورة صحيحة؟ يظهر ملف المحرك بأربع زوايا مختلفة مع المجال المغناطيسي في الوقت نفسه.

لدينا هنا شكلان مختلفان (أ) و(ب)، وهما متطابقان إلى حد ما. في كل من هذين الشكلين، يقع القطب الشمالي للمغناطيس في الجانب الأيسر، ويقع القطب الجنوبي في الجانب الأيمن. هذا يعني أن المجال المغناطيسي للمحرك في كلا الشكلين يتجه من اليسار إلى اليمين. يوضح الشكلان أيضًا أن الملف يدور في نفس اتجاه دوران عقارب الساعة. ومن ثم، فإن الضلع الأيسر من الملف سيتحرك لأعلى، في حين سيتحرك الضلع الأيمن من الملف إلى أسفل. في الواقع، الفرق الوحيد بين هذين الشكلين هو أنه في الشكل على اليمين، يوجد الطرف الموجب في الجانب الأيسر، ويوجد الطرف السالب في الجانب الأيمن، في حين أنه في الشكل على اليسار، يوجد الطرف الموجب في الجانب الأيمن، ويوجد الطرف السالب في الجانب الأيسر.

يطلب منا السؤال تحديد أي من هذين الشكلين يوضح إشارة كل من الطرفين بصورة صحيحة. للإجابة عن هذا السؤال، سنستخدم قاعدة اليد اليمنى. تنص قاعدة اليد اليمنى على أنه إذا استخدمنا يدنا اليمنى ووجهنا أصابعنا في اتجاه مرور التيار في الملف ثم ثنيناها بحيث تشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي المار عبر الملف، فسيكون الاتجاه الذي يشير إليه إصبع الإبهام بعد بسطه هو الاتجاه الذي يتحرك فيه الملف.

في الشكلين الموضحين أمامنا، يمكننا النظر إلى جزء السلك الأيسر في الملف عندما يكون في الوضع الأفقي. نحن نعلم أن المجال المغناطيسي يتجه من اليسار إلى اليمين. ونعلم أيضًا أن هذا الضلع من الملف يتحرك لأعلى. إذن، يمكننا استخدام قاعدة اليد اليمنى لتحديد اتجاه التيار في ضلع الملف هذا. إن هذا التركيب الموضح في كلا الشكلين يشبه إلى حد كبير المثال الذي استخدمناه لتوضيح قاعدة اليد اليمنى. وفي الحالتين، يتحرك الملف لأعلى. لكن في هذا السؤال، بدلًا من أن يكون المجال المغناطيسي متجهًا إلى خارج الشكل، كما هو الحال في المثال، فإنه يتجه من اليسار إلى اليمين. إذن، يمكننا تدوير يدنا بزاوية قياسها 90 درجة حول الإبهام لتتوافق مع ذلك، وهذا يعني أن المجال قد دار بزاوية قياسها 90 درجة أيضًا.

ينطبق هذا على اتجاه التيار كذلك. لذا، إذا أدرنا يدنا من اليمين إلى اليسار بزاوية قياسها 90 درجة، فسنجد أن التيار يتجه الآن إلى خارج الشكل. ومن ثم، الشكل ذو الإشارة الصحيحة لكل من طرفي المحرك سيوضح أن التيار يتجه من الضلع الأيسر للملف إلى خارج الشكل. دعونا نبدأ بالنظر إلى الشكل (أ).

يمكننا متابعة مسار التيار في الملف. بداية من الطرف الموجب للمحرك، تتدفق الشحنة من الجانب الأيسر إلى الملف وتتحرك حوله باتجاه دوران عقارب الساعة، ثم تخرج منه عند الطرف السالب على الجانب الأيمن. يمكننا أن نلاحظ مباشرة أن اتجاه التيار في هذا الضلع الأيسر من الملف يتجه إلى داخل الشكل، وهو ما نعرف أنه اتجاه غير صحيح. إذن، يمكننا استبعاد الشكل (أ).

دعونا الآن نلق نظرة على الشكل (ب). بتكرار العملية نفسها، نجد أن الشحنة تتدفق إلى الملف من جهة اليمين، وتتحرك عكس اتجاه دوران عقارب الساعة حول الملف، ثم تخرج من الملف من الطرف السالب جهة اليسار. يمكن أن نلاحظ في الشكل (ب) أن اتجاه التيار في الضلع الأيسر من الملف يكون إلى خارج الشكل، وهو الاتجاه الصحيح. إذن، يمكننا القول إن إشارة كل من الطرفين موضحة بصورة صحيحة، حيث يوجد الطرف الموجب في الجانب الأيمن، ويوجد الطرف السالب في الجانب الأيسر.

لقد استبعدنا الشكل (أ). وأوضحنا أن الشكل (ب) يشير إلى اتجاه التيار الصحيح في الملف. ومن ثم، الشكل الذي يوضح طرفي المحرك بصورة صحيحة هو الشكل (ب).