أوراق عمل مع الحل وحدة المغناطيسية فيزياء الصف الثاني عشر متقدم - نموذج 3
بعد دراستك للشكل التالي أجب عما يلي :
1. حدد القطب الشمالي للمغناطيس .
2. رتب تصاعدية قيم المجالات المغناطيسية للنقاط الموضحة في الشكل.
3. حدد إتجاه المجال المغناطيسي في النقاط المذكورة على الرسم ؟
المجال المغناطيسي للأرض
المجال المغناطيسي للأرض يحمينا من الإشعاعات عالية الطاقة المنبعثة من الفضاء والتي تسی الأشعة الكونية .
الأشعة الكونية: عبارة عن جسيمات مشحونة تنحرف بعيدا عن الأرض بسبب المجال المغناطيسي للأرض. الذي يتشوه بسبب الرياح الشمسية
يحيط بالأرض حزمتان من الأشعة الكونية تسمى حزاما فان دي ألين الإشعاعيان . ويكونا أقرب ما يكونان الى الأرض بالقرب من القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي
* غالبا ما تتصادم الجسيمات المشحونة المحصورة داخل الحزامين مع الذرات الموجودة بالغلاف الجوي . فتستثار وتنبعث منها أضواء مختلفة الألوان وتنتج ظاهرتي الشفق القطبي الشمالي والجنوبي ، ذات الألوان الأحمر والأخضر والتي تعتمد على انواع الغاز الموجودة مثل الأكسجين او النيتروجين
إذا لم يكن اتجاه السرعة عموديا وكان يميل بزاوية على إتجاه المجال فإن مسار الشحنة سيكون لولبيا . علل ؟
لانه سيكون للسرعة مركبة توازي المجال ثحرك الجسيم في مسار مستقيم ومركبة تعامد المجال ثحرك الجسيم في مسار دائري .
إذا كان اتجاه السرعة يوازي اتجاه المجال فإن مسار الشحنة يكون مستقيما .
مجال مغناطيسي منتظم مقداره (0.207) يؤثر في اتجاه عمودي على الصفحة إلى الداخل كما في الشكل :
1) أرسم في الإطار المجاور مسار جسيم مشحون بشحنة سالبة عند قذفه عموديا
على المجال وينطبق متجه سرعته على مستوى الصفحة وحدد على المسار اتجاه الحركة .
2) احسب مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة في الإلكترون إذا قذف عموديا على المجال =
يتحرك بروتون في مجال مغناطيسي منتظم مقداره (0.257) على مسار دائري في اتجاه عقارب الساعة بسرعة ماسية مقدارها
1) حدد على الشكل اتجاه المجال المغناطيسي واتجاه السرعة والقوة المغناطيسية عند
2) احسب القوة المركزية
3) إذا تضاعف المجال المغناطيسي إلى ثلاثة أمثال ماذا يطرأ على كل مما يلي مع تبرير الإجابة :
أ) القوة المغناطيسية ب) مقدار سرعة البروتون ج) نصف القطر
4 ) إذا استبدل البروتون بإلكترون يتحرك بنفس السرعة ماذا يطرأ على كل مما يلي مع تبرير الإجابة علما أن (,m, m ) :
أ) مقدار القوة المغناطيسية ب) اتجاه الدوران ج) نصف القطر
الرفع المغناطيسي :
من أحد التطبيقات للقوة المغناطيسية هو الرفع المغناطيسي وفيه بحدث التوازن بين القوة المغناطيسية المؤثرة في جسم لأعلى وقوة الجاذبية المؤثرة لأسفل ( لتحقيق اتزان سکوني دون الحاجة إلى ملامسة الأسطح لبعضها بشكل مباشر)
تشكل قوة التنافر بين الأقطاب المغناطيسية المتشابهة قوة هائلة يمكن استخدامها في رفع الأجسام الثقيلة , وقد استخدم العلماء هذه الظاهرة في المصانع والورش العمل ممرات مغناطيسية خاصة للنقل وتحريك المعدات الثقيلة بسهولة تامة بدل من السيور المتحركة
لقد ذهب العلماء لأبعد من ذلك حيث استخدم هذا المبدأ في تسيير قطارات سريعة تسبح في الهواء ولا تسير على قضبان حديدية - يوجد في هذه القطارات مغناطيسات متساوية القوى المغناطيسية على السكة وعلى جانبي أسفل القطار تؤدي إلى إحداث قوة تنافر بينهما تستطيع رفع القطار وابقائه معلقا في الهواء فوق السكة الحديدية أثناء السير بحوالي (cm15.0).
مراجعة المفاهيم
7.2 لو لم يعمل المجال المغناطيسي للأرض على انحراف الأشعة الكونية، لغمرت سطح الأرض باستمرار، بالنظر لی الأرض على أنها ثنائي قطب مغناطيسي تقريبا (انظر الشكل 7.6). تگون شده الأشعة الكونية الساقطة على سطحها أكبر ما تكون عنده
a) القطبين الشمالي والجنوبي
b) خط الاستواء
C) خطوط العرض المتوسطة
7.4 القوة المغناطيسية المؤثرة في سلك يمر فيه تيار كهربائي مستمر يحسب مقدار القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك مستقيم يحمل تیار مستمر بالعلاقة التالية :
حيث L : الطول الفعال للسلك الطول المعطى بالمجال )
i: شدة التيار المار في السلك .
B : مقدار المجال المغناطيسي بوحدة التسلا"، وهي تساوي
هي الزاوية المحصورة بين شدة التيار والمجال المغناطيسي .
7.7 تأثیر هول
هو میل حاملات الشحنة ( الموجبة او السالبة ) للإنزياح نحو أطراف الموصلات الكهربائية بسبب تعرضها لمجال مغناطيسي عمودي على حركتها .
شرح تأثير هول بالاستعانة بالأشكال المجاورة التي تمثل موصل يمر به تيار عمودي على المجال المغناطيسي .
1. تتحرك الألكترونات بالموصل بسرعة انسياق معاكسة لاتجاه التيار الاصطلاحي .
2. بتطبيق قاعدة اليد اليمني سينتج قوة مغناطيسية (F) نحو يمين الموصل مما يؤدي الى تجميع الالكترونات على الحافة اليمنى وبالتالي الشحنات الموجبة على الطرف الأيسر
3. ينتج عن هذا التجمع مجال كهربائي (E) من اليسار الى اليمين وقوة كهربائية (F) بالاتجاه المعاكس لأنها مؤثرة على الكترون شحنته سالبة (Ft=qE) عندما تتساوی ( Fe=Ft ) يتوقف انتقال الشحنات ولا يتغير مع مرور الزمن وتسمى هذه الحالة بحالة الإتزان . وينتج فرق جهد بين اللوحين يسمى فرق جهد هول
[ يطلق على هذة النتيجة تأثير هول ]
ملاحظة مهمة جدا جدا : إذا كان جهد هول سالب فإن حاملات الشحنة الكهربائية تكون فجوات موجبة)
يمكننا كتابة قانون جهد هول بالصيغة النهائية على الشكل التالي : حيث :
(i) التيار الكهربائي المار في الشريحة ( الموصل)
(B) المجال المغناطيسي
(e) شحنة الالكترون .
(h) سمك الشريحة مع ملاحظة أن مساحة الشريحة (A=hd)
(n) عدد الالكترونات لوحدة الحجوم - كثافة الالكترونات أو ناقلات الشحنة .
14 عند انطلاق جسيم مشحون بسرعة وعمودية على مجال مغناطيسي منتظم فإنها تتأثر بقوة مغناطيسية تعمل على:
زيادة سرعة الجسيم المشحون
انقاص سرعة الجسيم المشحون.
تغيير اتجاه حركته فقط دون تغيير في مقدار سرعته
تغير من مقدار سرعته واتجه حركته .
15 يؤثر مجال مغناطيسي منتظم في المنطقة المستطيلة المنقطة والمبينة في الشكل المجاور. وضع السلك المستقيم (ab) وطوله (i) في المجال المغناطيسي كما في الشكل. إذا أمر تيار كهربائي مستمر شدته (۱) في السلك اتجاهه من (a) إلى (b) فإن السلك سيتأثر بقوة مغناطيسية مقدارها:
يساوي ( IBL) صفر
أقل من (IBL. أكبر من (IBL)
16 ما وظيفة المبدل ( حلقة مقسومة نصفين ) في المحرك الكهربائي ؟
يحافظ على اتجاه التيار الكهربائي في ملف المحرك
يعكس اتجاه دوران المحرك كل نصف دورة
يعكس اتجاه التيار الكهربائي في ملف المحرك كل نصف دورة
يعكس اتجاه دوران المحرك كل دورة كاملة
17 في الشكل المجاور السلك (م ص ) حر الحركة ، بأي اتجاه تتوقع أن يتحرك السلك. عندما يمرر فيه تيار كهربائي مستمر اتجاهه من ( س ) إلى (ص) ؟
نحو اليمين نحو اليسار
نحو الأعلى نحو الأسفل
18 إذا وضعت شحنة كهربائية ساكنة ( موجبة ) في مجال مغناطيسي منتظم فإنها :
تتحرك باتجاه المجال المغناطيسي تتحرك باتجاه معاكس لاتجاه المجال المغناطيسي
تتحرك في مسار دائري تبقى ساكنة