نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل جلفانومترًا ذا ملف متحرك. أي من الآتي هو الغرض من وجود القطعة المشار إليها؟ (أ) تحمل القطعة تيارًا. (ب) تزيد القطعة كثافة الفيض المغناطيسي للمجال المغناطيسي الناتج. (ج) تنتج القطعة مجالًا مغناطيسيًّا. (د) تؤثر القطعة بقوة إرجاع على ملف الجلفانومتر. (هـ) تسمح القطعة بقياس زاوية انحراف مؤشر الجلفانومتر.
دعونا نبدأ بملاحظة أن القطعة المذكورة في السؤال هي هذا الجزء الأسطواني الموجود في المركز، والذي يعرف باسم «قلب الجلفانومتر»، ويصنع عادة من الحديد. للإجابة عن هذا السؤال، علينا أن نتذكر آلية عمل الجلفانومتر ذي الملف المتحرك، كما علينا أن نتذكر أن الغرض الرئيسي من الجهاز هو رصد شدة التيار الكهربي وقياسها.
يتصل طرفا التوصيل هذان باعتبارهما جزءًا من دائرة كاملة. وهناك أجزاء معينة في الجلفانومتر، كالزنبركين والملفات، توفر مسارًا موصلًا لتسلكه الشحنة الكهربية. جميع هذه القطع المركزية مصممة بحيث تدور أو تنحرف بزاوية معينة. ويحدث هذا الدوران؛ لأنه يوجد مجال مغناطيسي يفرض عزم دوران على الملفات الحاملة للتيار، وهو ما سنتناوله لاحقًا بمزيد من التفصيل. تتناسب الزاوية التي يدور بها النظام طرديًّا مع شدة التيار في الملفات. وتذكر أن الغرض الأساسي من الجلفانومتر هو معرفة مقدار شدة التيار.
وفقًا للتصميم، لا تدور القطع الدوارة في الجلفانومتر بحرية، لأنها متصلة بهذين الزنبركين الحلزونيين، وهما يؤثران بقوة إرجاع معاكسة لعزم الدوران المؤثر على الملفات من المجال المغناطيسي. ولهذا السبب، يمكننا استبعاد خيار الإجابة (د). تنتج قوة الإرجاع من الزنبركين، وليس من القطعة المشار إليها في الشكل.
في جميع الأحوال، عند مرور تيار معين في الملفات، سيصل عزما الدوران المتضادان إلى حالة الاتزان. وبما أن هذا المؤشر متصل بالملفات، فهو يشير إلى وجود قيمة للتيار على التدريج الموجود هنا بالأعلى. يقيس التدريج مقدار انحراف المؤشر، ومن ثم، مقدار شدة التيار في النظام. وهذا هو الغرض المحدد في الخيار (هـ). لكنه ليس الغرض من القلب الحديدي. ومن ثم، هذا الخيار ليس هو الإجابة الصحيحة.
لكن في الشكل، يكون المؤشر في منتصف التدريج، حيث يشير إلى صفر أمبير. وتوضح لنا هذه القراءة أنه لا يوجد في الوقت الحالي عزم دوران يؤثر على الملفات. تذكر أن أي عزم دوران مؤثر على الملفات قيمته لا تساوي صفرًا ينتج عن القوة المؤثرة على سلك يحمل تيارًا حين يوضع السلك في مجال مغناطيسي بزاوية على المجال.
في الجلفانومتر ذي الملف المتحرك، تمثل الملفات السلك الحامل للتيار. وتلتف حول القلب الحديدي، ولكنها تظل منفصلة عن القلب، بحيث لا تختصر الشحنة طريقها من خلاله. وتكون الملفات مسارًا موصلًا لتنتقل الشحنة الكهربية من خلاله. لذلك، عندما يكون هناك تيار في الجلفانومتر، فلا بد أن يكون موجودًا في الملفات. والملفات مصممة بحيث تحمل التيار وليس القلب الحديدي. لذا، دعونا أيضًا نستبعد خيار الإجابة (أ).
تتأثر الملفات بعزم الدوران بسبب الكيفية التي تحمل بها التيار في المجال المغناطيسي. وينتج المجال نفسه بواسطة هذا المغناطيس الدائم الذي لا يظهر بالكامل في الشكل. الجزآن الموضحان هما قطبا المغناطيس. وتذكر أنهما يولدان مجالًا مغناطيسيًّا يتجه من القطب الشمالي إلى الجنوبي. ومن ثم، تتمثل مهمة هذا المغناطيس الخارجي في إنتاج المجال. لذا، دعونا نستبعد كذلك خيار الإجابة (ج).
ينص الخيار الوحيد المتبقي، (ب)، على أن القلب الحديدي موجود من أجل زيادة كثافة فيض المجال المغناطيسي، ما يعني في الأساس تركيز المجال الذي توجد فيه الملفات. يصنع القلب من الحديد، لأن الحديد ذو خواص مغناطيسية معينة من شأنها المساعدة في زيادة شدة المجال المغناطيسي. ويتأثر شكل المجال أيضًا. يقع القلب الأسطواني الدائري داخل القطبين المقعري الشكل. ومن ثم، يتجه المجال المغناطيسي قطريًّا تقريبًا إلى داخل القلب الحديدي وخارجه. وهذا مهم لأنه يسمح للملف بالتعرض لمجال مغناطيسي ذي قوة منتظمة أثناء دورانه.
تذكر أيضًا أنه عندما نرسم خطوطًا لتمثيل المجال المغناطيسي، كما فعلنا هنا، فإن المساحات التي تكون فيها الخطوط أكثر قربًا بعضها من بعض أو أكثر كثافة تمثل مجالًا مغناطيسيًّا أقوى. إذن، عندما تكون الخطوط متجهة قطريًّا، فإنها تكون أكثر كثافة، ما يشير إلى زيادة مقدار قوة المجال كلما اقتربت الخطوط من القلب أكثر من مقدار زيادة قوة المجال عند ابتعادها عن القلب. وهذا هو المقصود بزيادة كثافة الفيض المغناطيسي. إذن، خيار الإجابة (ب) صحيح. فالغرض من القطعة المشار إليها في الشكل هو زيادة كثافة الفيض المغناطيسي للمجال المغناطيسي الناتج.
