فيزياء متقدم /2 الكهرباء والمغناطيسية

إعداد: فاروق بني حمد المركز الريادي للطلبة المتفوقين

الحث الكهرومغناطيسي

النتاجات التعليمية: يتوقع من الطالب بعد تنفيذه لهذه المادة الدراسية أن:

• يفسر ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي
• يفسر تولد قوة دافعة كهربائية حثية عند حركة موصل في مجال مغناطيسي.
• يشتق ويطبق علاقة لحساب القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة في موصل يتحرك في مجال المغناطيسي.
• يتوصل إلى قانون فارادي في الحث.
• يذكر نص قاعدة لنز .
• يوضح المقصود بالحث الذاتي، الحث المتبادل ووحدة المحاثة.
• يذكر العلاقة التي تعطي الطاقة المختزنة في المحث.
• يطبق القوانين والعلاقات المتعلقة في الحث الكهرومغناطيسي لحل المسائل.
• يفسر ويحلل رياضيا عمل المحولات الكهربائية.
• يوضح المقصود بكفاءة المحول.
• يشتق علاقة للقوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة في ملف المولد الكهربائي ويطبقها .
• يمثل ويحلل بيانيا العلاقة بين كل من القوة الدافعة الحثية والتيار الحثي المتولدة في ملف المولد الكهربائي مع الزمن في دورة كاملة .
• يستقصي تولد تيار حثي في حالات مختلفة.
• يستقصي تجريبيا قاعدة لنز .
• يستنتج عمليا مبدأ عمل المحول الكهربائي.
• يتوصل عمليا إلى مبدأ عمل المولد الكهربائي ووظيفة كل جزء بالتجربة.

· يبحث في الاستخدامات العملية في الصناعة للمحول والمولد الكهربائي

الأساليب والوسائل والأنشطة:

الجزء الأول: في غرفة الصف

· استخدام أسلوب الحوار والمناقشة والشرح النظري.

· التطبيق الرياضي لحل مسائل عددية على التيار الحثي وقانون فارادي :-

امثلة:

1. بيِّن ماذا يحدث لإضاءة المصباح الكهربائي في الدارة المبينة في الشكل ، لحظة تحريك المغناطيس نحو الملف ، مع التعليل؟

الجواب(1): تقل إضاءة المصباح لحظة تحريك القطب الجنوبي نحو الملف لأنه يتكون عند طرف الملف القريب منه قطب مغناطيسي جنوبي وعند الطرف الآخر قطب مغناطيسي شمالي ، فيكون اتجاه التيار الحثي بعكس اتجاه التيار الأصلي فتقل الإضاءة ، [حسب قاعدة لنز] .

2- ( س و ص ) ملفان متجاوران يقع مستواهما في مستوى الصفحة، الملف (ص)

يحمل تياراً كهربائيا بالاتجاه المبين في الشكل ، حدد اتجاه التيار الحثّي الناشيء في الملف (س) خلال زيادة تيار الملف (ص) . معللاً إجابتك .

الجواب(2): يكون اتجاه التيار الحثي المتولد في الملف (س) مع عقارب الساعة ( بنفس اتجاه تيار الملف (ص) )

التعليل:
خلال زيادة تيار الملف (ص) يزداد التدفق المغناطيسي الناشيء عنده فيزداد التدفق الذي يخترق الملف (س) باتجاه عمودي على الورقة لأعلى . لذلك يتولد تيار حثي في الملف (س) مولداً مجالاً بحيث يقاوم الزيادة في التدفق ( حسب قانون لنز ) وتجاهه عكس اتجاه المجال المؤثر .

أسئلة:

1- قضيب مغناطيسي يتحرك داخل ملف لولبي فينشا في الملف تيار كهربائي، فإذا توقف القضيب عن الحركة انعدم التيار. لماذا ؟

2- في الشكل المجاور، ملفين موضوعين على قضيب من الحديد المطاوع،

إذا أغلقت القاطعة في الملف الأيمن فجأة،حدد اتجاه التيار المتكون في الملف الأيسر مع التعليل؟

3 - محول كهربائي يوصل بمصدر V( 240 ) ويستخدم لتشغيل محرك يعمل بجهد V ( 12 ) ويمر به تيار A ( 4 ) وكان عدد لفات الملف الابتدائي ( 200 ) لفة وكانت كفاءة المحول 90% احسب :

· عدد لفات الملف الثانوي :

· التيار الذي يسحبه المحول من المصدر :

· الطاقة المفقودة ( الضائعة ) في المحول خلال min ( 30 ) عمل

· ما أوجه فقد هذه الطاقة

لمزيد من الأمثلة والأسئلة: http://www.elearning.jo/EduWave/AllCurriculaPage.aspx

الجزء الثاني: في مختبر الحاسوب(حصتان)

v يتم تقسيم الطلاب إلى مجموعات تعاونية ذات مهام مختلفة للعمل معا مهمتها الرئيسية البحث لتحقيق النتاجات التعليمية المرجوة على شكل مشروع يتم عرضه أمام الطلاب الصف.

المجموعة الأولى:

تعمل على تصفح مواقع الويب التالية (باللغتين العربية والإنجليزية)والتي تحتوي على مادة علمية وعلى مجموعة من تجارب المحاكاة التفاعلية التي تساعد في تفهم الأسس العلمية لبعض المفاهيم و القوانين الفيزيائية ثم يقوم أفراد المجموعة بالاختيار والعرض والشرح أمام الصف:

الحث الكهرومغناطيسي	Faraday's Magnetic Field Induction Experiment	http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/index.html
الحث الكهرومغناطيسي	Faraday's Magnetic Field Induction Experiment2	http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday2/index.html
الحث الكهرومغناطيسي	بريمج جافا الحث الكهرومغناطيسي	http://www.oocities.org/alyaa97/hathqaro77.html
الحث الكهرومغناطيسي		http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/indcur/index.html
الحث قانون لنز	Lenz's Law	http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/lenzlaw/index.html
المولد الكهربائي	AC Generator Action	http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/generator/ac.html
المولد الكهربائي	DC Generator Action	http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/generator/dc.html
المحول الكهربائي	Transformer	http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/transformer/index.html
المحول	نظري	http://aafaq.4t.com/transformers.htm
المولد الكهربائي	جافا	http://www.oocities.org/alyaa97/mmotnawb8.html
الحث	نظري	www.schoolarabia.com\fezia\level5\almgnatesia\al7ath\new_1.htm

المجموعة الثانية:

تقوم بالدخول إلى منظومة التعلم الالكتروني للوزارة من خلال الحساب الشخصي ذو الارتباط التالي:

http://www.elearning.jo/EduWave/AllCurriculaPage.aspx

المجموعة الثالثة:

البحث في محركات البحث عن ارتباطات ذات صلة بالموضوع وتضمين ملخصات لمواقع جديدة.

انقر هنا لتجد مجموعة من محركات البحث المفيدة:

http://www.oocities.org/faroukhamad2000/serg.htm

أو انقر على الارتباط التالي لتجد مجموعة من الارتباطات المفيدة حول الموضوع.

http://www.oocities.org/faroukhamad2000/srev.htm

المجموعة الرابعة:

تنسيق أعمال المجموعات السابقة وكتابتها الكترونيا بشكل منطقي وتسلسل علمي على شكل مشروع متكامل.

المجموعة الخامسة:

تصميم البرمجة الحاسوبية وتحميلها على الانترنت في المكان المخصص لها.