الفيزياء

   

     أتحقق  صفحة 110 : هل القوة المغناطيسية قوة تلامس أم قوة تأثير عن بعد؟

الجواب:   

    هي قوة تأثير عن بعد حيث ليس شرطا أن  تتلامس المغانط حتى تتجاذب أو تتنافر        

تمرين صفحة 111:    أرسمُ خطوطَ المجال المغناطيسيّ لمغناطيسٍ على شكل حرف  U                   المُبيّن بالرسم

 

  أتحقّق صفحة 111: أذكرُ خصائص خطوط المجال المغناطيسيّ.
          1- خطوطٌ وهميّةٌ مُقفَلةٌ تخرجُ من القطب الشماليّ وتدخل القطب الجنوبيّ ، تكملُ مسارها داخل

           المغناطيس من القطب الجنوبي إلى الشماليّ.

       2- اتّجاه المجال المغناطيسيّ عند أيّ نقطةٍ على خطّ المجال يكون على امتداد المَماس للخطّ عند تلك

       النقطة.
 
      3- لا تتقاطع لأنّ للمجال المغناطيسيّ اتّجاهٌ واحدٌ عند كل نقطة، يُحدّد باتّجاه المَماس لخطّ المجال.

      4- يُعبّر عن مقدار المجال المغناطيسيّ بعدد الخطوط التي تعبر وحدة المساحة عموديًّا عليها.

   

    أفكر صفحة 113: جُسيم مشحون بشحنةٍ موجبة، يتحرّك في مستوًى أفقيٍّ باتّجاه الشرق ( x+) 

      داخل المجال المغناطيسيّ الأرضيّ الذي يتّجه من الجنوب إلى الشمال (+y ) أستخدمُ قاعدة اليد

      اليمنى لتحديد  اتّجاه القوّة المغناطيسيّة التي يؤثّر بها المجال المغناطيسيّ الأرضيّ في الجُسيم،

     باتّجاه ( z+)، أم باتّجاه  (-z )؟

     بتطبيق قاعدة اليد اليمنى على الجسيم، بوضع الإبهام باتجاه الحركة نحو الشرق، والأصابع الأخرى

     باتجاه المجال المغناطيسي نحو الشمال، فإن ذلك يتطلب وضع باطن الكف نحو الأعلى، وتكون

      القوة خارجة من باطن الكف نحو الأعلى ( +𝑧  )

    أتحقّق صفحة 114: جُسيمٌ مشحونٌ يتحرّك في مجالٍ مغناطيسيٍّ منتظمٍ ( B) باتّجاهٍ

           يُوازي خطوطَ المجال. هل يتأثّر الجُسيم بقوّةٍ مغناطيسيّة؟

        تُعطى القوة المغناطيسية المؤثرة في الجسيم بالعلاقة: 𝐹𝐵=𝑞𝑣𝐵sin𝜃 ، وحيث أن ) sin0=0 ،)

        فإن القوة تساوي صف اً ر، لا يتأثر الجسيم بقوة لأن الزاوية بين اتجاه المجال واتجاه الحركة 

       تساوي صفراَ.

        أفكر صفحة 115:   أفسّرُ لماذا لا تبذلُ القوّة المغناطيسيّة شغلً على جُسيمٍ مشحونٍ يتحرك

      داخل مجال مغناطيسيٍّ مُنتظم. وهي تختلف بذلك عن القوّة الكهربائيّة التي تبذل شغلاً على جسمٍ

     مشحونٍ  يتحرك داخل مجالٍ كهربائيّ.

         
   القوة المغناطيسية تؤثر في الجسيم المشحون المتحرك داخل المجال المغناطيسي باتجاه يكون دائمًا

   عمودي على اتجاه الحركة، فتكون الزاوية بين الازاحة والقوة ( 90˚ ) والشغل يساوي صفرأً   ، بينما عند

   تأثير القوة الكهربائية في الجسيم المشحون تكون الزاوية بين القوة والازاحة صفراً  أو ( 180˚ )، أو أي

    زاوية أخرى ، وبذلك يوجد شغل موجب أو سالب، ويكون هذا الشغل صفرا     حال كانت الزاوية ( 90˚ ).  

 أتحقق صفحة  115 :  لماذا تختلف الشحنة النوعية للإلكترون عنها للبروتون؟

 الشحنة النوعية هي ناتج قسمة الشحنة على الكتلة، وحيث أن كتلة البروتون تختلف عن كتلة الإلكترون

   فإن الشحنة النوعية لهما مختلفة، على الرغم من أن القيم المطلقة لشحنتيهما متساوية.

  أتحقّق صفحة 115: لماذا تختلف الشحنة النوعية للإلكترون عنها للبروتون؟

   الشحنة النوعية هي ناتج قسمة الشحنة على الكتلة، وحيث أن كتلة البروتون تختلف عن كتلة الإلكترون

       فإن الشحنة النوعية لهما مختلفة، على الرغم من أن القيم المطلقة لشحنتيهما متساوية.

  الشكل 9 صفحة 116:  : تحليل عيّنةٍ مجهولةٍ باستخدام جهاز مِطياف الكتلة. كيف سيكون مسار أيونٍ

     سالبٍ عند دخوله هذا المجال بسرعةٍ باتّجاه  اليمين؟

     باستخدام قاعدة  اليد  اليمنى  على  الشحنة  السالبة، الأصابع باتجاه  المجال والابهام باتجاه  السرعة

     تكون القوة  المغناطيسية خارجة عمودياً  من ظهر  اليد، وستنحرف للأعلى بعكس الأيونات الموجبة 

     كما  في  الشكل  التالي:

                                         

  أفكر صفحة 117:  لماذا تجري زيادة المجال المغناطيسي في السينكروترون كُلّما

    زاد الزخَم الخطيُّ للجُسيمات المُتسارعة فيه.

     بزيادة الزخم الخطي للجسيم المشحون تزداد سرعته، وهذا يتطلب قوة مركزية أكبر

     لإبقاء الجسيم محافظا على حركته الدائرية من دون زيادة في نصف القطر، لذلك يجب

     زيادة المجال المغناطيسي.

   أتحقق صفحة 117: ما استخدامات كُلٍّ من جهازي مِطياف الكتلة والسينكروترون؟

     وما وظيفةُ المجال المغناطيسيّ في كلٍّ منهما؟

      يستخدم مطياف الكتلة لقياس كتل الجُسيمات الذريّة لتحديد مكوّنات عيّنةٍ مجهولة، والسنكروترون

     يستخدم لتسريع الجُسيمات المشحونة مثل الإلكترون ، والبروتون ، والأيونات إلى سرعاتٍ عالية؛

   لاستخدامها في الأبحاث العلمية.

  وظيفة المجال المغناطيسي في مطياف الكتلة تحريك الجسيمات المشحونة حركة دائرية، وفي

السينكروترون للمجال المغناطيسي وظيفتان؛ تغيير مسار الجسيمات لإبقائها في مسار حلقي

 (قد يكون دائري )، ثم تسريع الإلكترونات عن طريق تغيير اتجاه سرعتها الأمر الذي يؤدي الى انتاج

 موجات كهرومغناطيسية.

 أتحقّق صفحة 119: متى يمكن لشريطٍ من الألمنيوم أن يتأثّر بقوّةٍ مغناطيسيّة عند وضعه

   في مجال مغناطيسيّ؟

    عندما يسري فيه تيار كهربائي ويكون متجه طول الموصل غير موازٍ لاتجاه خطوط المجال، أو عندما

  يتحرك الشريط نفسه بسرعة باتجاه لا يوازي خطوط المجال.

 أتحقّق صفحة 121: أوضّح المقصودَ بمُتّجه طول الموصل، وأبيّنُ كيف أحدّد اتّجاهه.

   هو مُتّجه؛ مقداره يساوي طول الموصل واتّجاهه باتّجاه التيار الكهربائيّ الذي يمرّ في الموصل.

   أتحقّق صفحة 123: يبيّن الشكلُ ( 15 ) مشاهد لمقطعٍ جانبيٍّ تظهرُ فيه الحافّة القريبةُ من

    الناظر لحلقةٍ تحملُ تيّارًا كهربائيًّا، موضوعةٍ في مجالٍ مغناطيسيٍّ أفقيّ. أقارنُ بين عزم

    الدوران الذي تتأثّرُ فيه كلُّ حلقة واتّجاه دورانها.

     في الشكل (أ) لا يوجد عزم دو ا رن ال ا زوية بين 𝑩 و 𝝁 تساوي . (ب) يكون العزم قليلًا، لأن الزاوية بين

   𝑩 و 𝝁 صغيرة  (الزاوية بين متجه العزم المغناطيسي للحلقة واتجاه المجال)، ويكون مع اتجاه عقارب

   الساعة، أما في الشكل (ج) فالعزم كبير لأن الزاوية قريبة من القائمة، واتجاه العزم عكس اتجاه عقارب

   الساعة.

   

مراجعة الدرس  صفحة 126

1- الفكرة الرئيسية:

اعرف المجال المغناطيسي عند نقطة، وأذكر وحدة قياسه في النظام الدولي للوحدات.

   ثم أُعدد خصائص خطوط المجال المغناطيسي. ّ

   الجواب:

 المجال المغناطيسي عند نقطة هو:القوة المغناطيسية المؤثرة في وحدة الشحنات الموجبة

  المتحركة بسرعة $1m/s$ باتجاه عمودي على اتجاه المجال المغناطيسي لحظة مرورها في تلك النقطة.

   ووحدة قياسها في النظام الدولي للوحدات هي التسلا .

   خصائص خطوط المجال المغناطيسي ما يلي:

     -  تخرج من القطب الشمالي للمغناطيس وتدخل في القطب الجنوبي خارج المغناطيس وتكمل دورتها

        من القطب الجنوبي إلى الشمالي داخله. 

     - اتجاه المماس يمثل اتجاه المجال عند نقطة على خط المجال .

     - تتقارب خطوط المجال عند القطبين وتتباعد كلما ابتعدت عنهما 

      - لا تتقاطع : لأنها لو تقاطعت لأصبح عند نقطة التقاطع أكثر من اتجاه للمجال 

      - هي خطوط مقفلة وسبب ذلك هو عدم وجود قطب مغناطيسي مفرد .

 

2-استنتج وافسر :يتحرك إلكترون باتجاه محور ($+x$)فدخل مجالا مغناطيسيا منتظما اتجاهه

 مع محور ($-z$) كما بالشكل . استنتج اتجاه القوة المغناطيسية التي يؤثر  بها المجال في الإلكترون

   لحظة دخوله منطقة المجال , ثم أبين إن كانت  هذه القوة ستحافظ على اتجاهها بعد أن يغير موقع

  الإلكترون موقعه أم لا ؟ وافسر إجابتي. 

                                         

  الجواب :

   بتطبيق قاعدة اليد اليمنى تكون القوة المغناطيسية نحو($-y$) وتذكر أن الشحنة سالبة،  وبما أن القوة

   المغناطيسية تؤثر دائما عمودية على اتجاه السرعة فإن الإلكترون يتحرك على شكل مسار دائري فالقوة

  المغناطيسية  دائماً متعامدة مع اتجاه كل من المجال المغناطيسي والسرعة  وتتجه دائماً  نحو مركز

  المسار الدائري  كما في  الشكل.

 

3-أحلل:معتمدا على العلاقة الرياضية التي استخدمها في حساب مقدار القوة المغناطيسية التي يؤثر بها مجال

  مغناطيسي  في شحنة متحركة  فيه ,استنتج العوامل التي يعتمد عليها مقدار القوة وأبين نوع العلاقة .

 الجواب:

    من العلاقة الرياضية لحساب القوة المغناطيسية:

                                                                                     $F_B =qvBsin\theta$

  نستنتج أن هذه القوة تعتمد على العوامل التالية :

•   مقدار الشحنة الكهربائية ($q$)حيث تتناسب القوة طرديا مع مقدار الشحنة.
•   مقدار السرعة( $v$) وتتناسب القوة طرديا مع مقدار السرعة.
•   مقدار المجال المغناطيسي ($B$)وتتناسب القوة طرديا مع مقدار المجال 
•   جا الزاوية المحصورة بين اتجاه السرعة والمجال المغناطيسي ($\sin \theta$)وتتناسب القوة طرديا مع مقدار جيب الزاوية.
•  

4- أتوقع: ثلاث جسيمات مشحونة إلكترون وبروتون وأيون الصوديوم($N{a}^{+}$)]دخلت منطقة مجال مغناطيسي منتظم في

   جهاز مطياف الكتلة  بالسرعة نفسها كيف نميز كل جسيم منها عن طريق اتجاه الانحراف ونصف قطر المسار موضحا

    إجابتي بالرسم.

الجواب:

       لأن شحنة الإلكترون سالبة سيكون اتجاه دورانه معاكس لاتجاه دوران البروتون وأيون الصوديوم لأنهما موجبا الشحنة 

       من العلاقة الرياضية( $r=\frac{mv}{qB}$ ) نلاحظ أن نصف قطر مسار الاكترون يكون أقل من نصف مسار البروتون وأما نصف قطر

      مسار أيون الصويوم يكون أكبر من نصف قطر البروتون .لأن نصف القطر يتناسب طرديا مع الكتلة .($r_{N{a}^{+}}>r_p>r_e$). كما هو

    موضح  في الرسم  التالي.

                                                                                     

   

   5-أجب عن السؤالين الآتيين وفسر إجابتك:

     أ_هل يمكن لمجال مغناطيسي أن يجعل إلكترونا يبدأ حركته من السكون ؟

     ب. _هل ينحرف النيوترون عندما يتحرك داخل مجال مغناطيسي عموديا عليه؟

  الجواب:

    أ. المجال المغناطيسي لا يسارع الجسيم المشحون لذلك لا يستطيع أن يجعل إلكترونا يبدأ حركته من السكون .

   ب.لا يمكن للمجال المغناطيسي أن يحرف نيوترونا لأن النيوترون متعادل الشحنة والقوة المغناطيسية تتناسب

    طرديا مع الشحنة .

6_ أحسب.يتحرك بروتون بسرعة($4\times {10}^{6}m/s$)في مجال مغناطيسي منتظم ($1.7T$)فيتأثر بقوة مغناطيسية ($8.2\times {10}^{-13}N$).

 أجد  قياس الزاوية بين متجهي سرعة البروتون وخطوط المجال المغناطيسي.

  الجواب:

             $$\begin{gathered} F_B=qvB\sin \theta \\ 8.2\times {10}^{-13}=1.6\times {10}^{-19}\times 4\times {10}^6\times 1.7\times \sin \theta \\ \sin \theta =\frac{8.2\times {10}^{-13}}{10.88\times {10}^{-13}}=0.754 \end{gathered}$$

                                             $\theta = si{n}^{-1 }(0.754) =48.6^0$  

7_  تفكير ناقد. معتمدا على العلاقة الرياضية لعزم الدوران المؤثر في ملف داخل مجال مغناطيسي ؛استنتج

    العوامل التي تعتمد عليها سرعة دوران المحرك الكهربائي.

الجواب:

   من العلاقة الرياضية ($\tau =IAB\sin \theta$) من العلاقة نستنتج أن عزم الدوران يعتمد على العوامل التالية :

     _ مقدار التيار المار في الملف

      _ مساحة مستوى الملف 

     _ مقدار المجال المغناطيسي 

     _ جيب الزاوية($\sin \theta$)

   وجميع العوامل تتناسب طرديا مع عزم الدوران مما يزيد من سرعة الملف.