نسخة الفيديو النصية
إذا أصبح ملف محرك التيار المستمر في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، فإن عزم الدوران المؤثر على الملف يساوي صفرًا. أي من الآتي يوضح بدقة كيفية تولد حركة دائرية منتظمة بواسطة محرك التيار المستمر رغم مرور ملف المحرك بوضعين أثناء دورته الكاملة تكون عندهما القوة المؤثرة على الملف مساوية للصفر؟ أ: عندما يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، تزداد شدة التيار المولد في الملف قليلًا. ب: عندما يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، ينعكس اتجاه التيار المولد في الملف. ج: عندما يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، يتغير وضع المغناطيسين في المحرك قليلًا. د: قبل أن يصبح الملف في الوضع العمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، لا بد أن يكتسب سرعة زاوية كافية تتيح له الاستمرار في الدوران مارًّا بالوضع الذي تكون عنده القوة المؤثرة عليه مساوية للصفر.
في هذا السؤال، مطلوب منا التفكير في حركة ملف في محرك التيار المستمر. علمنا أن الملف يتحرك حركة دائرية منتظمة رغم عدم وجود عزم دوران على الملف عندما يكون في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك. علينا معرفة كيفية حدوث ذلك. دعونا نذكر أنفسنا بالمقصود بمحرك التيار المستمر وآلية عمله قبل أن ننظر إلى الخيارات ومعرفة الإجابة.
يتكون محرك التيار المستمر من ملف موضوع في مجال مغناطيسي. وهذا الملف موصل بمصدر لتيار مستمر، وهذا ينتج عنه تيار كهربي. مصدر القدرة موصل بالملف باستخدام مقوم التيار وفرشتين؛ حتى يدور الملف. يوضح هذا الخط المتقطع هنا محور دوران الملف. تذكر أن الملف يدور؛ لأنه إذا وضع سلك يمر به تيار داخل مجال مغناطيسي، فإنه يتأثر بقوة.
لإيجاد اتجاه هذه القوة، يمكننا استخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج. ولاستخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج، نمد أصابع اليد اليسرى، الإبهام والسبابة الوسطى، لتكوين ثلاثة محاور متعامدة، على هذا النحو. والآن، إذا أشرنا بإصبع السبابة في اتجاه المجال المغناطيسي، وأشرنا بإصبع الوسطى في اتجاه التيار، فإن الإبهام سيشير في اتجاه القوة المؤثرة على السلك. دعونا نستخدم قاعدة اليد اليسرى هذه ونحاول تحديد اتجاه القوة المؤثرة على الملف عندما يكون في هذا الوضع الموازي لمستوى المجال المغناطيسي.
دعونا نفكر في الجانب الأيمن من الملف. هنا، يتحرك التيار في الاتجاه الخارج من الشاشة، ويتجه المجال المغناطيسي من الشمال إلى الجنوب؛ أي: من اليسار إلى اليمين عبر الشاشة. إذا جعلنا اليد اليسرى في وضع يجعل إصبع الوسطى يشير إلى الاتجاه الخارج من الشاشة، ويجعل إصبع السبابة يشير من اليسار إلى اليمين، فسنجد أن الإبهام يشير إلى أعلى. إذن، فالقوة المؤثرة على هذا الجانب من الملف تتجه إلى أعلى. يمكننا تكرار هذه العملية مع الجانب الأيسر من الملف. هنا يتحرك التيار في الاتجاه الداخل إلى الشاشة، وبذلك يجب أن نشير بإصبع الوسطى في الاتجاه الداخل إلى الشاشة. لا يزال المجال المغناطيسي يتحرك من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، ومن ثم لا يزال السبابة يشير من اليسار إلى اليمين. نجد بعد ذلك أن الإبهام يشير إلى أسفل. وهذا هو اتجاه القوة المؤثرة على هذا الجانب من الملف.
يتولد عن هاتين القوتين معًا عزم دوران على الملف يجعله يدور في هذا الاتجاه. ويتولد عزم دوران على الملف؛ لأن القوتين المؤثرتين على كل من جانبي الملف تؤثران على مسافة من محور دوران الملف. يتناسب مقدار عزم الدوران الناتج عن القوتين طرديًّا مع هذه المسافة.
والآن، دعونا نفكر في عزم الدوران المؤثر على الملف بعد مرور مدة زمنية قصيرة، وتحديدًا عندما يدور بمقدار ربع لفة. في هذه الحالة، يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك. عندما يكون الملف في هذا الوضع، تؤثر القوتان المتعاكستان على امتداد محور الدوران نفسه. بعبارة أخرى، المسافة بين كل من القوتين ومحور الدوران تساوي صفرًا. ومن ثم، فإن عزم الدوران على الملف يساوي صفرًا أيضًا. إذن، عندما يكون الملف في هذا الوضع، لا يوجد عزم دوران محصل على الملف ولا توجد قوة محصلة تؤثر على الملف.
للإجابة عن هذا السؤال، علينا معرفة كيف يمكن أن يستمر الملف في الدوران بانتظام رغم أن الملف يمر عبر نقاط تكون فيها القوة المحصلة مساوية للصفر. بعد أن نفرغ بعض المساحة على الشاشة، دعونا نلق نظرة على كل من الخيارات المعطاة ونقرر أيها الأنسب.
ينص الخيار أ على أنه عندما يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، تزداد شدة التيار المولد في الملف قليلًا. نحن نعلم أن المحرك يدور بواسطة مصدر تيار مستمر. ينتج عن مصدر التيار المستمر تيار ثابت الشدة. إذن، هذه الإجابة ليست صحيحة.
وينص الخيار ب على أنه عندما يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، ينعكس اتجاه التيار المولد في الملف. مرة أخرى، نحن نعلم أن هذا ليس صحيحًا بأي حال؛ لأن المحرك يدور بواسطة مصدر تيار مستمر. وهذا يعني أن التيار المولد بواسطة مصدر القدرة يتحرك دائمًا في الاتجاه نفسه.
ينص الخيار ج على أنه عندما يكون الملف في وضع عمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، يتغير وضع المغناطيسين في المحرك قليلًا. نحن نعلم أن المغناطيسين في محرك التيار المستمر ثابتان ولا يمكنهما التحرك. إذن، هذا الخيار ليس صحيحًا أيضًا.
ينص الخيار الأخير على أنه قبل أن يصبح الملف في الوضع العمودي على مستوى المجال المغناطيسي للمحرك، فإنه يكتسب سرعة زاوية كافية تتيح له الاستمرار في الدوران مارًّا بالوضع الذي تكون عنده القوة المؤثرة عليه مساوية للصفر. وهذا الخيار هو الإجابة الصحيحة. يكون الملف في حالة دوران بالفعل عندما يصبح في هذا الوضع. إذن، نظرًا لعدم وجود ما يوقف الملف عن الدوران، فإنه يواصل الحركة. ويمكن للملف التحرك مارًّا بهذا الوضع حتى إذا كانت القوة المحصلة وعزم الدوران المحصل المؤثران على الملف كل منهما يساوي صفرًا لحظيًّا. إذن، الخيار د هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.
