Physics
التيارات المستحثة
📄 اطبع pdf
00971504825082
ظاهرة الحث الكهرومغناطيسيElectromagnetic Induction Phenomenon
عند حركة السلك الموصل بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي وهو جزء من دائرة مغلقة يتولد بين طرفي السلك قوة محركة مستحثة ويمر تيار مستحث
When a conducting wire moves cutting the magnetic field lines and is part of a closed circuit, an induced EMF is generated between the wire ends and an induced current flows
ما هو السببWhat is the reason
عند حركة السلك الموصل بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي تتأثر الإلكترونات بقوة مغناطيسية وتندفع نحو أحد أطراف السلك مخلفة في الطرف الآخر شحنات موجبة. لو كان السلك جزء من دائرة مغلقة يمر تيار من خارج السلك من القطب الموجب إلى السالب ومن داخل السلك من السالب إلى الموجب
When the conducting wire moves cutting the magnetic field lines, electrons are affected by a magnetic force and move toward one end of the wire, leaving positive charges at the other end. If the wire is part of a closed circuit, current flows outside the wire from the positive pole to the negative pole, and inside the wire from the negative pole to the positive pole
معلومات مفيدة:Useful Information:
القوة الدافعة المستحثة في سلك
Induced EMF in a wire
عند حركة السلك الموصل بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي تتأثر الإلكترونات بقوة مغناطيسية
When the conducting wire moves cutting the magnetic field lines, electrons are affected by a magnetic force
(EMF) ينشأ فرق جهد بين طرفي السلك يسمى القوة الدافعة المستحثة
(EMF) A voltage difference is created between the wire ends called the induced EMF
\[EMF = L \cdot B \cdot v \cdot \sin(\theta)\]
\(\theta\) هي الزاوية بين سرعة السلك والمجال
\(\theta\) is the angle between the wire's velocity and the field
ولتحديد اتجاه التيار (داخل السلك) نطبق قاعدة الكف لليد اليمنى
To determine the current direction (inside the wire), we apply the right-hand palm rule
الأصابع اتجاه المجال، الإبهام اتجاه حركة السلك، أما العمود الخارج من راحة الكف فهي القوة المؤثرة على الشحنات الموجبة التي تعتبر اتجاه التيار داخل السلك
Fingers point in the field direction, thumb points in the wire's motion direction, and the normal coming out of the palm is the force on positive charges, which is the current direction inside the wire
حاسبة القوة الدافعة المستحثةInduced EMF Calculator
\[1 \star\]
سلك موصل طوله 0.3 متر موجود داخل مجال مغناطيسي منتظم شدته 0.5 تسلا ويتحرك بشكل عمودي على المجال وبسرعة مقدارها \(10 m/s\) فإن فرق الجهد المستحث بين طرفي السلك يعادل
A conducting wire of length 0.3 m is placed in a uniform magnetic field of strength 0.5 Tesla and moves perpendicularly to the field at a speed of \(10 m/s\). The induced voltage between the wire ends is
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
A
\[ emf=0.5 \;V \]
B
\[ emf=1\;V \]
C
\[ emf=1.5 \;V \]
D
\[ emf=2 \;V \]
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
\[2 \star\star\star\]
ما السرعة التي يجب أن يتحرك بها القضيب طوله 0.5 متر ويتحرك بشكل عمودي على مجال منتظم شدته 2.5 تسلا لينتج تيار شدته 0.5 أمبير في مقاوم R=10 Ω كما في الشكل أدناه
What speed must a rod of length 0.5 m move perpendicularly to a uniform magnetic field of strength 2.5 Tesla to produce a current of 0.5 A through a resistance R=10 Ω as shown below
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
A
\[v =0.1\;m/s\]
B
\[v =1\;m/s\]
C
\[v =2\;m/s\]
D
\[v =4\;m/s\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
لدينا عدة أسئلةWe have several questions
السؤال الأول: كيف نحرك السلك بحيث يتولد أكبر قوة محركة مستحثة
First question: How should we move the wire to generate the maximum induced EMF
السؤال الثاني: كيف نحرك السلك بحيث لا يتولد قوة محركة مستحثة
Second question: How should we move the wire so that no induced EMF is generated
السؤال الثالث: كيف نحرك سلك بحيث يتولد قوة محركة مستحثة ولكن متغيرة كل لحظة
Third question: How should we move the wire to generate an induced EMF that changes every moment
حتى نجيب على هذه الأسئلة لدينا التطبيقات التالية
To answer these questions, we have the following applications
المولد الكهربائيElectric Generator
في هذه المحاكاة ملف يدور في مجال كهربائي سوف نتعرف على أثر حركة سلك في مجال مغناطيسي
In this simulation, a coil rotates in an electric field. We will learn about the effect of wire motion in a magnetic field
المولد الكهربائيElectric Generator
المولد يتكون من ملف مكون من أربع أسلاك يدور في مجال مغناطيسي. هناك سلكان يتحركان بشكل موازي للمجال وهناك سلكان يتحركان بشكل يقطع خطوط المجال. كل لحظة تتغير الزاوية بين المجال وسرعة السلك. إن أكبر فرق جهد مستحث يتولد عندما تكون السرعة عمودية على المجال وكل نصف دورة نصل إلى نفس الحالة ولكن تغير اتجاه حركة السلك وبالتالي يتغير اتجاه التيار المستحث. وفي لحظة أخرى تكون حركة السلك موازية للمجال وبالتالي القوة المحركة المستحثة والتيار المستحث يكون صفر. لذلك التيار الناتج والقوة المحركة الناتجة تكون متغيرة القيمة كل لحظة والاتجاه كل نصف دورة وتدعى القوة المحركة المستحثة المترددة والتيار الناتج تيار مستحث متردد
The generator consists of a coil made of four wires rotating in a magnetic field. Two wires move parallel to the field and two wires move cutting the field lines. Every moment, the angle between the field and the wire's velocity changes. The maximum induced voltage is generated when the velocity is perpendicular to the field, and every half cycle we reach the same state, but the direction of wire motion changes, thus the direction of induced current changes. At another moment, the wire's motion is parallel to the field, so the induced EMF and induced current become zero. Therefore, the resulting current and EMF change in value every moment and change direction every half cycle, and are called alternating induced EMF and alternating induced current
الخط البياني التالي يبين العلاقة بين فرق الجهد المستحث والتيار المستحث بمرور الزمن
The following graph shows the relationship between induced voltage and induced current over time
فرق الجهد وشدة التيار متغير كل لحظة عند حساب القدرة أو الطاقة المصروفة لا يمكن أن نستخدم القيمة اللحظية حيث ممكن أن تكون صفر ولا يمكن استخدام القيمة العظمى لأن فرق الجهد وشدة التيار لم يكن دائماً بالقيمة العظمى لذلك يتم استخدام القيمة الفعالة وهي تعادل شدة تيار مستمر يولد نفس الطاقة الحرارية
Voltage and current intensity change every moment. When calculating power or energy consumed, we cannot use instantaneous values as they may be zero, nor can we use maximum values because voltage and current are not always at their maximum. Therefore, we use the effective value, which is equivalent to the DC current that generates the same thermal energy
\[I_{eff} = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} = 0.707 \cdot I_{max}\]
\[V_{eff} = \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} = 0.707 \cdot V_{max}\]
\[P = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} \cdot \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} = \frac{1}{2} \cdot P_{max}\]
حاسبة القدرة الكهربائية المتوسطة (تيار متردد)Average Electric Power Calculator (AC)
فولتV
أمبيرA
النتائج:Results:
\[3 \star\star\]
تيار متردد شدته العظمى 2 أمبير يمر من خلال مقاوم مقداره \(R = 6 \Omega\) فإن القدرة المتوسطة التي يصرفها المقاوم تعادل
An AC current with a maximum intensity of 2 A passes through a resistance of \(R = 6 \Omega\). The average power consumed by the resistance is
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
A
\[P=3\;\; W\]
B
\[P=6\;\; W\]
C
\[P=12\;\; W\]
D
\[P=9\;\; W\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
\[4 \star\star\]
تيار متردد شدته الفعالة 5 أمبير يمر من خلال مقاوم فرق الجهد الفعال بين طرفيه يعادل 20 فولت فإن القدرة العظمى المستهلكة في المقاوم تعادل
An AC current with an effective intensity of 5 A passes through a resistance. The effective voltage across its ends is 20 V. The maximum power consumed by the resistance is
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
A
\[P_{Max}=50\;\; W\]
B
\[P_{Max}=100\;\; W\]
C
\[P_{Max}=200\;\; W\]
D
\[P_{Max}=400\;\; W\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
الميكرفونMicrophone
يتكون الميكرفون من مجال مغناطيسي - ملف متصل بغشاء رقيق. الميكرفون يحول الموجات الصوتية إلى تيار متردد. الصوت عبارة عن تضاغط وتخلخل لجزيئات الهواء عندما نتكلم أمام غشاء رقيق يهتز الغشاء فيعمل على اهتزاز الملف الموجود داخل المجال مما يؤدي إلى تولد تيارات مستحثة متغيرة الشدة
The microphone consists of a magnetic field and a coil connected to a thin diaphragm. The microphone converts sound waves into alternating current. Sound consists of compression and rarefaction of air particles. When we speak in front of a thin diaphragm, the diaphragm vibrates, causing the coil inside the field to vibrate, generating induced currents of varying intensity
تطبيقات التيارات المستحثةApplications of Induced Currents
أنا العالم هنريش لنزI am the scientist Heinrich Lenz
لاحظت عند تحريك السلك بحيث يقطع خطوط المجال يتولد تيار مستحث ونشوء قوة تحاول إعاقة حركة السلك
I observed that when moving a wire to cut field lines, an induced current is generated and a force arises that tries to hinder the wire's motion
تجربة هنريش لنزHeinrich Lenz's Experiment
في هذه المحاكاة سوف نؤثر بقوة ثابتة في البداية على سلك بحيث يقطع خطوط المجال
In this simulation, we will apply a constant force initially on a wire to cut the field lines
يتولد في السلك تيار مستحث يتم تحديده حسب قاعدة الكف
An induced current is generated in the wire, determined by the palm rule
هذا التيار يولد مجالاً مغناطيسياً مما يؤدي إلى تأثر السلك بقوة مغناطيسية
This current generates a magnetic field, causing the wire to be affected by a magnetic force
هذه القوة معاكسة للقوة الثابتة
This force opposes the constant force
وهي متزايدة بزيادة التيار المستحث حتى تتساوى مع القوة الخارجية
It increases as the induced current increases until it equals the external force
عندها يتحرك السلك بسرعة ثابتة
Then the wire moves at a constant speed
بزوال القوة الخارجية تبقى القوة المغناطيسية التي تجبر السلك على التوقف
When the external force disappears, the magnetic force remains, forcing the wire to stop
قاعدة لنزLenz's Law
قانون لنز: يكون اتجاه التيار التأثيري بحيث يولد مجالاً مغناطيسياً يقاوم التغير الناتج من المجال الأصلي المسبب لتوليد التيار التأثيري
Lenz's Law: The direction of the induced current is such that it generates a magnetic field that opposes the change in the original field that caused the induced current
لاحظ اقتراب المغناطيس من الملف وتكون مجال معاكس للمسبب حتى يقلل التغير في التدفق
Notice that when the magnet approaches the coil, an opposite field is generated to reduce the change in flux
وفي حالة الابتعاد يتكون مجال مشابه للمسبب، وفي كلا الحالتين القوة المحركة المستحثة المتولدة معاكسة للمسبب حتى تقاوم التغير في التدفق
In the case of moving away, a field similar to the cause is generated. In both cases, the induced EMF opposes the cause to resist the change in flux
في هذه المحاكاة مغناطيس يتحرك مقترباً ومبتعداً عن ملف ويتولد تيارات مستحثة نتيجة تغير التدفق على الملف
In this simulation, a magnet moves towards and away from a coil, generating induced currents due to the change in flux through the coil
معلومات مفيدة:Useful Information:
المولد والمحرك وقاعدة لنزGenerator, Motor, and Lenz's Law
المولد: نحتاج إلى قوة كبيرة عند تدوير ملف في مجال مغناطيسي لتوليد تيار مستحث، السبب
Generator: We need a large force when rotating a coil in a magnetic field to generate an induced current, because
عند تحريك الملف في مجال مغناطيسي يؤدي إلى تولد تيار مستحث داخل الملف وتولد قوة معاكسة لاتجاه الدوران لذلك نحتاج إلى طاقة ميكانيكية كبيرة لإدارة المولد في البداية
Moving the coil in a magnetic field generates an induced current inside the coil and generates an opposing force to the rotation direction, so we need large mechanical energy to turn the generator initially
المحرك الكهربائي: عند تشغيل محرك لأول مرة مثل المكيف تحتاج إلى تيار كبير لحظة التشغيل، السبب
Electric motor: When starting a motor for the first time, like an air conditioner, it needs a large current at the moment of startup, because
عندما يبدأ المحرك بالدوران ينشأ تيار مستحث وتولد قوة محركة معاكسة لذلك نحتاج إلى تيار عالٍ للتغلب على ظاهرة لنز
When the motor starts rotating, an induced current arises and an opposing EMF is generated, so we need a high current to overcome Lenz's phenomenon
التيارات الدوامية (تيارات فوكو)Eddy Currents (Foucault Currents)
التيار الدوامي أو تيارات فوكو هو تيار ينشأ عن تغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق جسيماً موصلاً. وذلك استجابة لأحد قانونين اكتشفهما مايكل فاراداي. ينص قانون فاراداي بهذا الخصوص على أنه إذا تغير تدفق الحقل المغناطيسي في سلك أو ملف، فإن جهداً كهربائياً ينشأ بين طرفي السلك أو الملف
Eddy currents or Foucault currents are currents that arise from the change in magnetic flux penetrating a conducting particle. This is in response to one of the laws discovered by Michael Faraday. Faraday's law specifically states that if the magnetic flux changes in a wire or coil, an electric voltage arises between the ends of the wire or coil
محاكاة تيارات إيدي (فوكو)Eddy Currents (Foucault) Simulation
تيارات إيدي، أو تيارات فوكو، هي تيارات تتولد عن تغير في التدفق المغناطيسي المار عبر جسيم موصل.
Eddy currents, or Foucault currents, are currents generated by a change in magnetic flux passing through a conducting particle.
تجربة البندول المعدني الصلبSolid Metal Pendulum Experiment
N
S
قطعة معدنية صلبة بدون فتحاتSolid metal piece without slots
تجربة البندول المعدني المثقبSlotted Metal Pendulum Experiment
N
S
قطعة معدنية بها فتحات تقلل تيارات إيديMetal piece with slots that reduce eddy currents
النتائج والمقارنةResults and Comparison
عند تشغيل التجربة، سوف تلاحظ أن البندول المعدني الصلب يتوقف بسرعة أكبر من البندول المثقب. هذا بسبب تولد تيارات إيدي (فوكو) في المعدن الصلب التي تبدد الطاقة الحركية كحرارة، بينما تقل هذه التيارات في المعدن المثقب مما يسمح للبندول بالاستمرار في الحركة لفترة أطول.
When starting the experiment, you will notice that the solid metal pendulum stops faster than the slotted pendulum. This is because eddy currents (Foucault) are generated in the solid metal, dissipating kinetic energy as heat, while these currents are reduced in the slotted metal, allowing the pendulum to continue moving for a longer period.
معلومات مفيدة:Useful Information:
ظاهرة الحث الذاتيSelf-Induction Phenomenon
أي دائرة تحتوي على ملف عند إغلاق الدائرة لن يصل التيار إلى نهايته العظمى مباشرة بسبب ظاهرة الحث الذاتي وتولد تيار مستحث معاكس لاتجاه التيار الأصلي
Any circuit containing a coil, when closed, will not have the current reach its maximum immediately due to the self-induction phenomenon and the generation of an induced current opposite to the direction of the original current
وأيضاً عند فتح الدائرة لن يضمحل التيار مباشرة بسبب الحث الذاتي ويتكون تيار مستحث بنفس اتجاه التيار الأصلي
Also, when opening the circuit, the current will not decay immediately due to self-induction, and an induced current is formed in the same direction as the original current
إن ظاهرة الحث الذاتي تؤخر نمو واضمحلال التيار
The self-induction phenomenon delays the growth and decay of current
في الصورة المتحركة يوجد مصباحان: المصباح العلوي متصل بملف والسفلي متصل بمقاوم. الملف يؤخر إضاءة المصباح عند غلق الدائرة
In the animation, there are two lamps: the upper lamp is connected to a coil and the lower lamp is connected to a resistor. The coil delays the lighting of the lamp when the circuit is closed
المحولاتTransformers
يستخدم المحول لرفع وخفض الجهد الكهربائي
يتكون المحول من:
ملف ابتدائي متصل بمصدر تيار متردد
ملف ثانوي متصل بجهاز
نواة من الحديد
يعتمد في عمله على ظاهرة الحث المتبادل
نتيجة تغير التيار في الملف الابتدائي يتغير التدفق على الملف الثانوي ويتولد فرق جهد مستحث وتيار مستحث
إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي أكبر من الثانوي فإن المحول خافض للجهد ولكنه رافع للتيار
إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي أصغر من الثانوي فإن المحول رافع للجهد ولكنه خافض للتيار
Transformers are used to step up or step down electrical voltage.
A transformer consists of:
A primary coil connected to an AC source
A secondary coil connected to a load
An iron core
Its operation depends on the phenomenon of mutual induction
As a result of the current change in the primary coil, the flux through the secondary coil changes, generating an induced EMF and an induced current
If the number of turns in the primary coil is greater than in the secondary, the transformer is step-down for voltage but step-up for current
If the number of turns in the primary coil is less than in the secondary, the transformer is step-up for voltage but step-down for current
\[\frac{N_S}{N_P} = \frac{V_S}{V_P}\]
معلومة مفيدة: محولات العزل هي محولات لا ترفع ولا تخفض الجهد ويكون عدد لفات الملف الابتدائي والثانوي متساوية وتستخدم في عزل دائرة عن أخرى في الأجهزة المهمة حتى لا يحدث تداخل في التيارات
Useful information: Isolation transformers are transformers that neither step up nor step down voltage. The number of turns in the primary and secondary coils is equal. They are used to isolate one circuit from another in important equipment to prevent current interference.
حاسبة معلمات المحولاتTransformer Parameters Calculator
حساب الجهد الابتدائي (Vp)Calculate Primary Voltage (Vp)
اختبار المحولات المثاليةIdeal Transformers Test
1
في المحول المثالي، العلاقة بين عدد اللفات والجهد هي:
In an ideal transformer, the relationship between the number of turns and voltage is:
2
إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي 100 وعدد لفات الملف الثانوي 50، فإن المحول يكون:
If the primary coil has 100 turns and the secondary coil has 50 turns, the transformer is:
3
المحول الذي يكون فيه الجهد الابتدائي مساوياً للجهد الثانوي يسمى:
The transformer where the primary voltage equals the secondary voltage is called:
4
إذا كان الجهد الابتدائي 220 فولت والجهد الثانوي 110 فولت، فإن نسبة التحويل هي:
If the primary voltage is 220 V and the secondary voltage is 110 V, the turns ratio is:
5
في المحول المثالي، العلاقة بين التيار وعدد اللفات هي:
In an ideal transformer, the relationship between current and the number of turns is:
6
إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي 500 وعدد لفات الملف الثانوي 1000، فإن المحول يكون:
If the primary coil has 500 turns and the secondary coil has 1000 turns, the transformer is:
7
في المحول المثالي، الطاقة الداخلة تساوي الطاقة:
In an ideal transformer, the input power equals:
8
إذا كان الجهد الابتدائي 400 فولت والجهد الثانوي 200 فولت، فإن نسبة عدد اللفات (N1/N2) هي:
If the primary voltage is 400 V and the secondary voltage is 200 V, the turns ratio (N1/N2) is:
9
المحول الذي يستخدم لعزل الدوائر الكهربائية مع الحفاظ على نفس قيمة الجهد يسمى:
The transformer used to isolate electrical circuits while maintaining the same voltage value is called:
10
إذا كان تيار الملف الابتدائي 5 أمبير ونسبة التحويل 1:2، فإن تيار الملف الثانوي يكون:
If the primary current is 5 A and the turns ratio is 1:2, the secondary current is:
المصدر
https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_en.html
التيارات المستحثة |
ظاهرة الحث الكهرومغناطيسيElectromagnetic Induction Phenomenon
عند حركة السلك الموصل بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي وهو جزء من دائرة مغلقة يتولد بين طرفي السلك قوة محركة مستحثة ويمر تيار مستحث
When a conducting wire moves cutting the magnetic field lines and is part of a closed circuit, an induced EMF is generated between the wire ends and an induced current flows
ما هو السببWhat is the reason
عند حركة السلك الموصل بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي وهو جزء من دائرة مغلقة يتولد بين طرفي السلك قوة محركة مستحثة ويمر تيار مستحث When a conducting wire moves cutting the magnetic field lines and is part of a closed circuit, an induced EMF is generated between the wire ends and an induced current flows
ما هو السببWhat is the reason
القوة الدافعة المستحثة في سلك Induced EMF in a wire
عند حركة السلك الموصل بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي تتأثر الإلكترونات بقوة مغناطيسية When the conducting wire moves cutting the magnetic field lines, electrons are affected by a magnetic force
(EMF) ينشأ فرق جهد بين طرفي السلك يسمى القوة الدافعة المستحثة (EMF) A voltage difference is created between the wire ends called the induced EMF
\[EMF = L \cdot B \cdot v \cdot \sin(\theta)\]
\(\theta\) هي الزاوية بين سرعة السلك والمجال \(\theta\) is the angle between the wire's velocity and the field
ولتحديد اتجاه التيار (داخل السلك) نطبق قاعدة الكف لليد اليمنى To determine the current direction (inside the wire), we apply the right-hand palm rule
الأصابع اتجاه المجال، الإبهام اتجاه حركة السلك، أما العمود الخارج من راحة الكف فهي القوة المؤثرة على الشحنات الموجبة التي تعتبر اتجاه التيار داخل السلك Fingers point in the field direction, thumb points in the wire's motion direction, and the normal coming out of the palm is the force on positive charges, which is the current direction inside the wire
حاسبة القوة الدافعة المستحثةInduced EMF Calculator
سلك موصل طوله 0.3 متر موجود داخل مجال مغناطيسي منتظم شدته 0.5 تسلا ويتحرك بشكل عمودي على المجال وبسرعة مقدارها \(10 m/s\) فإن فرق الجهد المستحث بين طرفي السلك يعادل A conducting wire of length 0.3 m is placed in a uniform magnetic field of strength 0.5 Tesla and moves perpendicularly to the field at a speed of \(10 m/s\). The induced voltage between the wire ends is
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
ما السرعة التي يجب أن يتحرك بها القضيب طوله 0.5 متر ويتحرك بشكل عمودي على مجال منتظم شدته 2.5 تسلا لينتج تيار شدته 0.5 أمبير في مقاوم R=10 Ω كما في الشكل أدناه What speed must a rod of length 0.5 m move perpendicularly to a uniform magnetic field of strength 2.5 Tesla to produce a current of 0.5 A through a resistance R=10 Ω as shown below
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
السؤال الأول: كيف نحرك السلك بحيث يتولد أكبر قوة محركة مستحثة First question: How should we move the wire to generate the maximum induced EMF
السؤال الثاني: كيف نحرك السلك بحيث لا يتولد قوة محركة مستحثة Second question: How should we move the wire so that no induced EMF is generated
السؤال الثالث: كيف نحرك سلك بحيث يتولد قوة محركة مستحثة ولكن متغيرة كل لحظة Third question: How should we move the wire to generate an induced EMF that changes every moment
حتى نجيب على هذه الأسئلة لدينا التطبيقات التالية To answer these questions, we have the following applications
في هذه المحاكاة ملف يدور في مجال كهربائي سوف نتعرف على أثر حركة سلك في مجال مغناطيسي In this simulation, a coil rotates in an electric field. We will learn about the effect of wire motion in a magnetic field
المولد الكهربائيElectric Generator
المولد يتكون من ملف مكون من أربع أسلاك يدور في مجال مغناطيسي. هناك سلكان يتحركان بشكل موازي للمجال وهناك سلكان يتحركان بشكل يقطع خطوط المجال. كل لحظة تتغير الزاوية بين المجال وسرعة السلك. إن أكبر فرق جهد مستحث يتولد عندما تكون السرعة عمودية على المجال وكل نصف دورة نصل إلى نفس الحالة ولكن تغير اتجاه حركة السلك وبالتالي يتغير اتجاه التيار المستحث. وفي لحظة أخرى تكون حركة السلك موازية للمجال وبالتالي القوة المحركة المستحثة والتيار المستحث يكون صفر. لذلك التيار الناتج والقوة المحركة الناتجة تكون متغيرة القيمة كل لحظة والاتجاه كل نصف دورة وتدعى القوة المحركة المستحثة المترددة والتيار الناتج تيار مستحث متردد The generator consists of a coil made of four wires rotating in a magnetic field. Two wires move parallel to the field and two wires move cutting the field lines. Every moment, the angle between the field and the wire's velocity changes. The maximum induced voltage is generated when the velocity is perpendicular to the field, and every half cycle we reach the same state, but the direction of wire motion changes, thus the direction of induced current changes. At another moment, the wire's motion is parallel to the field, so the induced EMF and induced current become zero. Therefore, the resulting current and EMF change in value every moment and change direction every half cycle, and are called alternating induced EMF and alternating induced current
الخط البياني التالي يبين العلاقة بين فرق الجهد المستحث والتيار المستحث بمرور الزمن The following graph shows the relationship between induced voltage and induced current over time
فرق الجهد وشدة التيار متغير كل لحظة عند حساب القدرة أو الطاقة المصروفة لا يمكن أن نستخدم القيمة اللحظية حيث ممكن أن تكون صفر ولا يمكن استخدام القيمة العظمى لأن فرق الجهد وشدة التيار لم يكن دائماً بالقيمة العظمى لذلك يتم استخدام القيمة الفعالة وهي تعادل شدة تيار مستمر يولد نفس الطاقة الحرارية Voltage and current intensity change every moment. When calculating power or energy consumed, we cannot use instantaneous values as they may be zero, nor can we use maximum values because voltage and current are not always at their maximum. Therefore, we use the effective value, which is equivalent to the DC current that generates the same thermal energy
\[I_{eff} = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} = 0.707 \cdot I_{max}\] \[V_{eff} = \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} = 0.707 \cdot V_{max}\]
\[P = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} \cdot \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} = \frac{1}{2} \cdot P_{max}\]
حاسبة القدرة الكهربائية المتوسطة (تيار متردد)Average Electric Power Calculator (AC)
النتائج:Results:
تيار متردد شدته العظمى 2 أمبير يمر من خلال مقاوم مقداره \(R = 6 \Omega\) فإن القدرة المتوسطة التي يصرفها المقاوم تعادل An AC current with a maximum intensity of 2 A passes through a resistance of \(R = 6 \Omega\). The average power consumed by the resistance is
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
تيار متردد شدته الفعالة 5 أمبير يمر من خلال مقاوم فرق الجهد الفعال بين طرفيه يعادل 20 فولت فإن القدرة العظمى المستهلكة في المقاوم تعادل An AC current with an effective intensity of 5 A passes through a resistance. The effective voltage across its ends is 20 V. The maximum power consumed by the resistance is
اختر الإجابة الصحيحةChoose the correct answer
اضغط هنا تظهر طريقة الحلClick here to see the solution
الميكرفونMicrophone
يتكون الميكرفون من مجال مغناطيسي - ملف متصل بغشاء رقيق. الميكرفون يحول الموجات الصوتية إلى تيار متردد. الصوت عبارة عن تضاغط وتخلخل لجزيئات الهواء عندما نتكلم أمام غشاء رقيق يهتز الغشاء فيعمل على اهتزاز الملف الموجود داخل المجال مما يؤدي إلى تولد تيارات مستحثة متغيرة الشدة The microphone consists of a magnetic field and a coil connected to a thin diaphragm. The microphone converts sound waves into alternating current. Sound consists of compression and rarefaction of air particles. When we speak in front of a thin diaphragm, the diaphragm vibrates, causing the coil inside the field to vibrate, generating induced currents of varying intensity
تطبيقات التيارات المستحثةApplications of Induced Currents |
أنا العالم هنريش لنزI am the scientist Heinrich Lenz
لاحظت عند تحريك السلك بحيث يقطع خطوط المجال يتولد تيار مستحث ونشوء قوة تحاول إعاقة حركة السلك
I observed that when moving a wire to cut field lines, an induced current is generated and a force arises that tries to hinder the wire's motion
تجربة هنريش لنزHeinrich Lenz's Experiment
في هذه المحاكاة سوف نؤثر بقوة ثابتة في البداية على سلك بحيث يقطع خطوط المجال In this simulation, we will apply a constant force initially on a wire to cut the field lines
يتولد في السلك تيار مستحث يتم تحديده حسب قاعدة الكف An induced current is generated in the wire, determined by the palm rule
هذا التيار يولد مجالاً مغناطيسياً مما يؤدي إلى تأثر السلك بقوة مغناطيسية This current generates a magnetic field, causing the wire to be affected by a magnetic force
هذه القوة معاكسة للقوة الثابتة This force opposes the constant force
وهي متزايدة بزيادة التيار المستحث حتى تتساوى مع القوة الخارجية It increases as the induced current increases until it equals the external force
عندها يتحرك السلك بسرعة ثابتة Then the wire moves at a constant speed
بزوال القوة الخارجية تبقى القوة المغناطيسية التي تجبر السلك على التوقف When the external force disappears, the magnetic force remains, forcing the wire to stop
قاعدة لنزLenz's Law
قانون لنز: يكون اتجاه التيار التأثيري بحيث يولد مجالاً مغناطيسياً يقاوم التغير الناتج من المجال الأصلي المسبب لتوليد التيار التأثيري Lenz's Law: The direction of the induced current is such that it generates a magnetic field that opposes the change in the original field that caused the induced current
لاحظ اقتراب المغناطيس من الملف وتكون مجال معاكس للمسبب حتى يقلل التغير في التدفق Notice that when the magnet approaches the coil, an opposite field is generated to reduce the change in flux
وفي حالة الابتعاد يتكون مجال مشابه للمسبب، وفي كلا الحالتين القوة المحركة المستحثة المتولدة معاكسة للمسبب حتى تقاوم التغير في التدفق In the case of moving away, a field similar to the cause is generated. In both cases, the induced EMF opposes the cause to resist the change in flux
في هذه المحاكاة مغناطيس يتحرك مقترباً ومبتعداً عن ملف ويتولد تيارات مستحثة نتيجة تغير التدفق على الملف In this simulation, a magnet moves towards and away from a coil, generating induced currents due to the change in flux through the coil
معلومات مفيدة:Useful Information:
المولد والمحرك وقاعدة لنزGenerator, Motor, and Lenz's Law
المولد: نحتاج إلى قوة كبيرة عند تدوير ملف في مجال مغناطيسي لتوليد تيار مستحث، السبب Generator: We need a large force when rotating a coil in a magnetic field to generate an induced current, because
عند تحريك الملف في مجال مغناطيسي يؤدي إلى تولد تيار مستحث داخل الملف وتولد قوة معاكسة لاتجاه الدوران لذلك نحتاج إلى طاقة ميكانيكية كبيرة لإدارة المولد في البداية Moving the coil in a magnetic field generates an induced current inside the coil and generates an opposing force to the rotation direction, so we need large mechanical energy to turn the generator initially
المحرك الكهربائي: عند تشغيل محرك لأول مرة مثل المكيف تحتاج إلى تيار كبير لحظة التشغيل، السبب Electric motor: When starting a motor for the first time, like an air conditioner, it needs a large current at the moment of startup, because
عندما يبدأ المحرك بالدوران ينشأ تيار مستحث وتولد قوة محركة معاكسة لذلك نحتاج إلى تيار عالٍ للتغلب على ظاهرة لنز When the motor starts rotating, an induced current arises and an opposing EMF is generated, so we need a high current to overcome Lenz's phenomenon
التيارات الدوامية (تيارات فوكو)Eddy Currents (Foucault Currents)
التيار الدوامي أو تيارات فوكو هو تيار ينشأ عن تغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق جسيماً موصلاً. وذلك استجابة لأحد قانونين اكتشفهما مايكل فاراداي. ينص قانون فاراداي بهذا الخصوص على أنه إذا تغير تدفق الحقل المغناطيسي في سلك أو ملف، فإن جهداً كهربائياً ينشأ بين طرفي السلك أو الملف Eddy currents or Foucault currents are currents that arise from the change in magnetic flux penetrating a conducting particle. This is in response to one of the laws discovered by Michael Faraday. Faraday's law specifically states that if the magnetic flux changes in a wire or coil, an electric voltage arises between the ends of the wire or coil
محاكاة تيارات إيدي (فوكو)Eddy Currents (Foucault) Simulation
تيارات إيدي، أو تيارات فوكو، هي تيارات تتولد عن تغير في التدفق المغناطيسي المار عبر جسيم موصل. Eddy currents, or Foucault currents, are currents generated by a change in magnetic flux passing through a conducting particle.
تجربة البندول المعدني الصلبSolid Metal Pendulum Experiment
قطعة معدنية صلبة بدون فتحاتSolid metal piece without slots
تجربة البندول المعدني المثقبSlotted Metal Pendulum Experiment
قطعة معدنية بها فتحات تقلل تيارات إيديMetal piece with slots that reduce eddy currents
النتائج والمقارنةResults and Comparison
عند تشغيل التجربة، سوف تلاحظ أن البندول المعدني الصلب يتوقف بسرعة أكبر من البندول المثقب. هذا بسبب تولد تيارات إيدي (فوكو) في المعدن الصلب التي تبدد الطاقة الحركية كحرارة، بينما تقل هذه التيارات في المعدن المثقب مما يسمح للبندول بالاستمرار في الحركة لفترة أطول. When starting the experiment, you will notice that the solid metal pendulum stops faster than the slotted pendulum. This is because eddy currents (Foucault) are generated in the solid metal, dissipating kinetic energy as heat, while these currents are reduced in the slotted metal, allowing the pendulum to continue moving for a longer period.
معلومات مفيدة:Useful Information:
ظاهرة الحث الذاتيSelf-Induction Phenomenon
أي دائرة تحتوي على ملف عند إغلاق الدائرة لن يصل التيار إلى نهايته العظمى مباشرة بسبب ظاهرة الحث الذاتي وتولد تيار مستحث معاكس لاتجاه التيار الأصلي Any circuit containing a coil, when closed, will not have the current reach its maximum immediately due to the self-induction phenomenon and the generation of an induced current opposite to the direction of the original current
وأيضاً عند فتح الدائرة لن يضمحل التيار مباشرة بسبب الحث الذاتي ويتكون تيار مستحث بنفس اتجاه التيار الأصلي Also, when opening the circuit, the current will not decay immediately due to self-induction, and an induced current is formed in the same direction as the original current
إن ظاهرة الحث الذاتي تؤخر نمو واضمحلال التيار The self-induction phenomenon delays the growth and decay of current
في الصورة المتحركة يوجد مصباحان: المصباح العلوي متصل بملف والسفلي متصل بمقاوم. الملف يؤخر إضاءة المصباح عند غلق الدائرة In the animation, there are two lamps: the upper lamp is connected to a coil and the lower lamp is connected to a resistor. The coil delays the lighting of the lamp when the circuit is closed
المحولاتTransformers
يستخدم المحول لرفع وخفض الجهد الكهربائي
يتكون المحول من:
ملف ابتدائي متصل بمصدر تيار متردد
ملف ثانوي متصل بجهاز
نواة من الحديد
يعتمد في عمله على ظاهرة الحث المتبادل
نتيجة تغير التيار في الملف الابتدائي يتغير التدفق على الملف الثانوي ويتولد فرق جهد مستحث وتيار مستحث
إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي أكبر من الثانوي فإن المحول خافض للجهد ولكنه رافع للتيار
إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي أصغر من الثانوي فإن المحول رافع للجهد ولكنه خافض للتيار Transformers are used to step up or step down electrical voltage.
A transformer consists of:
A primary coil connected to an AC source
A secondary coil connected to a load
An iron core
Its operation depends on the phenomenon of mutual induction
As a result of the current change in the primary coil, the flux through the secondary coil changes, generating an induced EMF and an induced current
If the number of turns in the primary coil is greater than in the secondary, the transformer is step-down for voltage but step-up for current
If the number of turns in the primary coil is less than in the secondary, the transformer is step-up for voltage but step-down for current
\[\frac{N_S}{N_P} = \frac{V_S}{V_P}\]
معلومة مفيدة: محولات العزل هي محولات لا ترفع ولا تخفض الجهد ويكون عدد لفات الملف الابتدائي والثانوي متساوية وتستخدم في عزل دائرة عن أخرى في الأجهزة المهمة حتى لا يحدث تداخل في التيارات Useful information: Isolation transformers are transformers that neither step up nor step down voltage. The number of turns in the primary and secondary coils is equal. They are used to isolate one circuit from another in important equipment to prevent current interference.
حاسبة معلمات المحولاتTransformer Parameters Calculator
حساب الجهد الابتدائي (Vp)Calculate Primary Voltage (Vp)
اختبار المحولات المثاليةIdeal Transformers Test
المصدر
https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_en.html
No comments:
Post a Comment