المغناطيس والمغناطيس الكهربائي – مجال يمكن تشغيله وإيقافه
العلومالكهرباء والمغناطيسية12–13 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلقارن المجال المغناطيسي لمغناطيس مستقيم دائم بمجال ملف يمر فيه تيار كهربائي (مغناطيس كهربائي). في شاشة «مغناطيس مستقيم» غيّر قوة المغناطيس واعكس قطبيه، واستخدم البوصلة ومقياس المجال لاستكشاف المجال حول المغناطيس. أما في شاشة «مغناطيس كهربائي»، وهي جوهر المحاكاة، فيغيّر الطالب عدد اللفات وفرق جهد مصدر التيار المستمر (يعكس إشارته فيتبادل القطبان)، أو ينتقل إلى مصدر تيار متردد (يضبط السعة والتردد)، ويضيف قلبًا حديديًا أو يزيله ليرى المجال يقوى، أو ينعكس باستمرار مع التيار المتردد، أو يختفي عند قطع التيار؛ وهذا هو الفرق الأساسي عن المغناطيس الدائم، وسبب استخدام المغناطيس الكهربائي في الرافعات الكهرومغناطيسية والأجراس الكهربائية والمرحّلات. مبنية على محاكاة «Magnets and Electromagnets» من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأُعيدت كتابتها.
الدرس: المغناطيس الكهربائي واستخداماته
ماذا تعرض
المغناطيس الدائم له مجال مغناطيسي ثابت لا يمكن إيقافه، أما الملف الذي يمر فيه تيار كهربائي فيصبح مغناطيسًا ما دام التيار يسري فيه. تعامل المحاكاة كلًّا منهما على أنه ثنائي قطب مغناطيسي في المركز، فيضعف المجال بسرعة كلما ابتعدنا عنه. يزداد عزم الملف بزيادة عدد اللفات وشدة التيار I = V/R، ويقوى المجال كثيرًا عند إدخال قلب حديدي. ويحدد اتجاه التيار موضع القطب الشمالي N والقطب الجنوبي S، لذلك يتبادل القطبان عند عكس فرق الجهد، وينعكس المجال باستمرار مع التيار المتردد، ويختفي تمامًا عند انعدام التيار.
طريقة الاستخدام
ابدأ بشاشة «مغناطيس مستقيم»: غيّر «قوة المغناطيس» واضغط «عكس القطبين»، واسحب البوصلة ومقياس المجال حول المغناطيس. ثم انتقل إلى شاشة «مغناطيس كهربائي»: غيّر «عدد اللفات» و«فرق الجهد»، وأزل «قلب حديدي (Fe)» ثم أعده، ولاحظ قيمة B على المحور. اجعل فرق الجهد صفرًا، ثم اضغط «متردد (AC)» وغيّر «السعة» و«التردد».
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة مغناطيس مستقيم, مغناطيس كهربائي
- قوة المغناطيس المستقيم 0–100 %
- عدد اللفات 1–8 لفات
- مصدر التيار مستمر (DC), متردد (AC)
- فرق الجهد (DC) -6–6 V
- سعة التيار المتردد 0–6 V
- تردد التيار المتردد 0.1–1 Hz
- قلب حديدي (Fe)
- إظهار شبكة متجهات المجال
- إظهار البوصلة
- إظهار مقياس المجال
أسئلة للاستكشاف
- ماذا يحدث للمجال المغناطيسي للملف عندما تجعل فرق الجهد صفرًا؟ وبماذا يختلف ذلك عن المغناطيس المستقيم؟
- كيف تتغير قيمة B على المحور عند مضاعفة عدد اللفات أو إدخال القلب الحديدي؟
- لماذا يتبادل القطبان N و S باستمرار عند استخدام مصدر التيار المتردد؟
