ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك

مقدمة

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 1 / 16

مقدمة الدرس

رأينا أن مرور تيار كهربي في موصل يسبب مجالاً مغناطيسياً، فتساءل العلماء: هل يمكن لمجال مغناطيسي أن يولد تياراً كهربياً؟
وقد أجاب فاراداي عن هذا السؤال باكتشاف الحث الكهرومغناطيسي، وهو الظاهرة التي تبنى عليها فكرة عمل معظم الأجهزة الكهربية، كالمولدات والمحولات الكهربية.
في تجربة فاراداي وُصل ملف من سلك نحاسي بجلفانومتر حساس، فعند إدخال مغناطيس داخل الملف انحرف مؤشر الجلفانومتر انحرافاً لحظياً في اتجاه معين، وعند إخراج المغناطيس انحرف المؤشر في الاتجاه المضاد.
وتتولد في الحالتين قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار كهربي مستحث.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 2 / 16

المفاهيم والمصطلحات الأساسية

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 3 / 16

المفاهيم والمصطلحات العلمية واللغوية الأساسية (Core Terminology):

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الحث الكهرومغناطيسي	ظاهرة تتولد فيها قوة دافعة كهربية مستحثة وكذلك تيار كهربي مستحث في ملف أثناء إدخال مغناطيس فيه أو إخراجه منه	ظاهرةتتولدفيهادافعة
الحث المتبادل	التأثير الكهرومغناطيسي الحادث بين ملفين متجاورين أو متداخلين إذ يمر بأحدهما تيار متغير فيتأثر به الملف الآخر ويقاوم التغير الحادث في الملف الأول	التأثيرالكهرومغناطيسيالحادثملفين
الحث الذاتي	التأثير الكهرومغناطيسي الحادث في نفس الموصل أثناء تغير شدة التيار فيه زيادة أو نقصاً ويقاوم هذا التغير	التأثيرالكهرومغناطيسيالحادثالموصل
معامل الحث الذاتي	يُقدر عددياً بالقوة الدافعة الكهربية المتولدة بالحث في الملف عندما يكون المعدل الزمني لتغير التيار فيه 1 A/s	عدديابالقوةالدافعةالكهربية
الهنري	وحدة قياس معامل الحث وهو الحث الذاتي للملف الذي تتولد فيه قوة دافعة كهربية حثية تساوي 1 V عندما يتغير التيار فيه بمعدل 1 A/s	وحدةقياسمعاملالحث

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
قاعدة لنز	يكون اتجاه التيار الكهربي المتولد بالتأثير بحيث يضاد التغير في الفيض المغناطيسي المسبب له	—	يكوناتجاهالتيارالكهربي
قاعدة اليد اليمنى لفلمنج	تجعل الإبهام والسبابة والوسطى متعامدة فتشير السبابة إلى اتجاه المجال ويشير الإبهام إلى اتجاه الحركة فتشير الوسطى إلى اتجاه التيار المستحث	—	تجعلالإبهاموالسبابةوالوسطى
الدينامو (مولد التيار الكهربي)	جهاز لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية عندما يدور ملف في مجال مغناطيسي وهو يعطي تياراً متردداً	—	جهازلتحويلالطاقةالميكانيكية
التيار المتردد		بمنحنى الجيب	تتغيرشدتهواتجاههبصورة
المحول الكهربي	جهاز لرفع أو خفض القوة الدافعة الكهربية المترددة عن طريق الحث المتبادل	—	جهازلرفعالقوةالدافعة
كفاءة المحول	النسبة بين الطاقة الكهربية التي نحصل عليها من الملف الثانوي إلى الطاقة الكهربية المعطاة للملف الابتدائي	—	النسبةالطاقةالكهربيةنحصل

المحرك الكهربي (الموتور)جهاز لتحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية.

التيارات الدوامية، تيارات مستحثة تتولد في قطعة معدنية عند تغير عدد خطوط الفيض المغناطيسي التي تخترقها.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 4 / 16

الشرح والتفصيل العلمي الشامل

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
قانون فاراداي للقوة الدافعة المستحثة	emf = -N × ΔΦ / Δt حيث N عدد اللفات وΔΦ التغير في الفيض المغناطيسي خلال الزمن Δt. والإشارة السالبة تدل على أن اتجاه القوة الدافعة المستحثة يعاكس التغير المسبب لها	اللفاتالتغيرالفيضالمغناطيسي
الحث المتبادل بين ملفين	emf = -M × ΔI / Δt حيث M معامل الحث المتبادل وΔI / Δt المعدل الزمني لتغير شدة التيار في الملف الأول	معاملالمعدلالزمنيلتغير
الحث الذاتي لملف	emf = -L × ΔI / Δt حيث L معامل الحث الذاتي للملف ويُعرّف بالعلاقة L = emf / (ΔI / Δt)	معاملللملفبالعلاقة
القوة الدافعة المستحثة في سلك مستقيم	emf = B × l × v × sinθ حيث l طول السلك وv سرعة حركته وθ الزاوية بين اتجاه السرعة واتجاه كثافة الفيض B	sinθالسلكسرعةحركته
القوة الدافعة اللحظية في ملف الدينامو	emf = N × B × A × ω × sinθ حيث A مساحة وجه الملف وω السرعة الزاوية وθ الزاوية بين اتجاه السرعة واتجاه كثافة الفيض. وتكون القيمة العظمى عند θ = 90° وتكون صفراً عند θ = 0°	sinθمساحةالملفالسرعة

I_eff = 0.707 × I_max.
قوانين المحول الكهربي:

Vs / Vp = Ns / Np

Ip / Is = Ns / Np

كفاءة المحول η = (Vs × Is) / (Vp × Ip) × 100%

وحدة الهنري←1 H = 1 V·s / A.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 5 / 16

الشرح التفصيلي المستفيض لكافة محاور الدرس:

1. الحث المتبادل بين ملفين

يحدث عندما يوضع ملفان أحدهما داخل الآخر أو بالقرب منه، فيؤدي تغير شدة التيار في أحدهما إلى توليد قوة دافعة مستحثة في الآخر.
يتوقف معامل الحث المتبادل على وجود قلب من الحديد داخل الملفين، وعلى حجم وعدد لفات الملفين، وعلى المسافة الفاصلة بينهما.
يُعد المحول الكهربي أوضح مثال للحث المتبادل.
2. قاعدة لنز

عند زيادة الفيض المغناطيسي المؤثر يكون اتجاه التيار المستحث بحيث يولد مجالاً مضاداً يقاوم هذه الزيادة.
عند نقصان الفيض المؤثر يكون اتجاه التيار المستحث في الاتجاه الذي يقاوم هذا النقص.
3. الحث الذاتي

عند قطع التيار في ملف لولبي تتولد قوة دافعة مستحثة تعمل على توليد تيار في نفس اتجاه التيار الأصلي، فيظهر شرر عند طرفي المفتاح.
قد يتوهج مصباح نيون موصول على التوازي مع طرفي الملف، ويحتاج هذا المصباح إلى فرق جهد يصل إلى حوالي 180 V ليتوهج.
يتوقف معامل الحث الذاتي للملف على شكله الهندسي، وعلى عدد لفاته، وعلى المسافة بين اللفات، أي على طول الملف، وعلى نفاذية القلب المغناطيسي.
4. التيارات الدوامية

تتولد عند تغير عدد خطوط الفيض المغناطيسي التي تخترق قطعة معدنية، سواء بتحريكها في مجال ثابت أو بتعريضها لمجال متغير.
تُستفاد منها في أفران الحث لصهر الفلزات، وتسبب فقداً للطاقة في القلب الحديدي للمحول.
5. الدينامو (مولد التيار الكهربي)

يتركب من مغناطيس ثابت، وملف يدور في مجاله، وحلقتي انزلاق تلامسهما فرشتان من الجرافيت، ويحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية.
ينتج تياراً متردداً يتغير تبعاً لقانون الجيب، وتكون القوة الدافعة المستحثة أكبر ما يمكن عندما تكون الزاوية بين السرعة والمجال 90°.
للحصول على تيار موحد الاتجاه تقريباً تُستبدل الحلقتان بأسطوانة معدنية مجوفة مشقوقة إلى أجزاء معزولة عددها يساوي ضعف عدد الملفات، وتُستخدم عدة ملفات بينها زوايا صغيرة.
6. المحول الكهربي

يتكون من ملفين ابتدائي وثانوي ملفوفين حول قلب من شرائح رقيقة معزولة من الحديد المطاوع، ويعمل بالحث المتبادل.
المحول الرافع للجهد يرفع الجهد ويقلل شدة التيار، والمحول الخافض للجهد يخفض الجهد ويزيد شدة التيار.
تُستخدم المحولات الرافعة عند محطات التوليد لتقليل الطاقة المفقودة في الأسلاك أثناء النقل، لأن الطاقة المفقودة بالحرارة في الأسلاك تساوي I²R، فإذا قلت شدة التيار قلّ الفقد.
تُستخدم المحولات الخافضة عند مناطق التوزيع، ويكون فرق الجهد على ملفها الثانوي 220 V، وهو جهد التشغيل لمصابيح الإضاءة ومعظم الأجهزة المنزلية.
لا يصلح المحول الكهربي لرفع أو خفض قوة دافعة كهربية مستمرة.
7. كفاءة المحول

تُعرف الكفاءة بالنسبة بين الطاقة الكهربية التي نحصل عليها من الملف الثانوي والطاقة الكهربية المعطاة للملف الابتدائي.
الكفاءة 100% لا توجد في الحياة العملية، لأن الطاقة تفقد في الأسلاك على هيئة حرارة، وفي القلب الحديدي بسبب التيارات الدوامية، وفي تحريك جزيئات القلب الحديدي.
يقل الفقد الأول باستخدام أسلاك مقاومتها أقل ما يمكن، ويقل الفقد الثاني بتصنيع القلب من شرائح معزولة من الحديد المطاوع السليكوني، ويقل الفقد الثالث باستخدام الحديد المطاوع السليكوني لسهولة حركة جزيئاته.
8. المحرك الكهربي (الموتور)

جهاز لتحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 6 / 16

المقارنات وخريطة المفاهيم الجوهرية

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 7 / 16

الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة ★

الحث الكهرومغناطيسي تتولد قوة دافعة كهربية مستحثة عند تغير الفيض المغناطيسي الذي يقطع الملف.
قاعدة لنز اتجاه التيار المستحث يقاوم التغير المسبب له.
الحث المتبادل بين ملفين يعتمد على تغير التيار في الملف الأول، والحث الذاتي لملف يعتمد على تغير التيار فيه نفسه.
التيارات الدوامية تتولد في القطع المعدنية عند تغير الفيض المخترق لها، وتسبب فقداً للطاقة في القلب الحديدي للمحول.
الدينامو يحول الطاقة الميكانيكية إلى كهربية، والمحول يرفع أو يخفض الجهد المتردد، والمحرك يحول الكهربية إلى طاقة ميكانيكية.
كفاءة المحول أقل من 100% عملياً بسبب الفقد في الأسلاك والقلب الحديدي.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 8 / 16

الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية (Mind Map Outline):

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الحث الكهرومغناطيسي	الحث المتبادل: بين ملفين متجاورين ويقاس بمعامل M الحث الذاتي: في الملف نفسه ويقاس بمعامل L ووحدته الهنري التيارات الدوامية: تتولد في قطعة معدنية عند تغير الفيض المخترق لها	المتبادلملفينمتجاورينويقاس
التطبيقات	الدينامو: يحول الطاقة الميكانيكية إلى كهربية وينتج تياراً متردداً أو موحد الاتجاه تقريباً المحول الكهربي: يرفع أو يخفض الجهد المتردد وكفاءته أقل من 100% المحرك الكهربي: يحول الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية	الدينامويحولالطاقةالميكانيكية

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 9 / 16

جداول المقارنة والتصنيف والتلخيص الشامل:

وجه المقارنة	الحث المتبادل	الحث الذاتي
مكان حدوثه	في ملف ثانوي بسبب تغير التيار في ملف مجاور له	في الملف نفسه بسبب تغير شدة التيار فيه
معامل الحث	M (معامل الحث المتبادل)	L (معامل الحث الذاتي)
مثال تطبيقي	المحول الكهربي	بدء إضاءة مصباح الفلورسنت بملف لولبي معامل حثه الذاتي كبير

وجه المقارنة	المحول الرافع للجهد	المحول الخافض للجهد
تأثيره في الجهد	يرفع الجهد	يخفض الجهد
تأثيره في شدة التيار	يقلل شدة التيار	يزيد شدة التيار
مكان استخدامه	محطات التوليد	مناطق التوزيع والأجهزة المنزلية

وجه المقارنة	دينامو التيار المتردد	دينامو التيار المستمر تقريباً
الطرفان الخارجيان	حلقتا انزلاق تلامسهما فرشتان	أسطوانة معدنية مجوفة مشقوقة إلى أجزاء معزولة
نوع التيار	متردد يتغير وفق منحنى الجيب	موحد الاتجاه وثابت الشدة تقريباً

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 10 / 16

أمثلة ومسائل محلولة بالخطوات

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 11 / 16

التطبيقات والمسائل النموذجية المحلولة بالخطوات (Step-by-Step Worked Examples):

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
مثال نموذجي 1	حساب القوة الدافعة المستحثة في ساق متحركة	حسابالقوةالدافعةالمستحثة
نص المسألة	ساق طولها 30 cm تتحرك بسرعة 0.5 m/s في مجال مغناطيسي كثافة فيضه 0.8 T والسرعة عمودية على المجال. احسب القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الساق	طولهاتتحركبسرعةمجال

نستخدم العلاقة emf = B × l × v.
l = 0.3 m.
emf = 0.8 × 0.3 × 0.5 = 0.12 V.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
الناتج	القوة الدافعة المستحثة 0.12 V	القوةالدافعةالمستحثة
مثال نموذجي 2	حساب القوة الدافعة في ملف ثانوي	حسابالقوةالدافعةثانوي
نص المسألة	معامل الحث المتبادل بين ملفين متقابلين 0.1 H وشدة التيار في أحدهما 4 A فإذا هبطت شدة التيار فيه إلى الصفر خلال 0.01 s احسب القوة الدافعة الكهربية المستحثة المتولدة في الملف الثاني	معاملالحثالمتبادلملفين

نستخدم العلاقة emf = M × ΔI / Δt.
ΔI = 4 A، وΔt = 0.01 s.
emf = 0.1 × 4 / 0.01 = 40 V.

الناتجالقوة الدافعة المستحثة 40 V.

مثال نموذجي 3حساب معامل الحث الذاتي

نص المسألةقوة دافعة مستحثة مقدارها 10 V تتولد في ملف عندما تتغير شدة التيار فيه بمعدل 40 A/s. احسب معامل الحث الذاتي للملف.

نستخدم العلاقة L = emf / (ΔI / Δt).
L = 10 / 40 = 0.25 H.

الناتج←معامل الحث الذاتي للملف 0.25 H.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 12 / 16

التطبيقات الحياتية والصناعية والتكنولوجية (Real-World Applications):

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
المولدات الكهربية	تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية ويمكن نقل التيار المستحث بالأسلاك لمسافات طويلة	تحولالطاقةالميكانيكيةطاقة
نقل الكهرباء	تُستخدم محولات رافعة للجهد عند محطات التوليد ومحولات خافضة للجهد عند مناطق التوزيع فتُنقل الطاقة عبر أسلاك معدنية دون فقد يذكر	ستخدممحولاترافعةللجهد
الأجهزة المنزلية	تُستخدم المحولات الكهربية في بعض الأجهزة المنزلية كالأجراس والثلاجات	ستخدمالمحولاتالكهربيةكالأجراس
أفران الحث	تُستفاد من التيارات الدوامية في صهر الفلزات	ستفادالتياراتالدواميةالفلزات
مصباح الفلورسنت	يبدأ تشغيله باستخدام ملف لولبي معامل حثه الذاتي كبير	يبدأتشغيلهباستخداملولبي
مصباح النيون	قد يتوهج عند قطع التيار عن ملف موصول معه على التوازي بسبب القوة الدافعة المستحثة الكبيرة عند قطع التيار	يتوهجالتيارموصولالتوازي
المحرك الكهربي	يحول الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية	يحولالطاقةالكهربيةطاقة

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 13 / 16

تريكات الامتحان وكبسولة التفوق الوزاري

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 14 / 16

كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 15 / 16

دليل استفسارات وأسئلة الطلاب الشائعة: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك

س1 ما العوامل التي تتوقف عليها القوة الدافعة الكهربية المستحثة المتولدة في موصل؟
تتوقف على طول الموصل l، وسرعة حركته v، وكثافة الفيض المغناطيسي B، والزاوية بين اتجاه السرعة واتجاه الفيض، وتُعطى بالعلاقة emf = B × l × v × sinθ.
س2 ما نص قانون فاراداي للقوة الدافعة المستحثة في ملف، وكيف يمكن تحقيقه عملياً؟
تتناسب القوة الدافعة المستحثة طردياً مع المعدل الزمني لتغير الفيض المغناطيسي، وكذلك مع عدد لفات الملف.
ويتحقق عملياً بإدخال مغناطيس داخل ملف متصل بجلفانومتر حساس أو إخراجه منه، فينحرف مؤشر الجلفانومتر.
س3 ما المقصود بالحث المتبادل بين ملفين، وما معامل الحث المتبادل؟
الحث المتبادل هو التأثير الكهرومغناطيسي بين ملفين متجاورين أو متداخلين، فيولد تغير التيار في أحدهما قوة دافعة مستحثة في الآخر.
ومعامل الحث المتبادل M يعتمد على وجود قلب حديدي، وعلى حجم وعدد لفات الملفين، وعلى المسافة بينهما.
س4 ما معنى الإشارة السالبة في قانون فاراداي؟
تدل على أن اتجاه القوة الدافعة المستحثة، وبالتالي اتجاه التيار المستحث، يعاكس التغير المسبب له، وهو ما تنص عليه قاعدة لنز.
س5 ما الذي يقصد بكفاءة المحول الكهربي، وهل تصل إلى 100%؟
كفاءة المحول هي النسبة بين الطاقة الكهربية التي نحصل عليها من الملف الثانوي إلى الطاقة المعطاة للملف الابتدائي.
ولا تصل عملياً إلى 100% لأن جزءاً من الطاقة يتحول إلى حرارة في الأسلاك، وجزءاً آخر بسبب التيارات الدوامية في القلب الحديدي، وجزءاً إلى طاقة ميكانيكية تُستنفد في تحريك جزيئات القلب الحديدي.
س6 لماذا يُصنع قلب المحول من شرائح رقيقة معزولة عن بعضها؟
للحد من التيارات الدوامية، لأنها تحول جزءاً من الطاقة الكهربية إلى طاقة حرارية في القلب الحديدي.

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك · 16 / 16

المناهج الدراسية

الفيزياء

الفصل الأول - التيار الكهربي وقانون أوم وقانونا كيرشوف

الفصل الثاني - التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي وأجهزة القياس

الفصل الثالث - الحث الكهرومغناطيسي

الفصل الرابع - دوائر التيار المتردد

الفصل الخامس - ازدواجية الموجة والجسيم

الفصل السادس - الأطياف الذرية والأشعة السينية

الفصل السابع - الليزر وتطبيقاته

الفصل الثامن - الإلكترونيات الحديثة

دروس إضافية

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك

ملخص الدرس 2: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك

مقدمة

مقدمة الدرس

المفاهيم والمصطلحات الأساسية

المفاهيم والمصطلحات العلمية واللغوية الأساسية (Core Terminology):

الشرح والتفصيل العلمي الشامل

Vs / Vp = Ns / Np

Ip / Is = Ns / Np

كفاءة المحول η = (Vs × Is) / (Vp × Ip) × 100%

الشرح التفصيلي المستفيض لكافة محاور الدرس:

المقارنات وخريطة المفاهيم الجوهرية

الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة ★

الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية (Mind Map Outline):

جداول المقارنة والتصنيف والتلخيص الشامل:

أمثلة ومسائل محلولة بالخطوات

التطبيقات والمسائل النموذجية المحلولة بالخطوات (Step-by-Step Worked Examples):

التطبيقات الحياتية والصناعية والتكنولوجية (Real-World Applications):

تريكات الامتحان وكبسولة التفوق الوزاري

كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:

دليل استفسارات وأسئلة الطلاب الشائعة: الحث المتبادل والحث الذاتي والدينامو والمحول الكهربي والمحرك

أحسنت! أنهيت هذا الدرس