أوراق عمل مع الحل وحدة المغناطيسية فيزياء الصف 12 متقدم – نموذج 1

أوراق عمل مع الحل وحدة المغناطيسية فيزياء الصف 12 متقدم – نموذج 1

أوراق عمل مع الحل وحدة المغناطيسية

مغناطيس دائم 

المغناطيس مستقطب أي له قطبان أحداهما شمالي والأخر جنوبي 

إذا تم تعليق مغناطيس من منتصفه تعليقاً حراً فإنه سينحرف ويتخذ اتجاه ( الشمال – الجنوب ) وهذا يفسر أن الأرض عبارة عن مغناطيس كبير 

يشير القطي الشمالي لإبرة البوصلة نحو الشمال الجغرافي للأرض حيث يوجد القطب المغناطيس الجنوبي للأرض بينما يشير القطب الجنوبي لإبرة البوصلة نحو الجنوب الجغرافي للأرض حيث يوجد القطب المغناطيس الشمالي للأرض 

الأقطاب المغناطيسية المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب إذا شطر المغناطيس من منتصفه إلى قسمين فسينتج مغناطيسيان جديدان كل منهما له قطبان أي أنه لا يوجد مغناطيس منفرد القطب 

خواص خطوط المجال المغناطيسي 

خطوط المجال خطوط وهمية يمكن الاستدال عليها من خلال الشكل الذي تتخذه برادة الحديد عند تعرضها لمجال مغناطيسي لمغناطيس 

لا تتقاطع لأنه إذا تقاطعت لكان هناك اكثر من اتجاه وهذا لا يمكن حدوثه 

تكون على هيئة مسارات مغلقة حيث تخرج من القطب الشماليN متجهة إلى القطب الجنوبي S 

تزداد كثافة خطوط المجال بالقرب من الأقطاب وتقل كلما اتجهنا نحو المنتصف وتنعدم عند المنتصف 

خطوط المجال المغناطيسي عبارة عن خطوط مشدودة مرنة تحاول تقصير طولها بإن تتجه لأقرب قطب جنوبي وهذا يفسر التجاذب بين القطبين الشمالي والجنوبي 

أنواع المجال المغناطيسي 

مجال مغناطيسي منتظم 

ثابت الشدة ثابت الاتجاه 

خطوطه مستقيمة متوازية 

مجال مغناطيسي غير منتظم 

متغير الشدة والاتجاه 

خطوطه غير متوازية 

المجال المغناطيسي للأرض 

المجال المغناطيسي للأرض يقي الأرض من خطر الإشعاعات عالية الطاقة المنبعثة من الفضاء والتي تعرف بالأشعة الكونية 

الأشعة الكونية : عبارة عن جسيمات مشحونة تنحرف ميتعدة عن الأرض بسبب المجال المغناطيسي للأرض والذي يتشوه بسبب الرياح الشمسية 

تحاط الأرض بحزمتان من الأشعة الكونية تسمى حزاماً فإن دي ألين الأشعاعيان حيث يكونا قريبان من القطيبن المغناطيسين الشمالي والجنوبي 

وحيث أن القطب الجغرافي الجنوبي والقطب الشمالي المغناطيسي لا يقعان في الموقع نفسه فإن إبرة البوصلة لا تشير إلى القطب الجغرافي الشمالي بصورة دقيقة وهذا ما يعرف بالإنحراف المغناطيسي 

يكون الانحراف المغناطيسي موجب :

إذا كان الشمال المغناطيسي شرق الشمال الحقيقي 

يكون الانحراف المغناطيسي سالب :

إذا كان الشمال المغناطيسي غرب  الشمال الحقيقي 

تحديد أتجاه القوة 

يمكن تحديد اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على جسيم مشحون باستخدام القاعدة الأولى لليد اليمنى حيث يشير أصبع الأبهام لاتجاه السرعة وأصبع السبابة لاتجاه المجال المغناطيسي وأصبع الوسطى يشير إلى اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة 

القوة المغناطيسية والشغل 

حيث أن القوة دائماً تكون عمودية على اتجاه السرعة لذا فإنها لا تبذل شغلاً على الجسيم المشحون أثناء حركته في المجال لأنها غير قادرة على تغيير السرعة وبالتالي الطاقة الحركية  ستبقى ثابته ويكون تغيرها =0 

إذا كان اتجاه سرعة الجسيم المشحون يميل بزاوية على اتجاه المجال المغناطيسي فإن مسار الشحنة سيكون لولبياً وذلك لأنه سيكون للسرعة مركبتان 

المركبة الأفقية منها توازي المجال وهي تحرك الجسيم في مسار مستقيم 

المركبة الرأسية عمودية على المجال وهي تحرك الجسيم في مسار دائري 

إذا كان اتجاه سرعة الجسيم المشحون موازياً لاتجاه المجال المغناطيسي فإن مسار الشحنة يكون مستقيماً 

مطياف الكتلة 

هو أحد تطبيقات حركة الجسيمات المشحونة في المجال المغناطيسي 

استخداماته :

يسمح بتحديد الكتل الذرية والجزيئية للمواد بشكل دقيق 

مفيد في عملية التأريخ الكربوني 

تحليل المركبات الكيميائية غير المعروفة 

الرفع المغناطيسي 

يعتبر من أحد تطبيقات القوة المغناطيسية وفيه يحدث التوازن بين القوة المؤثرة في جسم لأعلى وقوة الجاذبية المؤثرة لأسفل ( مما ينتج عنه اتزان سكوني جون الحاجة إلى ملامسة الأسطح لبعضها بشكل مباشر )

حيث تشكل قوة التنافر بين الأقطاب المتشابهة قوة هائلة يمكن استخدامها في رفع الأجسام الثقيلة 

استخدام هذا المبدأ 

1- عمل ممرات مغناطيسية في الورش والمصانع خاصة للنقل وتحريك المعدات الثقيلة بسهولة تامة 

2- تسير القطارات فائقة السرعة تسبح في الهواء حيث يوجد في هذه القطارات مغناطيسيات متساوية القوى المغناطيسية على السكة وعلى جانبي أسفل القطار تؤدي إلى احداث قوة تنافر بينهما تستطيع رفع القطار وإبقائه معلقاً ف يالهواء فوق قضبان السكة الحديدية أثناء السير بحوالي 15cm 

العزم المؤثر في حلقة يمر بها تيار مستمر 

نفرض مغناطيس قوى قطباه متقابلان ثم وضع بين قطبيه حلقة مستطيلة الشكل طولها da  bc وعرضها cd  ab  وبالتالي يكون مساحتها A=ad*ab ويمر فيها تيار شدته i في الاتجاه المبين بالرسم 

أولاً ..تأثير المجال المغاطيسي على الضلعين الطويلين 

مهما كان وضع الحلقة بين قطبي المغناطيس يكون اتجاه المجال المغناطيسي عمودياً على هذين الضلعين الطويلتين وعلى ذلك يؤثر المجال المغناطيسي على كل منهما بقوة 

بتطبيق القاعدة الأولى لليد اليمنى على كل ضلع من الضلعين الطويلتين نجد أن اتجاه القوة المؤثرة على أحدهما يكون إلى أعلى بينما يكون اتجاه القوة المؤثرة على الأخر إلى أسفل لذا تقع الحلقة تحت تأثير قوتين متساويتين مقداراً ومتضادتين اتجاهاً ومتواويتين وخط عملهما ليس على استقامة واحدة لذا يحدثان ازدواجاً يسبب دوران الحلقة 

ثانياً : القوتان المغناطيسيتان المؤثرتان على الضلعين القصيرين :

لا تأثير لهما على الحلقة في جميع اوضاعه وحالاته للأسباب الاتية 

إذا كان اتجاه المجال المغناطيسي يوازي مستوى الحلقة أضبح الضلعان موازيان للمجال المغناطيسي أيضاُ فلا يتأثر أي منهما بقوة مغناطيسية 

تحديد اتجاه العزم الكغناطيسي للحلقة 

باستخدام القاعدة الثانية لليد اليمنى فعند إدارة أصابع التيار في اتجاه سريان التيار في الحلقة فيشير إصبع الأبهام إلى اتجاه متجه الوحدة العمودي 

تحديد لتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك يمر به تيار كهربائي 

باستخدام القاعدة الأولى لليد اليمنى 

أجعل الثلاث أصابع ( الأبهام والسبابة الوسطى ) متعامدة على بعضها كما بالشكل المقابل 

بحيث يشير الأبهام لاتجاه التيار i وإصبع السبابة لاتجاه المجال المغناطيسي B حينئذ يشير أصبع الوسطى لاتجاه القوة المغناطيسية 

مثال القوة المؤثرة في ملف مكبر الصوت 

ينتج مكبر الصوت صوتاً بذل قوة مغناطيسية على ملف صوت في مجال مغناطيسي كما هو موضح بالشكل الملف المتحرك بمخروط مكبر الصوت المسؤول عن أنتاج الأصوات ويتم انتاج المجال المغناطيسي من خلال المغناطيين الدائمين كما هو موضح مقدار المجال المغناطيسي هو B=1.5 Tويتكون الملف من 100 لفة من السلك ويسري فيه تيار i=1 وقطر الملف هو D=2.5 cm

ماهي مقدار القوة الكغناطيسية التي يبذلها المجال المغناطيسي على الملف في مكبر الصوت 

L= محيط الملف * عدد اللفات 

FB =0.12N 

تأثير هول 

هو ميل حاملات الشحنة للانزياح نحو أطراف الموصلات الكهربائية بسبب تعرضها لمجال مغناطيسي عمودي على حركتها 

تقسير تأثير هو ل:

الشكل المقابل يمثل موصلاً يمر به تيار كهربائي عمودي على المجال المغناطيسي حيث نلاحظ ما يلي 

تتحرك الإلكترونات بالموصل بسرعة انسياق باتجاه معاكس لاتجاه التيار الاصطلاحي 

تتأثر الالكترونات بقوة مغناطيسية متعامدة على سرعتها مما يؤدي إلى دفع الالكترونات باتجاه حافة الموصل إلى اليمين 

تتراكم الالكترونات السالبة عند أحدى الحافتين والموجبة أيضاً تتراكم عند الحافة الاخرى 

ينتج عن اختلاف الجهد على جانبي الموصل مجال كهربائي يبذل قوة كهربائية على الالكترونات في اتجاه معاكس لاتجاه القوة التي يبذلها القوة الناتجة عن المجال المغناطيسي كونها سالبة الشحنة 

عندما تكون القوة الناتجه عن المجال المغناطيسي FE=FB القوة الكهربائية الناتجه عن المجال الكهربائي فإن العدد الكلي للالكترونات على حواف الموصل لا يتغير مع الزمن وتسمى تلك الحالة بحالة الاتزان