مثال على الحث الكهرومغناطيسي، أسئلة حول الحث الكهرومغناطيسي

عشرة أمثلة على أسئلة الحث الكهرومغناطيسي

1. مولد كهربائي مزود بملف عدد لفاته N ومساحة مقطعه العرضي A. يوضع الملف في مجال مغناطيسي B، ثم يدور بسرعة زاوية ω بحيث يتولد جهد كهربائي مستحث أقصى مقداره 50 فولت. إذا تغير المجال المغناطيسي إلى نصف قيمته الأصلية وتغيرت سرعته الزاوية إلى أربعة أضعاف قيمتها الأصلية، فإن الجهد الكهربائي المستحث الأقصى سيكون...

أ. 25 فولت

ب. 50 فولت

ج. 100 فولت

د. 200 فولت

هـ. 250 فولت

مناقشة

من المعروف أن:

عدد الدورات 1 (N ₁ ) = N

مساحة المقطع العرضي 1 ( _A1 ) = A

المجال المغناطيسي 1 (B ₁ ) = B

السرعة الزاوية 1 (ω ₁ ) = ω

أقصى قوة دافعة كهربائية مستحثة 1 (ε ₁ ) = 50 فولت

المجال المغناطيسي 2 (B ₂ ) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5

السرعة الزاوية 2 (ω ₂ ) = 4ω = 4(1) = 4

السؤال: أقصى قوة دافعة كهربائية مستحثة هي 2 (ε ₂ )

الجواب:

معادلة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة القصوى:

ε _max = NBA ω

المعلومات:

ε _max = أقصى قوة دافعة كهربائية مستحثة، N = عدد اللفات، B = المجال المغناطيسي، A = مساحة المقطع العرضي، ω = السرعة الزاوية

الحد الأقصى المستحث EMF 1 (ε ₁ ):

ε _max = NBA ω

إذا كانت ω = 1 و B = 1 فإن

50 = N (1) A (1)

50 = غير متوفر

الحد الأقصى المستحث EMF 2 (ε ₂ ):

ε _max = NBA ω

NA = 50، B = 0,5، ω = 4

ε _max = (50)(0,5)(4)

ε _max = 100

الإجابة الصحيحة هي ج.

2. لكي تكون القوة الدافعة الكهربائية القصوى التي ينتجها المولد نصف قيمتها الأصلية، فإن الكمية التي يجب تغييرها بناءً على البيان أدناه هي...

أ. يتم مضاعفة السرعة الزاوية وعدد الدورات

ب. يتضاعف الحث المغناطيسي وتردده.

ج. تتضاعف مساحة المقطع العرضي ويتضاعف الزمن الدوري.

د. يتم زيادة عدد الدورات والفترة بمقدار 4 أضعاف العدد الأصلي.

هـ. يتم مضاعفة التردد والفترة.

مناقشة

معادلة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة القصوى:

ε _max = NBA ω

المعلومات:

ε _max = أقصى قوة دافعة كهربائية مستحثة، N = عدد اللفات، B = المجال المغناطيسي، A = مساحة المقطع العرضي، ω = السرعة الزاوية

إذا كان N = 1، B = 1، A = 1، ω = 1 ثم ε _max = NBA ω = (1)(1)(1)(1) = 1

أ. يتم مضاعفة السرعة الزاوية (ω) وعدد الدورات (N).

ε _max = NBA ω

ε _max = (2)(1)(1)(2)

ε _max = 4

ب. يتضاعف الحث المغناطيسي (B) وتردده (f).

صيغة السرعة الزاوية (ω) = 2πf. التردد يتناسب طرديًا، لذا إذا تضاعف التردد (f) ، فإن السرعة الزاوية (ω) تتضاعف أيضًا.

ε _max = NBA ω

ε _max = (1)(2)(1)(2)

ε _max = 4

ج. تتضاعف مساحة المقطع العرضي (أ) ويصبح زمن الدورة أربعة أضعاف الزمن الأصلي.

صيغة السرعة الزاوية (ω) = 2πf = 2π/T. الدورة تتناسب عكسياً، لذا إذا أصبحت الدورة 4 أضعاف القيمة الأصلية، فإن السرعة الزاوية تصبح 1/4 من القيمة الأصلية.

ε _max = NBA ω

ε _max = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4

ε _max = 1/2

د. يتم زيادة عدد الدورات (N) والفترة (T) إلى 4 أضعاف

صيغة السرعة الزاوية (ω) = 2πf = 2π/T. الدورة تتناسب عكسياً، لذا إذا أصبحت الدورة 4 أضعاف القيمة الأصلية، فإن السرعة الزاوية تصبح 1/4 من القيمة الأصلية.

ε _max = NBA ω

ε _max = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4

ε _max = 1

هـ. يتم مضاعفة التردد (f) والدورة (T).

يتناسب التردد طرديًا مع السرعة الزاوية، فإذا تضاعف التردد (f) تتضاعف السرعة الزاوية (ω). ويتناسب الزمن الدوري عكسيًا مع السرعة الزاوية، فإذا تضاعف الزمن الدوري تصبح السرعة الزاوية نصف قيمتها الأصلية. والنتيجة النهائية هي أن السرعة الزاوية ثابتة.

ε _max = NBA ω

ε _max = (1)(1)(1)(1)

ε _max = 1

الإجابة الصحيحة هي ج.

3. يزداد التدفق المغناطيسي في ملف مكون من 1.000 لفة من 0,03 ويبر إلى 0,04 ويبر خلال 0,2 ثانية، بحيث تكون قيمة القوة الدافعة الكهربائية الناتجة E1 _. إذا تعرض الملف نفسه لتغير في التدفق المغناطيسي من 0,02 ويبر إلى 0,04 ويبر خلال 0,1 ثانية، فإن قيمة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة الناتجة هي E2 _. نسبة E1 _إلى E2 _هي ...

أ. 1 : 1

ب. 1 : 2

ج. 1: 4

د. 2: 1

هـ. 4: 1

مناقشة

من المعروف أن:

عدد الدورات (N) = 1000

التغير في التدفق 1 ( Δφ ₁ ) = 0,04 ويبر - 0,03 ويبر = 0,01 ويبر

الفاصل الزمني 1 (Δt ₁ ) = 0,2 ثانية

القوة الدافعة الكهربائية المستحثة 1 = E ₁

التغير في التدفق 2 ( Δφ ₁ ) = 0,04 ويبر - 0,02 ويبر = 0,02 ويبر

الفاصل الزمني 2 (Δt ₂ ) = 0,1 ثانية

القوة الدافعة الكهربائية المستحثة 2 = E ₂

السؤال: هـ ₁ : هـ ₂

الجواب:

مقارنة بين E ₁ و E ₂ :

E ₁ : E ₂

50: 200

1: 4

الإجابة الصحيحة هي ج.

4. يخترق ملفٌ مجالًا مغناطيسيًا متجانسًا بشكل عمودي، مما يُحدث قوة دافعة كهربائية مستحثة. إذا استُبدل الملف بملف آخر ذي عدد لفات ضعف عدد لفات الملف الأصلي، وبقي معدل تغير التدفق ثابتًا، فإن نسبة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة الابتدائية إلى النهائية هي...

أ. 1 : 1
ب. 1 : 2
ج. 2: 1
د. 3: 1
هـ. 3: 2

مناقشة
معروف :
عدد الدورات الأولية (N) = 1
عدد الدورات النهائي (N) = 2
معدل تغير التدفق الأولي (ΔØ)_B / Δt) = معدل تغير التدفق النهائي (ΔØ_B (Δt)
سأل مقارنة القوة الدافعة الكهربائية الأولية والنهائية
جواب :

صيغة قانون فاراداي للحث :
E = -N (ΔØ_B (Δt)
الوصف: E = القوة الدافعة الكهربائية المستحثة، N = عدد اللفات، ΔØ_B / Δt = معدل تغير التدفق
مقارنة القوة الكهرومغناطيسية المستحثة الأولية والنهائية :
بداية E : نهاية E
-N (ΔØ_B / Δt) : -N (ΔØ_B (Δt)
1: 2
الإجابة الصحيحة هي ب.

5. في الحالة الابتدائية (1)، يتغير التدفق المغناطيسي بمقدار 5 ويبر خلال ثانيتين في ملف مكون من 20 لفة. في الحالة (2)، يستغرق التغير نفسه في التدفق 8 ثوانٍ. نسبة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الحالتين (1) و(2) هي...

أ. 1 : 1
ب. 2 : 1
ج. 3: 1
د. 4: 1
هـ. 4: 3

مناقشة
معروف :
معدل تغير التدفق (ΔØ)_B / Δt) الابتدائية = 5/2
معدل تغير التدفق (ΔØ)_B / Δt) end = 5/8
عدد الدورات (N) = 20
سأل مقارنة القوة الدافعة الكهربائية الأولية والنهائية
جواب :
بداية E : نهاية E
-N (ΔØ_B / Δt) : -N (ΔØ_B (Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4: 1
الإجابة الصحيحة هي د.

6. يبلغ التدفق المغناطيسي للملف الأول 200 لفة، ويتغير بمقدار 0,06 ويبر خلال 0,4 ثانية. أما في الملف الثاني، فيتغير التدفق المغناطيسي بمقدار 0,08 ويبر خلال 0,2 ثانية. إذا استُبدل عدد لفات الملف الثاني بنصف عدد لفات الملف الأول، فإن نسبة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملفين الأول والثاني هي...
أ. 2 : 3
ب. 3 : 1
ج. 3: 4
د. 3: 5
هـ. 3: 8
مناقشة
معروف :
معدل تغير التدفق (ΔØ)_B / Δt) الابتدائية = 0,06/0,4
عدد الدورات الأولية (N) = 200
معدل تغير التدفق (ΔØ)_B / Δt) end = 0,08/0,2
عدد الدورات النهائي (N) = 100
سأل مقارنة القوة الدافعة الكهربائية الأولية والنهائية
جواب :
بداية E : نهاية E
-N (ΔØ_B / Δt) : -N (ΔØ_B (Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3: 0,4
3: 4

7. من بين العوامل التالية:

(1) عدد لفات الملف

(2) معدل تغير التدفق المغناطيسي

(3) اتجاه المجال المغناطيسي

ما يزيد من القوة الكهرومغناطيسية المستحثة هو...

أ. (1) و (2) و (3)

ب. (1) و (2) فقط

ج. (1) و (3) فقط

د. (1) فقط

هـ. (2) فقط

مناقشة

يشير اختصار EMF إلى القوة الدافعة الكهربائية. بعبارة أخرى، تُعدّ القوة الدافعة الكهربائية مصدرًا للتيار الكهربائي، مثل البطارية وغيرها. بناءً على تجارب فاراداي، اكتُشف أنه على الرغم من أن المجال المغناطيسي الثابت لا يُنتج تيارًا كهربائيًا، إلا أن المجال المغناطيسي المتغير يُمكنه إنتاج تيار كهربائي. يُسمى هذا التيار الكهربائي الناتج بالتيار المُستحث.

يمكن تحديد العوامل التي تؤثر على القوة الكهرومغناطيسية المستحثة باستخدام قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، والذي يُعبر عنه رياضياً بالصيغة التالية:

توضح الإشارة السالبة في الصيغة أعلاه أن اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث يكون دائمًا معاكسًا لاتجاه المجال المغناطيسي الذي ينتج التيار المستحث.

المعلومات:

N = عدد لفات الملف، B = المجال المغناطيسي، A = مساحة سطح الحلقة، θ = الزاوية بين المجال المغناطيسي (B) والخط العمودي على سطح الملف (A).

إذا كان B عموديًا على سطح الملف فإن θ = 0 ^درجة بحيث يكون Φ _B = BA cos 0 ^درجة = BA (1) = B A.

إذا كان B موازياً لسطح الملف فإن θ = 90 ^درجة بحيث يكون Φ _B = BA cos 9 0 ^درجة = BA (0) = 0.

بناءً على الصيغة أعلاه، يُستنتج أن ما يزيد من القوة الدافعة الكهربائية المستحثة هو عدد لفات الملف (N)، ومعدل تغير التدفق المغناطيسي، واتجاه المجال المغناطيسي (θ ).

الإجابة الصحيحة هي أ.

8. من بين العوامل التالية:

(1) عدد لفات الملف

(2) معدل تغير التدفق المغناطيسي

(3) العوائق الخارجية

ما يؤثر على القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف هو...

أ. (1) و (3)

ب. (1) و (2)

ج. (2) فقط

د. (2) و (3)

هـ. (3) فقط

مناقشة

الإجابة الصحيحة هي ب.

٩. انظر إلى الصورة التالية! إذا مر تيار كهربائي I عبر السلك AB، فإن اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك AB هو...

أ. باتجاه ب
ب. إلى اليسار
ج. إلى اليمين
د. عمودي على مستوى الورقة
هـ. عمودي على مستوى الورقة

مناقشة
معروف :
اتجاه التيار الكهربائي = من A إلى B (إلى الأسفل)
اتجاه المجال المغناطيسي = من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي للمغناطيس (إلى اليمين)
سأل اتجاه القوة المغناطيسية
جواب :

قاعدة اليد اليمنى
مدّ يدك اليمنى، وافرد إبهامك، وأغلق أصابعك الأربعة الأخرى. رتّب أصابعك الأربعة بحيث تشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي (B). دان يشير الإبهام إلى اتجاه حركة الشحنة (v). إذا كانت الشحنة الكهربائية موجبة، فإن راحة اليد اليمنى تواجه اتجاه القوة المغناطيسية (F). أما إذا كانت الشحنة سالبة، فإن ظهر اليد اليمنى يواجه اتجاه القوة المغناطيسية (F).

يكون اتجاه التيار الكهربائي الاصطلاحي، كما في المسألة السابقة، هو نفسه اتجاه الشحنة الكهربائية الموجبة. وبتطبيق قاعدة اليد اليمنى، يكون اتجاه القوة المغناطيسية عموديًا على مستوى الورقة، أو باتجاه عين القارئ.
الإجابة الصحيحة هي هـ.

10. وُضع سلك مستقيم يحمل تيارًا كهربائيًا شدته I بين قطبين مغناطيسيين كما هو موضح في الشكل. يكون اتجاه القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك في نفس اتجاه...

أ. المحور z الموجب
ب. المحور z السالب
ج. المحور الصادي الموجب
د. المحور الصادي السالب
هـ. المحور السيني الموجب

مناقشة
معروف :
اتجاه التيار الكهربائي = إلى اليسار
اتجاه المجال المغناطيسي = من الشمال إلى الجنوب (للأعلى)
سأل اتجاه القوة المغناطيسية
جواب :
إذا تم تطبيق قاعدة اليد اليمنى، فإن اتجاه القوة المغناطيسية يكون عموديًا على مستوى الورقة أو بعيدًا عن عين القارئ أو في اتجاه المحور z السالب.
الإجابة الصحيحة هي ب.

مصدر السؤال:

أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية العليا/المهنية