تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: تحديد موضع السلك في مولد يحتوي على حلقتي انزلاق الفيزياء

يوضح الشكل ‪a‬‏ مولدًا يتكون من ملف يدور في مجال مغناطيسي منتظم ناشئ بين مغناطيسين دائمين. ويوضح الشكل ‪b‬‏ مقطعًا للمولد يوضح اتجاه المجال المغناطيسي ومسار جانبي الملف. ويوضح التمثيل البياني ‪c‬‏ فرق الجهد المستحث عبر الملف نتيجة هذه الحركة مقابل الزمن. أي نقطة على التمثيل البياني ‪c‬‏ تناظر موضع الملف الموضح في الشكل ‪b‬‏؟

٠٩:٠٥

‏نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل ‪a‬‏ مولدًا يتكون من ملف يدور في مجال مغناطيسي منتظم ناشئ بين مغناطيسين دائمين. ويوضح الشكل ‪b‬‏ مقطعًا للمولد يوضح اتجاه المجال المغناطيسي ومسار جانبي الملف. ويوضح التمثيل البياني ‪c‬‏ فرق الجهد المستحث عبر الملف نتيجة هذه الحركة مقابل الزمن. أي نقطة على التمثيل البياني ‪c‬‏ تناظر موضع الملف الموضح في الشكل ‪b‬‏؟

في هذا السؤال، مطلوب منا التفكير في فرق الجهد عبر ملف في مولد. تذكر أن المولد يستخدم الحث الكهرومغناطيسي لتوليد الكهرباء. في المولد، يوضع ملف بين قطب مغناطيسي شمالي وآخر جنوبي. لتوليد تيار، تؤثر قوى ميكانيكية على ملف لجعله يدور. عندما يدور الملف، ينتج فرق جهد عبر الملف. وهذه العملية تسمى الحث الكهرومغناطيسي.

يحدث الحث الكهرومغناطيسي عندما يتغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبر ملف. إذن، كيف تحدث هذه العملية في المولدات؟ عندما يدور ملف يتغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبره. لتسهيل التفكير في ذلك، دعونا نفرغ بعض المساحة على الشاشة وننظر إلى المولد من زاوية مختلفة قليلًا.

ننظر هنا على طول محور دوران الملف. على الرغم من أن الملف لا يزال حلقة مستطيلة، يبدو وكأنه خط مستقيم من هذا المنظور. لنتخيل أن الملف يدور في هذا الاتجاه. يمكننا أيضًا إضافة خطوط المجال المغناطيسي إلى الشكل، هكذا. في البداية، يكون الملف موازيًا للمجال المغناطيسي. يمكننا ملاحظة أنه لا توجد خطوط مجال مغناطيسي تمر عبر الملف. والآن لنتخيل الملف في وقت لاحق، عندما يصبح متعامدًا على المجال المغناطيسي. يمكننا أن نرى الآن العديد من خطوط المجال المغناطيسي يمر عبر الملف.

إذن، عندما يدور الملف، يتغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبره. وهذا يتسبب في إحداث فرق جهد عبر الملف. يتناسب مقدار فرق الجهد هذا مع معدل تغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبر الملف. بعبارة أخرى، لا يهم عدد خطوط المجال التي تمر عبر الملف. ما يهم هو مدى سرعة تغير عدد خطوط المجال. باستخدام هذه الفكرة، يمكننا إيجاد مقدار فرق الجهد المستحث عبر الملف عند نقاط مختلفة من دوران الملف.

لنبدأ بالتفكير في الملف في موضعه الحالي، وهو عمودي على المجال المغناطيسي. لتسهيل تتبع الملف، سنرسم سهمًا يوضح اتجاه الملف. هذا يسمح لنا بتسمية هذا الجانب من الملف بالأمام، وهذا الجانب من الملف بالخلف. يمكننا هنا أن نلاحظ وجود أربعة خطوط للمجال المغناطيسي تمر عبر الملف من الخلف إلى الأمام. إذن، كيف يمكننا معرفة مدى سرعة تغير المجال المغناطيسي عبر الملف؟

لنفكر كيف سيبدو المولد عند اللحظة التي تسبق اللحظة التي يكون فيها الملف عموديًّا على المجال وعند اللحظة التي تليها مباشرة. لتسهيل الرؤية، بالغنا في زاوية الملف في هذه الأشكال. في الواقع، ستكون الملفات قريبة جدًّا من الوضع الرأسي. يمكننا أن نرى أنه في جميع الأشكال، لا تزال هناك أربعة خطوط للمجال المغناطيسي تمر عبر الملف من الخلف إلى الأمام. لذا، لا يتغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبر الملف كثيرًا.

بما أن فرق الجهد يعتمد على معدل تغير المجال المغناطيسي عبر الملف، أو مدى سرعة تغير المجال المغناطيسي عبر الملف، فهذا يعني أن فرق الجهد عبر الملف يساوي صفرًا. يمكننا ملاحظة ذلك عن طريق تمثيل هذه القيمة على تمثيل بياني لفرق الجهد مقابل الزمن. سنقول إن الملف يكون عموديًّا على المجال عندما يساوي الزمن ‪𝑡‬‏ صفرًا. إذن، نضع هذه النقطة هنا.

لمساعدتنا في تذكر كيفية إيجاد ذلك، سنرسم أيضًا اتجاه الملف، هنا بالأسفل. والآن، لنتخيل الملف لاحقًا بعد ربع دورة؛ حيث يكون الملف موازيًا للمجال المغناطيسي. يشير الآن السهم الذي رسمناه من قبل إلى أسفل، وهو ما يشير إلى أن هذا الجانب هو الأمام، وهذا الجانب هو الخلف. وكما فعلنا من قبل، يمكننا أيضًا رسم الملف قبل هذه اللحظة مباشرة وبعدها مباشرة؛ لمساعدتنا في معرفة مدى سرعة تغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبر الملف.

قبل أن يكون الملف موازيًا للمجال مباشرة، يوجد خط مجال واحد يمر عبر الملف من الخلف إلى الأمام. في اللحظة التي يكون فيها الملف موازيًا للمجال، لا توجد خطوط مجال تمر عبر الملف على الإطلاق. بعد هذه اللحظة مباشرة، يوجد خط مجال واحد يمر عبر الملف، لكن هذه المرة في الاتجاه المعاكس، من الأمام إلى الخلف.

إذن، بين هذه اللحظات لا يتغير عدد خطوط المجال التي تمر عبر الملف فحسب، بل يتغير أيضًا اتجاه مرورها عبر الملف. هذا يمثل تغيرًا كبيرًا في المجال المغناطيسي المار عبر الملف. في الواقع، هذه هي اللحظة في دوران الملف التي يكون فيها معدل تغير المجال المغناطيسي عبر الملف هو الأكبر. ومن ثم، فإن فرق الجهد المستحث عبر الملف يصل إلى قيمته القصوى في هذه اللحظة.

مرة أخرى، يمكننا تدوين ذلك من خلال رسم هذه النقطة على التمثيل البياني، مثل هذا، ورسم اتجاه الملف. بعد ربع لفة أخرى للملف يصبح الملف عموديًّا على المجال مرة أخرى. وباستخدام المنطق نفسه كما فعلنا من قبل، يمكننا استنتاج أن فرق الجهد عبر الملف في هذه اللحظة يساوي صفرًا. بعد ربع دورة أخرى أصبح الملف موازيًا للمجال. مثلما فعلنا من قبل، هذا يعني أن المجال المغناطيسي الذي يمر عبر الملف يتغير بأكبر معدل، وأن مقدار فرق الجهد عبر الملف له أقصى قيمة.

لكن نظرًا لأن الملف يشير إلى الاتجاه المعاكس، مقارنة بآخر مرة كان فيها موازيًا للمجال المغناطيسي، فإن التغير في المجال المغناطيسي يحدث في الاتجاه المعاكس. هذا يعني أن فرق الجهد المستحث عبر الملف له الآن إشارة عكسية. إذن، ترسم هذه القيمة هنا على التمثيل البياني. وأخيرًا، بعد ربع دورة أخرى يصبح الملف عموديًّا على المجال مرة أخرى، وفرق الجهد عبره يساوي صفرًا.

لقد أوجدنا فرق الجهد عبر الملف عند نقاط مختلفة خلال دورة واحدة. دعونا الآن نصل بين هذه النقاط بخط منحن، مثل هذا. لقد رسمنا الآن شكلًا يوضح كيف يعتمد فرق الجهد المستحث عبر الملف على اتجاهه في المجال المغناطيسي. يبدو التمثيل البياني مشابهًا جدًّا للتمثيل البياني الموجود في السؤال في الشكل ‪c‬‏. إذن، لدينا كل ما نحتاج إليه للتوصل إلى الإجابة.

للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد أي النقاط المعطاة على التمثيل البياني تناظر اتجاه الملف الموضح هنا. قبل أن نفكر في التمثيل البياني، لنتأكد من أننا نعرف اتجاه الملف في هذا الشكل. في الشكل ‪b‬‏، نرى فقط أجزاء الملف التي يمر عبرها التيار إلى داخل الشاشة وخارجها. وهذا يناظر حافتي السلك هاتين، كما هو موضح في الشكل ‪a‬‏. إذا أضفنا هاتين الحافتين هنا، على الشكل ‪b‬‏، فسيبدو الشكل ‪b‬‏ بهذا الشكل.

وهذا يسهل كثيرًا رؤية أن الملف يوازي المجال المغناطيسي في الشكل ‪b‬‏. نعلم أنه عندما يكون الملف موازيًا للمجال المغناطيسي، يكون لمقدار فرق الجهد المستحث عبر الملف أقصى قيمة. من بين النقاط المحددة في هذا التمثيل البياني، تمثل النقطة ‪𝑃‬‏ فقط فرق الجهد الذي له أقصى قيمة. إذن، هذه هي الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.