فيديو السؤال: التعرف على شدة التيار في ملف محرك التيار المستمر الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يوضح التمثيل البياني الآتي ثلاثة خطوط. أي من الخطوط يمثل شدة التيار في ملف محرك التيار المستمر؟ أ: الخط I، ب‪:‬‏ الخط II، ج‪:‬‏ الخط III، د‪:‬‏ ليست هناك إجابة صحيحة.

في هذا السؤال، لدينا تمثيل بياني يوضح ثلاثة خطوط تمثل شدة التيار خلال فترة زمنية. علينا تحديد أي من هذه الخطوط يمثل شدة التيار في ملف محرك التيار المستمر.

أولًا: دعونا نذكر أنفسنا بمحرك التيار المستمر. كما يوحي اسمه، يستخدم محرك التيار المستمر التيار المستمر لتوليد طاقة ميكانيكية. يتكون محرك التيار المستمر من ملف موضوع في مجال مغناطيسي. يوصل الملف باستخدام مقوم تيار وفرشاتين بمصدر طاقة يوفر تيارًا مستمرًّا. عند مرور تيار في ملف المحرك، يدور الملف ومقوم التيار في المجال المغناطيسي. تسمح الفرشاتان لمقوم التيار بالدوران في حين يظل على اتصال بالدائرة الكهربية الخارجية.

للإجابة عن هذا السؤال، علينا معرفة كيف تتغير شدة التيار في ملف المحرك مع الزمن وكيف يمثل ذلك على التمثيل البياني. لقد ذكرنا بالفعل أن المحرك مزود بمصدر طاقة يوفر تيارًا مستمرًّا. لا يتغير التيار المستمر في المقدار ولا في الاتجاه. فشدته ثابتة ولا تتغير مع الزمن. إذا كنا سنمثل شدة تيار مستمر على تمثيل بياني لشدة التيار مقابل الزمن، فستبدو على هذا النحو: خط مستقيم أفقي، يمثل شدة التيار، التي رمزنا لها بالرمز ‪𝐼‬‏.

ولكن علينا الانتباه هنا. لا يسألنا هذا السؤال عن شدة التيار التي يوفرها مصدر الطاقة. بل يسألنا هذا السؤال عن شدة التيار في ملف المحرك. لكي نفهم لماذا هذه التيارات ليست واحدة، علينا التفكير فيما يحدث عند مقوم التيار عندما يدور الملف.

لتسهيل تصور ذلك، دعونا نكبر مقوم التيار، والملف، وفرشاتي المحرك. كما سنلون الأجزاء المختلفة على هذا النحو. يمكننا ملاحظة أن النصف الوردي من مقوم التيار متصل بالفرشاة الوردية، والنصف الأزرق من مقوم التيار متصل بالفرشاة الزرقاء. سنلون هذا الضلع من الملف باللون الأزرق أيضًا، وهذا الضلع من الملف باللون الوردي. دعونا أيضًا نوضح اتجاه التيار. سنفترض أن تيارًا مستمرًّا شدته ‪𝐼‬‏ يأتي من هذا الاتجاه، عبر الفرشاة الزرقاء. إذا تتبعنا مسار التيار حول الملف، فسنلاحظ أن التيار يمر إلى داخل الشاشة عبر الضلع الأزرق، ويلتف، ثم يتجه خارج الشاشة عبر الضلع الوردي. ثم يمر للخارج عبر الفرشاة الوردية.

لنفكر الآن فيما يحدث عندما يدور الملف نصف دورة. إن الفرشاتين لا تتحركان، ولكن مقوم التيار يدور مع دوران الملف. من ثم، تصبح الفرشاة الزرقاء متصلة بالنصف الوردي من مقوم التيار، والفرشاة الوردية متصلة بالنصف الأزرق من مقوم التيار. مرة أخرى، لنرسم مسار التيار. لم يتغير مصدر الطاقة؛ لذلك، سيظل التيار يدخل من الفرشاة الزرقاء ويلتف حول الملف ثم يخرج من الفرشاة الوردية. هناك أمر مهم علينا ملاحظته بخصوص التيار في الملف. دعونا نقارن بين اتجاهي التيار في الضلع الأزرق من الملف في كلا الشكلين.

في الشكل الأول، رسمنا التيار داخلًا إلى الشاشة. وفي الشكل الثاني، رسمنا التيار خارجًا من الشاشة. إذن، التيار في الضلع الأزرق قد انعكس. وينطبق الأمر نفسه على التيار في الضلع الوردي من الملف. في الشكل الأول، التيار في الضلع الوردي خارج من الشاشة، وفي الشكل الثاني، التيار داخل إلى الشاشة. إذن، انعكس التيار في الملف. يحدث هذا لأنه عندما يدور الملف، تتبدل الوصلات بين الفرشاتين وجزئي مقوم التيار كل نصف دورة. وهو ما يجعل التيار في الملف يغير اتجاهه، على الرغم من أن التيار من مصدر الطاقة لا يتغير. لاحظ أن التيار في الملف لا تتغير شدته، بل يتغير اتجاهه فقط.

إذن، كيف يمكننا رسم تمثيل بياني يوضح كيف تتغير شدة التيار في الملف مع الزمن؟ لنفترض أن التيار في الملف يتدفق في البداية في الاتجاه الموجب. سنمثل ذلك بخط مستقيم أفقي يمثل قيمة موجب ‪𝐼‬‏. ولكن بعد مرور بعض الوقت، سينعكس هذا التيار؛ لذلك، سيبدأ في التدفق في الاتجاه السالب. ومن ثم، تصبح شدة التيار سالب ‪𝐼‬‏. سنرسم هذا خطًّا مستقيمًا أفقيًّا يناظر قيمة سالب ‪𝐼‬‏. ينعكس التيار مرة أخرى ويعود إلى موجب ‪𝐼‬‏. إذن، هذا هو الشكل الذي يجب أن يبدو عليه التمثيل البياني لشدة التيار في الملف: قطع مستقيمة أفقية تظهر بالتبادل أعلى المحور وأسفله.

إذا نظرنا إلى التمثيل البياني المعطى في السؤال، فسنجد أن التمثيل البياني الذي رسمناه لا يطابق أيًّا من الخيارات. الخط II خط أفقي مستقيم، ولكنه دائمًا فوق المحور، وهو ما يعني أنه يمثل تيارًا لا يتدفق إلا في اتجاه واحد. إذن، الخط II لا يمكن أن يكون صحيحًا. يوضح الخط I تيارًا يتدفق في الاتجاه الموجب فقط أيضًا. كما يمثل تيارًا ذا شدة متغيرة. نعلم أن هذا لا يمكن أن يكون صحيحًا. يوضح الخط III تيارًا يعكس اتجاهه بصورة دورية، ولكن أيضًا تتغير شدة هذا التيار. لذا، يمكننا استبعاد هذا الخيار كذلك.

إذن، الإجابة الصحيحة عن هذا السؤال هي الخيار د. لا توجد إجابة صحيحة.