تتحقق ظاهرة الحث الذاتي في ملف معين عندما:

• تم سحب ساق مغناطيسية بعيداً عن وجه الملف.
• يوضع هذا الملف بجوار ملف آخر بين ينساب فيه تيار كهربائي متغير المقدار لوحدة الزمن.
• ينساب في هذا الملف تيار كهربائي متغير المقدار لوحدة الزمن
• تدوير هذا الملف داخل مجال مغناطيسي منتظم.

أسئلة الفصل الثاني

اختر العبارة الصحيحة لكل من العبارات الآتية:

1. أي من الأشكال الآتية لاحظ الشكل 38 يتبين فيه الاتجاه الصحيح للتيار الكهربائي المحتث في الحلقة الموصلة:

2. في الشكل 39:

حلقة مصنوعة من النحاس وضعت في مستوي الورقة وموصولة مع المقاومة سلط مجال مغناطيسي باتجاه عمودي على مستوي الورقة، خارجاً من الورقة، في أي حالة من الحالات التالية ينساب تيار محتث في المقاومة R اتجاهه من اليسار نحو اليمين:

• عند تزايد الفيض المغناطيسي الذي يخترق الحلقة.
• عند تناقص الفيض المغناطيسي الذي يخترق الحلقة.
• عند ثبوت الفيض المغناطيسي الذي يخترق الحلقة.
• جميع الاحتمالات المذكورة آنفاً.

3 عند سقوط الساق المغناطيسية خلال حلقة من الألمنيوم غير مقفلة موضوعة أفقياً تحت الساق لاحظ الشكل 40:

• تتأثر الساق بقوة تنافر في أثناء اقترابها من الحلقة، ثم تتأثر بقوة تجاذب في أثناء ابتعادها عن الحلقة.
• تتأثر الساق بقوة تجاذب في أثنا ء اقترابها من الحلقة، ثم تتأثر بقوة تنافر في أثناء ابتعادها عن الحلقة.
• لا تتأثر الساق بأية قوة في أ ثناء اق ترابها من الحلقة، أو في أثناء ابتعادها عن الحلقة.
• تتأثر الساق بقوة تنافر في أثناء اقترابها من الحلقة وكذلك تتأثر بقوة تنافر في أثناء ابتعادها عن الحلقة.

4. عندما يدور ملف دائري حول محور شاقولي موازي لوجه الملف داخل مجال مغناطيسي كثافة فيضه منتظمة B أفقية لاحظ الشكل (41)، تولد أعظم مقدار للقوة الدافعة الكهربائية المحتثة εmax، وعند زيادة عدد لفات الملف إلى ثلاثة أمثال ما كانت عليه وتقليل قطر الملف إلى نصف ما كان عليه ومضاعفة التردد الدوراني للملف، فإن المقدار الأعظم للقوة الدافعة الكهربائية المحتثة سيكون:

• ${\epsilon }_{max}$(2/ 3)
• ${\epsilon }_{max}$(4/ 1)
• ${\epsilon }_{max}$(2/ 1)
• ${\epsilon }_{max}$(3)

$\begin{array}{r}{\epsilon }_{max}=NBA\omega ,{\epsilon }_{max\left(2\right)}=N_{2}B{A}_2{\omega }_2\\ \\ N_2=3N,r_2=\frac{1}{2}r,{\omega }_2=2\omega \\ \\ \because A=\pi r^2\therefore A_2=\pi {\left(\frac{1}{2}r\right)}^2\Rightarrow A_2=\frac{1}{4}\pi r^2=\frac{1}{4}A\\ \\ \because {\epsilon }_{max\left(2\right)}=N_{2}B{A}_2{\omega }_2\\ \\ \therefore {\epsilon }_{max\left(2\right)}=\left(3N\right)\times B\times \left(\frac{1}{4}A\right)\times \left(2\omega \right)=\left(\frac{3}{2}\right)NBA\omega =\left(\frac{3}{2}\right){\epsilon }_{max}\end{array}$

5. تتحقق ظاهرة الحث الذاتي في ملف معين عندما:

• تم سحب ساق مغناطيسية بعيداً عن وجه الملف.
• يوضع هذا الملف بجوار ملف آخر بين ينساب فيه تيار كهربائي متغير المقدار لوحدة الزمن.
• ينساب في هذا الملف تيار كهربائي متغير المقدار لوحدة الزمن
• تدوير هذا الملف داخل مجال مغناطيسي منتظم.

6. مقدار القوة الدافعة الكهربائية المحتثة على طرفي ساق موصلة تتحرك نسبة إلى المجال المغناطيسي في حالة السكون لا يعتمد على:

• طول الساق.
• قطر الساق.
• وضعية الساق نسبة للفيض المغناطيسي.
• كثافة الفيض المغناطيسي.

7. وحدة قياس كثافة الفيض المغناطيسي هي:

• weber
• weber/s
• weber/m²
• weber.s

8. معامل الحث الذاتي لملف لا يعتمد على:

• عدد لفات الملف.
• الشكل الهندسي للملف.
• المعدل الزمني للتغير في التيار المنساب في الملف.
• النفوذية المغناطيسية للوسط في جوف الملف.

س2. علل:

1. يتوهج مصباح النيون المربوط على التوازي مع ملف بضوء ساطع لبرهة قصيرة من الزمن لحظة فتح المفتاح على الرغم من فصل البطارية عن الدائرة، ولا يتوهج عند إغلاق المفتاح.

بسبب تولد فولتية كبيرة على طرفيه نتيجة التلاشي السريع للتيار خلال الملف فتتولد نتيجة لذلك قوة دافعة كهربائية محتلة ذاتية كبيرة المقدار، فيعمل الملف في هذه الحالة كمصدر طاقة يجهز المصباح - بفولتية تكفي لتوهجه، ولا يتوهج عند إغلاق المفتاح لأن نمو التيار لحظة إغلاق المفتاح بطيء نسبياً والفولتية الموضوعة على طرفي المصباح لا تكفي لتوهجه.

2. إذا تغير تيار كهربائي منساب في أحد ملفين متجاورين يتولد تيار محتث في الملف الآخر.

على وفق ظاهرة الحث المتبادل بين الملفين المتجاورين فإذا تغير التيار المنساب في الملف الابتدائي لوحدة الزمن سيتغير تبعاً لذلك الفيض $\left({\overrightarrow{\mathrm{\Phi }}}_{B2}\right)$ الذي يخترق الملف الثانوي لوحدة الزمن وعلى وفق قانون فراداي في الحث الكهرومغناطيسي تتولد $\left({\epsilon }_{\text{ind (2) }}\right)$ في الملف الثانوي ذي عدد اللفات $\left(N_2\right)$ وفق العلاقة: ${\epsilon }_{ind\left(2\right)}=-M\frac{\mathrm{\Delta }{I}_1}{\mathrm{\Delta }t}$

3 عند دوران ملف مساحة اللفة الواحدة فيه A بسرعة زاوية ω داخل مجال مغناطيسي كثافة في منتظمة $\left(\overrightarrow{B}\right)$، فإن الفيض المغناطيسي الذي يخترق اللفة الواحدة يعطى بشكل دالة جيب تمام $\left[{\mathrm{\Phi }}_{\mathrm{B}}=\mathrm{BAcos}\left(\omega \mathrm{t}\right)\right]$ في حين تعطى القوة الدافعة الكهربائية المحتثة على طرفي هذا الملف بشكل دالة جيبية$\left[{\epsilon }_{\text{ind }}=\mathrm{NBA}\omega \sin \left(\omega t\right)\right]$ وضح ذلك بطريقة رياضية.

يعطى الفيض المغناطيسي الذي يخترق كل لفة من لفات الملف بالصيغة التالية: ${\mathrm{\Phi }}_B=BA\cos \theta$ والإزاحة الزاوية: $\left(\theta \right)$ عندما تكون سرعة دوران الملف منتظمة تساوي $:(\theta =\omega t)$

${\mathrm{\Phi }}_B=BA\cos \left(\omega t\right)$

عند دوران الملف بسرعة منتظمة يحصل تغير في الفيض المغناطيسي الذي يخترق الملف لوحدة الزمن: $:\left(\frac{{\mathrm{\Delta \Phi }}_B}{\mathrm{\Delta }t}\right)$

$\begin{array}{r}\frac{{\mathrm{\Delta \Phi }}_B}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{BA\mathrm{\Delta }[\cos (\omega t\left)\right]}{\mathrm{\Delta }t}\\ \\ \because \frac{\mathrm{\Delta }[\cos (\omega t\left)\right]}{\mathrm{\Delta }t}=-\omega \sin \left(\omega t\right)\\ \\ \therefore \frac{{\mathrm{\Delta \Phi }}_B}{\mathrm{\Delta }t}=-BA\omega \sin \left(\omega t\right)\\ \\ \because {\epsilon }_{\text{ind }}=-N\frac{{\mathrm{\Delta \Phi }}_B}{\mathrm{\Delta }t}\\ \\ {\epsilon }_{\text{ind }}=-N\{-BA\omega \sin (\omega t\left)\right\}\therefore {\epsilon }_{\text{ind }}=NBA\omega \sin \left(\omega t\right)\end{array}$

س4. ما المقصود بالمجالات الكهربائية غير المستقرة؟

هي المجالات التي تنشأ بوساطة التغيرات الحاصلة في الفيض المغناطيسي.

س6 إذا تحركت الساق الموصلة ab في الشكل 42 في مستوى الورقة أفقياً نحو اليسار داخل مجال مغناطيسي منتظم سلط عمودياً على الورقة متجهاً نحو الناظر يتولد مجال كهربائي داخل الساق يتجه نحو الطرف b، أما إذا تحركت هذه الساق نحو اليمين وداخل المجال المغناطيسي نفسه ينعكس اتجاه المجال الكهربائي في داخلها باتجاه الطرف a، ما تفسير ذلك؟

يكون اتجاه المجال الكهربائي نحو الأسفل، لأن حركة الساق داخل المجال المغناطيسي سيؤثر على الشحنات داخل الساق فتتراكم الشحنات الموجبة في الطرف العلوي للساق والشحنات السالبة في الطرف السفلي للساق، يتولد مجال كهربائي من الشحنات الموجبة إلى السالبة نحو الأسفل.

س 6 عين اتجاه التيار المحتث في وجه الحلقة المقابلة للملف السلكي في الأشكال الثلاث التالية لاحظ الشكل 43

س7

a. لا ينساب تيار في الحلقة لعدم انسياب تيار في الملف.

b. لحظة غلق المفتاح يكون اتجاه التيار في الحلقة باتجاه معاكس لدوران عقارب الساعة إذا نظرنا للحلقة من جهة اليمين.

c. لحظة فتح المفتاح يكون اتجاه التيار في الحلقة باتجاه دوران عقارب الساعة إذا نظرنا للملف من جهة اليمين.

س7. أفترض أن الملف والمغناطيس الموضح في الشكل 44 كل منهما يتحرك بالسرعة نفسها نسبة إلى الأرض هل أن المللي أميتر الرقمي (أو الكلفانوميتر) المربوط مع الملف، يشير إلى انسياب تيار في الدائرة؟ وضح ذلك

لا ينساب تيار محتث في الملف لعدم توفر حركة نسبية بين الملف والمغناطيس وبالتالي لا يكون هناك تغيير في كثافة الفيض المغناطيسي المواجه للحلقة.

س 8 ما الكميات الفيزيائية التي تقاس بالوحدات الآتية:

Weber

وحدة قياس الفيض المغناطيسي $.\left({\mathrm{\Phi }}_B\right)$

Weber/m²

وحدة قياس كثافة الفيض المغناطيسي $\left(\overrightarrow{B}\right)$

Weber//s

وحدة قياس المعدل الزمني لتغير الفيض المغناطيسي $\cdot \left(\frac{{\mathrm{\Delta \Phi }}_B}{\mathrm{\Delta }t}\right)$

Tesla

وحدة قياس كثافة الفيض المغناطيسي $\left(\overrightarrow{B}\right)$

Henry

معامل الحث للملف.

9 في كل من الشكلين 45 و46 سلك نحاسي وحلقة من النحاس مقفلة، في أي وضعية ينساب تيار محتث في الحلقة عندما يتزايد التيار الكهربائي المنساب في السلك في كل من الحالتين؟ وضح ذلك.

الشكل 67 لا ينساب تيار محتث في الحلقة لأن مستواها موازي للفيض المغناطيسي حول السلك، بينما الشكل 68 يتساب تيار محتث في الحلقة لأن مستواها عمودي على الفيض المغناطيسي حول السلك.