1. تجربة أورستد2 سؤال
2. المجال المغناطيسي لسلك مستقيم3 سؤال
3. المجال المغناطيسي لملف دائري8 سؤال
4. المجال المغناطيسي لملف لولبيشرح
5. مقارنة بين الحالات الثلاث1 سؤال- تجربة أورستد ونشأة المجال المغناطيسي حول التيار.
- كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم وقاعدة اليد اليمنى لأمبير.
- المجال المغناطيسي لملف دائري وقاعدة البريمة اليمنى.
- المجال المغناطيسي لملف لولبي وقطبيته.
🌳 شجرة المفاهيم
الدرس الأول: المجال المغناطيسي لسلك مستقيم وملف دائري وملف لولبي
├── أولًا: تجربة أورستد
│ └── كثافة الفيض المغناطيسي (B)
├── ثانيًا: المجال المغناطيسي لسلك مستقيم
│ ├── شكل خطوط الفيض
│ ├── قانون أمبير الدائري
│ └── قاعدة اليد اليمنى لأمبير
├── ثالثًا: المجال المغناطيسي لملف دائري
│ ├── شكل المجال
│ ├── كثافة الفيض عند المركز
│ ├── العوامل التي تتوقف عليها كثافة الفيض عند المركز
│ ├── قاعدة البريمة اليمنى
│ └── ثنائي القطب المغناطيسي
├── رابعًا: المجال المغناطيسي لملف لولبي
│ ├── مفهوم الملف اللولبي
│ ├── شكل المجال
│ ├── كثافة الفيض على المحور
│ └── تعيين القطبية
└── خامسًا: مقارنة بين الحالات الثلاث
01 أولًا: تجربة أورستد
- وضع العالم الدنماركي هانز أورستد عام 1820 بوصلة صغيرة فوق سلك وموازية له، ثم مرر تيارًا في السلك.
- لاحظ انحراف إبرة البوصلة، وعودتها لاتجاهها الأصلي عند قطع التيار.
- الاستنتاج: يتولد مجال مغناطيسي حول السلك نتيجة مرور التيار.
- فتح هذا الكشف سلسلة من الدراسات التي ساعدت في تشكيل حضارتنا الصناعية.
- يدرس المجال المغناطيسي للتيار في ثلاث حالات: سلك مستقيم، ملف دائري، ملف لولبي.
كثافة الفيض المغناطيسي (B)
- يعبر عن شدة المجال المغناطيسي بـكثافة الفيض المغناطيسي B: الفيض المغناطيسي العمودي على وحدة المساحة.
\(B = \dfrac{\Phi}{A}\)
- وحدتها التسلا (T) = ويبر/م² = نيوتن/(أمبير · متر).
02 ثانيًا: المجال المغناطيسي لسلك مستقيم
شكل خطوط الفيض
- ينثر برادة حديد على لوح ورق مقوى أفقي يخترقه سلك مستقيم رأسي يمر به تيار، وتطرق اللوحة طرقات خفيفة.
- تترتب البرادة على شكل دوائر منتظمة متحدة المركز حول السلك.
- الدوائر تتزاحم قرب السلك وتتباعد عنه، فشدة المجال تزداد بالاقتراب من السلك وتقل بالابتعاد عنه.
- بزيادة شدة التيار تزداد الدوائر ازدحامًا، فشدة المجال تزداد بزيادة التيار وتقل بنقصانه.
قانون أمبير الدائري
- تعطى كثافة الفيض عند نقطة تبعد مسافة d (عموديًا) عن محور سلك طويل مستقيم يمر به تيار I بالعلاقة:
\[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu I}{2\pi d}\end{gathered}\]
- μ النفاذية المغناطيسية للوسط، وللهواء \[\begin{gathered}\mu _{0} = \dfrac{4\pi \times 10^{-7} \,\text{Wb}}{A\cdot m}\end{gathered}\].
- B تتناسب طرديًا مع شدة التيار I، وعكسيًا مع المسافة d.
- لذلك ينصح بعدم بناء المساكن بالقرب من أبراج الضغط العالي حفاظًا على الصحة والبيئة.
قاعدة اليد اليمنى لأمبير
- نمسك السلك باليد اليمنى بحيث يشير الإبهام إلى اتجاه التيار.
- تشير الأصابع الملتفة حول السلك إلى اتجاه المجال المغناطيسي.
✍️ أمثلة محلولة
- مثال 1: احسب كثافة الفيض المغناطيسي في الهواء عند نقطة تبعد 10 cm عن محور سلك مستقيم طويل يمر به تيار \[\begin{gathered}10 A.
- \left(\mu _{0} = \dfrac{4\pi \times 10^{-7} \,\text{Wb}}{A}\cdot m\right)\end{gathered}\]الحل:
- \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu _{0} I}{2\pi d}\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B = (4\pi \times 10^{-7} \times 10) \div (2\pi \times 0.1)\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B = 2 \times 10^{-5} T\end{gathered}\]
مثال 2: سلك مستقيم يمر به تيار 20 A. على أي بعد منه تكون كثافة الفيض 4 × 10⁻⁵ T؟ الحل:
- \[\begin{gathered}d = \dfrac{\mu _{0} I}{2\pi B} = (4\pi \times 10^{-7} \times 20) \div (2\pi \times 4 \times 10^{-5})\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}d = 0.1 m = 10 \,\text{cm}\end{gathered}\]
03 ثالثًا: المجال المغناطيسي لملف دائري
شكل المجال
- عند تمرير تيار في سلك مثني على شكل حلقة دائرية يتولد مجال يشبه مجال مغناطيس قصير.
- الوجه الذي يبدو فيه اتجاه التيار مع عقارب الساعة يكون قطبًا جنوبيًا (S).
- الوجه الذي يبدو فيه اتجاه التيار عكس عقارب الساعة يكون قطبًا شماليًا (N).
- بنثر برادة الحديد حول الملف الدائري نلاحظ:
- تفقد خطوط الفيض دائريتها عند الاقتراب من الملف.
- خطوط الفيض عند محور الملف (قرب مركزه) خطوط مستقيمة متوازية عمودية على مستوى الملف، أي أن المجال منتظم في هذه المنطقة.
كثافة الفيض عند المركز
- تحسب عند مركز ملف دائري نصف قطره r وعدد لفاته N ويمر فيه تيار I:
\[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu N I}{2r}\end{gathered}\]
- μ₀ للهواء = \(\dfrac{4\pi \times 10^{-7} \,\text{Wb}}{A\cdot m}\).
العوامل التي تتوقف عليها كثافة الفيض عند المركز
- عدد لفات الملف: B ∝ N (طردية).
- شدة التيار: B ∝ I (طردية).
- نصف قطر الملف: \(\dfrac{B \propto 1}{r}\) (عكسية).
قاعدة البريمة اليمنى
- نتخيل بريمة (مسمارًا ملولبًا) في اليد اليمنى تدور في اتجاه التيار حول مركز الملف (اتجاه الربط).
- يدل اتجاه اندفاع البريمة على اتجاه المجال المغناطيسي عند مركز الملف.
ثنائي القطب المغناطيسي
- الملف الدائري الذي يمر به تيار يكافئ ثنائي قطب مغناطيسي، أي مغناطيسًا صغيرًا له قطبان.
- لا توجد في الطبيعة أقطاب مغناطيسية منفردة، فالقطبان يظهران دائمًا معًا (N وS).
✍️ أمثلة محلولة
- مثال 3: احسب كثافة الفيض المغناطيسي عند مركز ملف دائري نصف قطره 11 cm وعدد لفاته 20 لفة ويمر به تيار \[\begin{gathered}1.4 A.
- \left(\mu _{0} = \dfrac{4\pi \times 10^{-7} \,\text{Wb}}{A}\cdot m\right)\end{gathered}\]الحل:
- \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu _{0} N I}{2r}\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B = (4\pi \times 10^{-7} \times 20 \times 1.4) \div (2 \times 0.11)\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B \approx 1.6 \times 10^{-4} T\end{gathered}\]
مثال 4: ملف دائري نصف قطره 5 cm وعدد لفاته 50 يمر به تيار 2 A. احسب B عند مركزه. الحل:
- \[\begin{gathered}B = (4\pi \times 10^{-7} \times 50 \times 2) \div (2 \times 0.05)\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B = (4\pi \times 10^{-7} \times 100) \div 0.1 = 1.26 \times 10^{-3} T\end{gathered}\]
04 رابعًا: المجال المغناطيسي لملف لولبي
مفهوم الملف اللولبي
- الملف اللولبي: سلك معزول ملفوف لفًّا حلزونيًا على شكل لفات دائرية متتالية متحدة المحور.
- عند توصيل طرفيه بمصدر تيار يتولد مجال مغناطيسي يشبه مجال مغناطيس قضيبي.
شكل المجال
- خطوط الفيض مسارات متصلة ومغلقة داخل الملف وخارجه.
- طرف الملف الذي تخرج منه خطوط الفيض هو القطب الشمالي.
- الطرف الذي تدخل فيه خطوط الفيض هو القطب الجنوبي.
- المجال داخل الملف منتظم تقريبًا قرب المحور.
كثافة الفيض على المحور
- تتوقف كثافة الفيض عند أي نقطة على المحور داخل الملف على:
- شدة التيار المار: B ∝ I.
- عدد اللفات في وحدة الأطوال n: B ∝ n.
B = μ n I
- عدد اللفات في وحدة الأطوال: \(n = \dfrac{N}{l}\)، حيث N العدد الكلي للفات وl طول الملف.
\[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu N I}{l}\end{gathered}\]
- وجود قلب من الحديد داخل الملف يزيد النفاذية μ فتزداد كثافة الفيض كثيرًا.
تعيين القطبية
- تستخدم قاعدة البريمة اليمنى، باعتبار الملف مجموعة لفات دائرية متحدة المحور.
- أو قاعدة اليد اليمنى بحيث تشير الأصابع الملتفة إلى اتجاه التيار فيشير الإبهام إلى القطب الشمالي.
✍️ أمثلة محلولة
- مثال 5: ملف لولبي عدد لفاته 800 لفة وطوله 20 cm يمر به تيار 0.7 A.
- احسب كثافة الفيض عند نقطة داخله على محوره.
- \[\begin{gathered}\left(\mu _{0} = \dfrac{4\pi \times 10^{-7} \,\text{Wb}}{A}\cdot m\right)\end{gathered}\]الحل:
- \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu _{0} N I}{l}\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B = (4\pi \times 10^{-7} \times 800 \times 0.7) \div 0.2\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B \approx 3.5 \times 10^{-3} T\end{gathered}\]
- مثال 6: وُضع قلب حديدي نفاذيته \(\dfrac{1.63 \times 10^{-3} \,\text{Wb}}{A}\cdot m\) داخل الملف نفسه (800 لفة، 20 cm)، ومر فيه تيار 0.05 A.
- احسب كثافة الفيض.
- الحل:
- \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu N I}{l}\end{gathered}\]
- \[\begin{gathered}B = (1.63 \times 10^{-3} \times 800 \times 0.05) \div 0.2\end{gathered}\]
- B = 0.326 T (أكبر بآلاف المرات من قيمتها بالهواء عند التيار نفسه)
05 خامسًا: مقارنة بين الحالات الثلاث
| وجه المقارنة | سلك مستقيم | ملف دائري (عند المركز) | ملف لولبي (على المحور) |
|---|---|---|---|
| القانون | \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu I}{2\pi d}\end{gathered}\] | \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu N I}{2r}\end{gathered}\] | \[\begin{gathered}B = \dfrac{\mu N I}{l}\end{gathered}\] |
| شكل الخطوط | دوائر متحدة المركز حول السلك | تفقد دائريتها وتستقيم عند المحور | خطوط متوازية داخلها ومغلقة خارجها |
| قاعدة الاتجاه | اليد اليمنى لأمبير | البريمة اليمنى | البريمة اليمنى أو اليد اليمنى |
| العوامل المؤثرة | I وd | N وI وr | I وعدد اللفات في وحدة الأطوال |
| وحدة B | التسلا \[\begin{gathered}\left(\dfrac{\,\text{Wb}}{m^{2}} = \dfrac{N}{A}\cdot m\right)\end{gathered}\] | التسلا | التسلا |
تحدَّ نفسك: تقييمات وزارية تفاعلية على هذا الدرس
أسئلة تفاعلية حصرية على نمط الاختبار الوزاري 2026/2027 مبنية على محتوى هذا الدرس فقط، مع التفسير العلمي وسبب صحة أو خطأ كل خيار.
1
سؤال وزاري تطبيقي
نقطة التعادل بين سلكين مستقيمين متوازيين يمر فيهما تيار كهربي في نفس الاتجاه تقع دائماً:
التفسير والبرهان العلمي: عندما يكون التياران في نفس الاتجاه يتولد بين السلكين مجالان متعاكسان (منطقة طرح)، وتكون نقطة التعادل B1 = B2 أقرب للتيار الأقل شدة.
2
سؤال وزاري تطبيقي
ملف دائري نصف قطره (r) وعدد لفاته (N) يمر به تيار (I) ومجاله B؛ إذا أُبعدت لفاته بانتظام ليتحول لملف لولبي طوله (L = 20 r)، فإن كثافة الفيض عند محوره تصبح:
التفسير والبرهان العلمي: B_دائري / B_لولبي = L / (2r). بالتعويض: L = 20r؛ إذن النسبة = 20r / 2r = 10. أي أن B_لولبي = B_دائري / 10.
3
سؤال وزاري تطبيقي
يقاس الفيض المغناطيسي (Φm) بوحدة الويبر (Weber) والتي تكافئ فيزيائياً:
التفسير والبرهان العلمي: الويبر Wb = T·m2، ومن قانون فاراداي V = ΔΦ/Δt فالويبر = V·s، ومن الطاقة W = I·t·V فالويبر = J/A. جميع الوحدات صحيحة ومكافئة.
4
سؤال وزاري تطبيقي
إذا زادت شدة التيار المار في سلك مستقيم للضعف ونقص البعد العمودي عن السلك للنصف، فإن كثافة الفيض المغناطيسي:
التفسير والبرهان العلمي: القانون: B ∝ I / d. تضاعف I للضعف (×2) ونقص d للنصف (÷ 0.5) يجعل النسبة الجديدة = 2 / 0.5 = 4 أمثال القيمة الأصلية.
5
سؤال وزاري تطبيقي
سلك نحاسي منتظم المقطع مقاومته الكهربية R، سُحب بانتظام حتى أصبح طوله ثلاثة أمثال طوله الأصلي مع ثبوت حجمه ودرجة حرارته، فإن مقاومته الكهربية الجديدة تصبح مساوية:
التفسير والبرهان العلمي: الصحيحة علمياً):
هل أنت جاهز لخوض الاختبار الوزاري الكامل وبنك الـ 300 سؤال؟
اختبر استيعابك الشامل مع المؤقت الزمني وحساب الدرجات والمراجعة التفصيلية لكل سؤال.
🚀 ابدأ بنك الأسئلة الشامل (300+ سؤال) الآن