حل وحدة الموجات الكهرومغناطيسية فيزياء صف ثاني عشر متقدم فصل ثالث
قانون ماكسويل في الحث الكهرومغناطيسية
وفقا لقانون فارادي للحث فأن تغير المجال المغناطيسي ينتج مجالا كهربائيا
وبحسب قانون ماكسويل للحث الكهرومغناطيسية ينتج المجال الكهربائي المتغير مجالا مغناطيسيا
لتوضيح المجال المغناطيسي المستحث يمكننا استخدام مكثف دائري كما في الشكل
- الشكل أ عبارة عن مكثف دائري مشحون بشحنة ثابته وتمثل الأسهم الحمراء خطوط المجال الكهربائي بين اللألواح (لا يوجد مجال مغناطيسي في المكثف لعدم وجود تغير في الشحنة )
- الشكل ب تتزايد الشحنة بمرور الزمن لذلك يزداد التدفق الكهربائي بين الألواح فينتج مجالا مغناطيسيا مستحثا على شكل حلقات
ملاحظة : عندما يتوقف تزايد الشحنة يصبح التدفق الكهربائي ثابتا وبالتالي لا يوجد مجال مغناطيسي
((يمكن استخدام مجال مغناطيسي منتظم وثابت مع مرور الزمن ))
- الشكل أ يمثل مجال مغناطيسي منتظم وثابت مع مرور الزمن (لا يوجد محال كهربائي بسبب عدم تغير المجال المغناطيسي )
- الشكل ب ما زال المجال المغناطيسي منتظم ولكنه يتزايد بمرور الزمن مما يؤدي إلى أنتاج مجال كهربائي مستحث وتمثل الحلقات الحمراء خطوط المجال الكهربائي وله نفس اتجاه المجال
ملاحظة اتجاه المجال الكهربائي المستحث يعاكس اتجاه المجال المغناطيسي المستحث
تيار الأزاحة (id)
هو تيار يسري في العوازل على عكس تيار التوصيل الذي يسري في الموصلات ويساوي مقدار تيار التوصيل
وهو تيار تخيلي أدرجه ماكسويل في قانون أمبير لتوضيح الظواهر الطبيعية المرافقة لحركة المجالات الكهربائية في الفراغ أو العازل وتكمن أهميته في أنه يمثل أثر المجال المغناطيسي بالمجالات الكهربائية المتغيرة
معادلات ماكسويل التي تصف الظواهر الطبيعية
| الاسم | الوصف | |
| قانون جاوس للمجالات الكهربائية | يتناسب التدفق الكهربائي الكلي عبر سطح مغلق مع الشحنة الكهربائية الكلية المحصورة | |
| قانون جاوس للمجالات المغناطيسية | التدفق المغناطيسي الكلي عبر سطح مغلق يساوي صفراً(لا توجد أقطاب مغناطيسية أحادية ) | |
| قانون فاراداي للحث | إنتاج مجال كهربائي بالحث من خلال تدفق مغناطيسي متغير | |
| قانون ماكسويل أمبير | إنتاج مجال مغناطيسي بالحث من خلال تدفق كهربائي متغير أو بواسطة تيار |
سؤال 1 : تم توجيه مجال كهربائي مقداره 200.0V/M بشكل عمودي على سطح مستو دائري نصف قطره 6.0m إذا زاد المجال الكهربائي بمعدلV/M 10.0
حدد مقدار المجال المغناطيسي واتجاهه على مسافة نصف قطرية تبعد عن مركز الدائرة بمقدار 10.0cm
سؤال 2: سلك نصف قطره 10.0 mm يحمل تيارا مقداره 20.0 A يتم توصيل السلك بمكثف متوازي الألواح يبلغ نصف قطر ألواحه الدائرية 4.0cm والفواصل بين الألواح s=2.0mm
ما مقدار المجال المغناطيسي بسبب المجال الكهربائي المتغير عند نقطة تبعد مسافة نصف قطرها 1.0cm من المركز
سؤال 3: ملف لولبي طوله 20.0 cm ونصف قطره 2.0cm وعدد لفاته 500 لفة يتناقص شدة التيار المار في الملف منA 3.0 إلى 1.0A
حدد مقدار المجال الكهربائي المستحث داخل الملف اللولبي على بعد cm1.0 من المركز
سؤال 4: يحتوي مكثف متوازي الألواح على هواء بين ألواح قرصية الشكل نصف قطرها 4.0mm ومتحدة المحور والمسافة الفاصلة بينهما 1.0mm تتجمع الشحنة على ألواح المكثف
ما تيار الأزاحة بين الألواح في اللحظة التي يكون فيها معدل تراكم الشحنات على الألواح يساوي (10.0)
خصائص الموجات الكهرومغناطيسية
1- تنتشر في الأوساط المادية والفراغ ( الفضاء ) لا تحتاج إلى وسط مادي لكي تنتقل
2- تنتقل جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ بسرعة ثابته تساوي سرعة الضوء
3- تتكون من مجالين متعامدين أحداهما كهربائي والآخر مغناطيسي وينتشران في اتجاه متعامد على اتجاه انتشار الموجه
4- يرتبط كل من طولها الموجي وترددها وسرعتها بالعلاقة العامة للموجات
5- قابلية الاستقطاب لأنها موجات مستعرضه وهي موجات غير مشحونه لذلك لا تتأثر بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية
6- لها مدى واسع من الموجات تختلف في الترددات والأطوال الموجبة يسمى هذا المدى الطيف الكهرومغناطيسي
| الطيف الكهرومغناطيسي | الاستخدامات |
| الموجات الراديوية | لها طول موجي كبير وتستخدم على نطاق واسع في علم الفلك والبث الأذاعي والتيلفزيون لأنها ينمنها العبور عبر سحب الغبار والغاز التي تحجب الضوء المرئي |
| موجات الميكرويف | هي أقل طول موجي من الموجات الراديوية وبالتالي يزداد ترددها 10 وتستخدم في فرن الميكرويف وإرسال الرسائل الهاتفية يمكنها الانتقال بسهولة عبر الغلاف الجوي |
| الأشعة تحت الحمراء | لها طول موجي أطول قليلا من الضوء المرئي وتستخدم لقياس التسرب الحراري في المنازل والمكاتب عن طريق استخدام كاشفات موجات الأشعة تحت الحمراء تستخدم أيضا في تحديد مواقع البراكين الخامدة التمكن من الرؤية في الظلام وغيرها |
| الضوء المرئي | يشير الضوء المرئي إلى الموجات الكهرومغناطيسية التي يمكن أن نراها يتراوح الطول الموجي لها بين (700nm-إلى 400nm) جيث تصل ذروة استجابة العين البشرية إلى 550 اللون الأخضر |
| الأشعة فوق البنفسجية | لها طول موجي أقصر قليلا من الضوء المرئي وبالتالي تزداد طاقتها فقد تسبب أضرار في الجلد وحروق في الشمس ولكن يتم امتصاص معظمها في طبقة الأوزون وتستخدم في المستشفيات لتعقيم الأدوات والانبعاث المثار للأشعاع |
| الأشعة السينية | لها طول موجي وهي تستخدم في المجالات الطبية للكشف عن الكسور في العظام نظراً لأنها تمتلك خاصية النفاذ من جميع الأجسام الصلبة ما عدا الرصاص |
| أشعة جاما | لها طول موجي قصير جداً وهي ناتجة عن انحلال الأنوية الثقيلة ويمكن أن تدمر الخلايا الحية نظرا لطاقتها العالية جداً وتستخدم في مجال الطب لتدمير الخلايا السرطانية أو أي أنسجة يصعب الحصول عليها |
اختر من العمود A اسم الموجه المناسب للاستخدام في العمود B ((موجات منخفضة التردد))
| A | الموجه | B | الاستخدام |
| 1 | الموجات الراديو | 4 | تستخدم في معالجة البولمرات وتعقيم الأدوات وصناعة أشباه الموصلات وحفر النقوش على رقائق السيلكون |
| 2 | موجات الميكرويف | 2 | في الهواتف الخلوية ونظام تحديد المواقع وطهي الطعام |
| 3 | الأشعة تحت الحمراء | 1 | تستخدم في نقل المعلومات مثل التلفاز والراديو |
| 4 | الأشعة فوق البنفسجية | 3 | أجهزة الاستشعار والكاميرات والمناظير الرئية الليلية وتدفئة المباني |
سؤال 5: ما مدى الطول الموجي لموجة ( FM (108.0HMZ-88.0 HMZ
سؤال 6: يترواح طول النطاق الموجي للضوء المرئي في الهواء بين 700nm-400nm ما نطاق التردد للضوء المرئي
سؤال 7: إذا علمت أن تردد نطاق نطاق موجات الأذاعة FM أكبر من تردد نطاق موجات AM أملأ الجدول بما يناسبه
| أي النطاقين تحمل موجاته طاقة أكبر | ……………………………………………………………….. |
| قارن بين سرعة موجات كل من النطاقين في الفراغ | ……………………………………………………………… |
نطاقات تردد البث الأذاعي والتلفزيوني والإتصالات
الموجة الحاملة : هي عبارة عن موجة جيبية بتردد يساوي تردد محطة الإذاعة حيث ترسل محطة الراديو أو التلفزيون إشارة حاملة على تردد معين
1)بالنسبة إلى بث راديو AM يتم تعديل سعة الموجه الحاملة حسب المعلومات التي يتم نقلها حيث يحمل التعديل الرسالة المنقولة ويتم استقبالها من خلال دائرة RLC ترددها الرنيني يساوي تردد الإشارة الحاملة
*يمكن أن يتعرض البث للتشويش وفقدان الأشارة لأن الأشارة تتناسب مع سعة الإشارة المتغيرة باختلاف الظروف
2)بالنسبة إلى بث راديو FM يتم تعديل تردد الموجه الحاملة حسب الرسالة لإنتاج إشارة معدلة
*يتعرض هذا النوع إلى درجة أقل من التشويش وفقدان الأشارة لأنه يتم الأعتماد على التغيرات التردد بدلاً من تغيرات السعة