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

نسخة الفيديو النصية

أي من الأشكال الآتية لمحرك التيار المستمر يوضح بطريقة صحيحة قطبي المغناطيس في المحرك؟

يوضح كلا الشكلين المحرك نفسه. يدور المحرك باتجاه عقارب الساعة. فإذا كنا ننظر إلى النقطة التي يكون فيها الملف موازيًا للمجال المغناطيسي، فإن الجانب الأيسر من الملف سيتحرك لأعلى والجانب الأيمن من الملف سيتحرك لأسفل. بعد ذلك، دعونا نلق نظرة على اتجاه التيار في المحرك. يمكننا أن نلاحظ أن الطرف الموجب يوجد على اليسار والطرف السالب على اليمين. مرة أخرى، يمكننا النظر إلى اللحظة التي يكون فيها الملف أفقيًّا.

إذا اتبعنا المسار الذي يتخذه التيار حول الملف، فسنجد أن اتجاه التيار على الجانب الأيسر من الملف يكون إلى داخل الشكل، وعلى الجانب الأيمن من الملف يكون إلى خارج الشكل. أخيرًا، يمكننا أن ننظر إلى المجال المغناطيسي عبر المحرك، الذي نعرف أنه أفقي، لكن الشكل الموجود على اليمين يوضح أنه يتجه من اليسار إلى اليمين لأن القطب الشمالي على اليسار والقطب الجنوبي على اليمين. أما الشكل الموجود على اليسار، فيوضح أنه يتجه من اليمين إلى اليسار لأن القطب الشمالي على اليمين والقطب الجنوبي على اليسار.

يسألنا السؤال، «أي من الأشكال الآتية يوضح بطريقة صحيحة قطبي المغناطيس في المحرك؟» للإجابة عن هذا السؤال، علينا إيجاد الاتجاه الصحيح للمجال المغناطيسي. ولتحديد الاتجاه الصحيح، سنستخدم قاعدة اليد اليمنى. تنص قاعدة اليد اليمنى على أنه عندما نوجه أصابعنا في اتجاه التيار في سلك ما ثم نثنيها بحيث تشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي عبر السلك، ثم نوجه إصبع الإبهام لأعلى، فإن الإبهام سيشير إلى الاتجاه الذي سيتحرك فيه السلك.

سنطبق هذا على الجانب الأيسر من الملف. بالنسبة إلى الجانب الأيسر من الملف، نعلم أن التيار يتجه إلى داخل الشكل. ونعلم أيضًا أن الملف يتحرك لأعلى. ونريد معرفة إذا ما كان اتجاه المجال المغناطيسي نحو اليسار أم اليمين. في مثال قاعدة اليد اليمنى الذي ناقشناه فيما سبق، كان اتجاه التيار من اليمين إلى اليسار، وكان اتجاه المجال إلى خارج الشكل، وكانت حركة السلك لأعلى.

هذا لا يختلف بشكل كبير عما هو موضح في هذين الشكلين في السؤال. ففي كلتا الحالتين، تكون حركة السلك لأعلى. في الحقيقة، كل ما علينا فعله لجعل المثال يبدو مثل السؤال هو تدوير اتجاه التيار واتجاه المجال بزاوية مقدارها 90 درجة، وهو ما يعطينا اتجاه التيار الذي يشير إلى داخل الشكل، تمامًا كما نفعل في السؤال. ويصبح اتجاه المجال المغناطيسي من اليمين إلى اليسار. ومن ثم، فإن الاتجاه الصحيح للمجال المغناطيسي في الشكل الصحيح في السؤال يكون من اليمين إلى اليسار أيضًا.

ثمة طريقة أخرى للتفكير في ذلك، وهي كيف يمكننا تدوير يدنا بحيث تطابق الشكل الموجود في السؤال؟ كما رأينا، يشير إصبع الإبهام إلى الاتجاه الصحيح لحركة السلك. ولكن بدلًا من أن يكون اتجاه التيار من اليمين إلى اليسار، علينا تدوير يدنا بحيث يتغير اتجاه الجزء الذي كان يشير من اليمين إلى اليسار ليصبح إلى داخل الشكل. ومن ثم، نلاحظ أن أصابعنا التي كانت تشير إلى خارج الشكل تشير الآن من اليمين إلى اليسار، وهذا يوضح لنا مرة أخرى أن المجال المغناطيسي يجب أن يكون من اليمين إلى اليسار في هذا المحرك.

لكن ما الشكل الذي يتوافق مع ذلك؟ حسنًا، علينا أن نتذكر أنه في الشكل (أ)، لاحظنا أن المجال المغناطيسي يتحرك من اليسار إلى اليمين. إذن، الشكل (أ) لا يمكن أن يوضح اتجاه المجال المغناطيسي الصحيح. لكن في الشكل (ب)، كان المجال المغناطيسي يتحرك من اليمين إلى اليسار، وهذا ما نبحث عنه بالضبط. إذا نظرنا إلى الشكل (ب) عن قرب، فسنلاحظ أن القطب الشمالي على اليمين والقطب الجنوبي على اليسار. ولذلك، نستبعد الشكل (أ). ونكون قد أوضحنا أن الشكل (ب) يوضح اتجاه المجال المغناطيسي الصحيح في المحرك. إذن، الشكل الذي يوضح بطريقة صحيحة قطبي المغناطيس في المحرك هو الشكل (ب).