قوّة المغناطيس الكهربائي
يستنتج أن قوّة المغناطيس الكهربائي تزداد بزيادة عدد لفّات السلك وبزيادة شدّة التيار، بمقارنة قراءات مقياس المجال.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: المغناطيسات والمغناطيسات الكهربائية — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): بعض العوامل المؤثّرة في قوّة المغناطيس الكهربائي — الجزء الثاني، ص ٥٤
خطوات التجربة
افتح شاشة «المغناطيس الكهربائي». ترى ملفًّا من السلك موصولًا ببطارية، وبوصلة. ضع علامة على «مقياس المجال».
اسحب «مقياس المجال» وضعه قريبًا من أحد طرفي الملف، ولا تحرّكه بعد ذلك حتى تكون المقارنة عادلة. سجّل القراءة؛ هذا بدل عدّ المشابك في الكتاب.
غيّر عدد «الحلقات:» من الأقل إلى الأكثر، وسجّل قراءة «مقياس المجال» لكل عدد في جدول.
ثبّت عدد «الحلقات:»، ثم اسحب منزلق «جهد البطارية:» لتزيد الجهد، كأنك أضفت بطارية إضافية. سجّل القراءة عند كل جهد.
اجعل جهد البطارية صفرًا، ولاحظ قراءة المقياس واتّجاه إبرة البوصلة.
أكمل جملة الكتاب: قوّة المغناطيس الكهربائي تعتمد على عوامل منها: …
الفكرة العلمية
المغناطيس الكهربائي ملفّ من سلك يمرّ فيه تيار كهربائي، فيصير مغناطيسًا ما دام التيار يسري. وتزداد قوّته بزيادة عدد لفّات السلك، وبزيادة شدّة التيار الكهربائي التي نحصل عليها بزيادة عدد البطاريات أو جهد البطارية. وفي المحاكاة نقيس قوّة المغناطيس بـ«مقياس المجال»: كلّما كبرت القراءة عند الموضع نفسه كان المغناطيس أقوى، وهذا يقابل زيادة عدد المشابك التي يجذبها المغناطيس في نشاط الكتاب. وإذا انقطع التيار زالت مغناطيسية الملفّ. لاحظ أن المحاكاة لا تحوي مسمارًا ولا تسمح بتغيير نوع مادّة القلب من حديد إلى فولاذ، فالعامل الثالث في الكتاب، نوع المادّة، لا تختبره هذه المحاكاة.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
زدت عدد «الحلقات:» مع إبقاء جهد البطارية ومكان المقياس ثابتين. ماذا حدث لقراءة «مقياس المجال»؟
- قلّت، لأن السلك صار أطول
- بقيت كما هي
- صارت صفرًا
- زادت، لأن المغناطيس الكهربائي صار أقوى
اعرض الإجابة
د) زادت، لأن المغناطيس الكهربائي صار أقوى
زيادة عدد اللفّات تقوّي المغناطيس الكهربائي، فتكبر القراءة، كما زاد عدد المشابك حين ضاعفت اللفّات في الكتاب. ومن توقّع أن تقلّ القراءة ظنّ أن طول السلك يُضعف المغناطيس، والذي حدث عكس ذلك.
لماذا أبقينا «مقياس المجال» في مكانه نفسه طوال التجربة؟
- لأن قراءته تتغيّر بتغيّر بُعده عن الملفّ، فنريد أن نغيّر عاملًا واحدًا فقط
- لأن المقياس لا يعمل إلا في مكان واحد
- لأن تحريكه يغيّر جهد البطارية
- لا سبب لذلك
اعرض الإجابة
أ) لأن قراءته تتغيّر بتغيّر بُعده عن الملفّ، فنريد أن نغيّر عاملًا واحدًا فقط
قراءة المقياس تكبر قرب الملفّ وتصغر بعيدًا عنه، فلو حرّكناه لما عرفنا أكان التغيّر بسبب اللفّات أم بسبب المسافة. ولذلك نغيّر عاملًا واحدًا ونثبّت الباقي، كما في الكتاب حين غيّرنا عدد اللفّات وأبقينا البطارية نفسها.
جعلت «جهد البطارية:» صفرًا. ماذا يحدث للمغناطيس الكهربائي؟
- يبقى قويًّا لأن الملفّ ما زال موجودًا
- يزول أثره تقريبًا، لأن التيار انقطع
- يصير أقوى
- يصير مغناطيسًا دائمًا
اعرض الإجابة
ب) يزول أثره تقريبًا، لأن التيار انقطع
المغناطيس الكهربائي يعمل بالتيار، فإذا انعدم التيار زال أثره، وتبقى البوصلة متأثّرة بمغناطيسية الأرض فقط إن كانت ظاهرة. ومن ظنّ أن الملفّ وحده مغناطيس نسي أن السلك لا يصير مغناطيسًا إلا حين يسري فيه تيار.
تريد رافعة مغناطيسية ترفع حديدًا أثقل. اقترح طريقتين لتقوية مغناطيسها الكهربائي، واستعن بنتائج تجربتك.
اعرض الإجابة
الأولى: زيادة عدد لفّات السلك، فقد زادت قراءة «مقياس المجال» بزيادة «الحلقات:». والثانية: زيادة شدّة التيار بزيادة جهد البطارية أو عدد البطاريات، فقد زادت القراءة بزيادة «جهد البطارية:».
في المحاكاة قسنا قوّة المغناطيس بمقياس المجال، وفي الكتاب بعدد المشابك. ما الشبه بين الطريقتين؟ وأيّهما أدقّ؟
اعرض الإجابة
كلتاهما تقيس أثر المغناطيس: كلّما كان أقوى جذب مشابك أكثر، وكبرت قراءة المقياس. لكن المقياس أدقّ، لأنه يعطي رقمًا يتغيّر بفرق صغير، أما عدد المشابك فلا يتغيّر إلا إذا كان الفرق في القوّة كافيًا لجذب مشبك كامل.