مختبر الفيزياء

صنع مغناطيس كهربائي.

سؤال التجربة:

ما العوامل التي تحدد قوة مغناطيس كهربائي؟

التحليل:

2. ما المتغيرات التي تحاول التحكم فيها في هذه التجربة؟ وهل هناك متغيرات لا تستطيع التحكم فيها؟

يمكن التحكم في نوع السلك ومشابك الورق وتيّار السلك، ويمكن أن يقل التيار تدريجياً مع استهلاك البطارية.

3. إذا قدرت قوة المغناطيس الكهربائي بكمية المادة التي يستطيع التقاطها، فكيف تحاول السيطرة على أي خطأ ناتج عن جذب المغناطيس لعدد صحيح من القطع؟

في عيّنة البيانات لا يمكن التحكم في هذا الخطأ تحكم جيّداً، ولمشابك الورق الكبيرة كتلة كبيرة، ومن الأفضل استخدام قطع حديد صغيرة ومشاهدة عدد القطع الصغيرة التي يمكن جذبها وحملها.

الاستنتاج والتطبيق:

1. ما العلاقة بين المتغير الذي اخترته وقوة المغناطيس؟

في عينة البيانات؛ عند زيادة عدد اللّفات تزداد قوة المغناطيس.

2. ما المتغيرات الأخرى التي وجدها طلاب آخرون في الصف وتؤثر أيضاً في قوة المغناطيس الكهربائي؟

زيادة التّيار تزيد قوة المغناطيس.

3. هل وجدت أي متغيرات، في أي مجموعة، لا تؤثر في قوة المغناطيس الكهربائي؟

طول السلك بين المغناطيس الكهربائي والبطارية.

التوسع في البحث:

1. قارن بين المتغيرات المختلفة التي وجدها الطلاب والتي تؤثر في قوة المغناطيس، وهل تُظهر أي من المتغيرات أنها تُحدث زيادة كبيرة في القوة دون إحداث تغيير كبير في المتغير المستقل؟ وإذا كان كذلك فما هذه المتغيرات؟

ستختلف الإجابات.

2. إذا أردت زيادة قوة المغناطيس فأي الطرائق تبدو أكثر فاعلية مقارنة بالتكلفة؟ وضّح إجابتك.

زيادة عدد اللّفّات مكلّف أكثر من زيادة التيّار.

3. إذا أردت تغيير قوة المغناطيس الكهربائي بسهولة فما اقتراحك لذلك؟

تغيير التيّار الكهربائي.

الفيزياء في الحياة:

1. إذا أردت الحصول على أقوى مغناطيس كهربائي لاستخدامه في حيز صغير داخل حاسوب شخصي مثلاً، فما الطريقة التي يمكن من خلالها زيادة قوة المغناطيس الكهربائي خلال هذا الحيز الصغير؟

زيادة التيّار في المغناطيس الكهربائي لأن هناك حيزاً صغيراً للمزيد من اللّفّات.

2. تحوي بعض البنايات مغانط كهربائية معلقة على الجدران، وتعمل على جعل أبواب الطوارئ مفتوحة عندما تكون البناية مأهولة بالسكان، وهي تشبه الأدوات التي توضع خلف الأبواب للتحكم في فتحها أو إغلاقها، فكر في نظام إنذار الحريق والإجراءات التي ستحتاج إليها للسيطرة على الحريق، ما الفائدة من استخدام مثل هذا النظام في جعل الأبواب مفتوحة؟ وكيف يمكن لهذا النظام أن يكون ميزة جيدة أو سيئة في حالة حدوث كارثة طبيعية؟

• مزايا: إذا شبَّ حريق فيلزم القطع عن جزء من المبنى، ويمكن بعد ذلك ضبط هذا النظام إلكترونياً لفتح الأبواب.
• مساوئ: إذا قطعت القدرة الكهربائية خلال وقوع كارثة فإن هذا النظام سيفشل.

3. تعمل بعض الأجراس الكهربائية عن طريق ضرب جانب جرس فلزي على شكل قبة بذراع فلزية، كيف يعمل المغناطيس الكهربائي في هذا الجرس؟ وكيف يمكن توصيل الجرس بطريقة تسمح للذراع بضرب الجرس باستمرار إلى أن ينقطع التيار الكهربائي؟

يستخدم المغناطيس الكهربائي للتحكّم في قرع الجرس، ويوصل الجرس بحيث إنه عندما تغلق الدائرة تنجذب المطرقة بواسطة المغناطيس الكهربائي، وتحريك المطرقة يعمل على فتح الدائرة فتتلاشى مغناطيسية المغناطيس الكهربائي، وعندما تعود المطرقة إلى وضعها الأصلي (يعمل نابض الإرجاع على إعادتها إلى وضعها الأصلي) تغلق الدائرة فتنجذب المطرقة مرة أخرى بواسطة المغناطيس الكهربائي، وهكذا يستمرّ قرع الجرس.