كيف تعمل المغناطيسات؟

• المغناطيس جسم له القدرة على سحب جسم آخر له خصائص مغناطيسية ويؤثر المغناطيس في فلزات معينة منها الحديد والنيكل.
• المغناطيس له قطبان: شمالي وقطب جنوبي والأقطاب المتشابهة تتنافر والأقطاب المختلفة تتجاذب.
• إذا قطع مغناطيس إلى نصفين فإن كل نصف سيكون مغناطيساً بقطبين.

الدرس الثاني: المغناطيسية

أنظر وأتساءل

يعتمد هذا القطار في سيره على المغناطيسية، حيث تصل سرعته إلى 400 كم/ساعة دون أن يلامس قضبان السكة التي يسير عليها. ما المغناطيسية؟ وكيف يستفاد منها؟

يستفاد من المغناطيسية في سحب ودفع الأجسام (التنافر والتجاذب مع الأجسام المغناطيسية).

أستكشف

أتوقع

يمكن للمغناطيس أن يسحب أو يدفع غيره من المغناطيسات. في أي أجزاء القضيب المغناطيسي تتركز أكبر قوة؟ أكتب توقعي.

القوى الأكبر للقضيب المغناطيسي تتركز عند قطبيه (طرفيه).

أختبر توقعي

ألاحظ. أضع برادة حديد في كيس بلاستيكي وأغلقه جيداً، وأضع الكيس فوق قضيب مغناطيسي. هل تشكل برادة الحديد شكلا منتظماً؟ أرسم الشكل كما ألاحظه.

برادة الحديد تشكل خطوطاً منحنية.

أستخلص النتائج

أفسر البيانات. أتفحص جميع ملاحظاتي، أيها يدعم توقعاتي. وأيها لا يتفق معها؟ أوضح ذلك، هل كانت توقعاتي صحيحة؟ لماذا؟

القضيب المغناطيسي المعلق سيتحرك غالباً، عندما تكون أقطاب المغناطيسين على استواء واحد، وستنحرف إبرة البوصلة بشكل أكبر عند اقتراب قطب المغناطيس منها أو باتجاهها.

أستكشف أكثر

أفترض أنني وضعت قضيبين مغناطيسيين على مستوى واحد، وفي خط مستقيم؛ بحيث يلامس القطب الشمالي لمغناطيس القطب الجنوبي للأخر. ترى أين تتركز أكبر قوة لهذا المغناطيس المزدوج؟ أصمم تجربة لاختبار توقعي، وأكتب تقريراً عن مدى دقته.

القضيبان المغناطيسيان إذا وضعا معاً بهذه الطريقة فسيعملان كمغناطسي واحد وتكون القوى أكبر عند الأقطاب المتقابلة.

أقرأ الشكل

أي مغناطيس كهربائي له أقوى مجال مغناطيسي؟ إرشاد: أنظر إلى خطوط المجال المغناطيسي؟

خطوط مجال الملف متقاربة وأكثر عدداً، تجعل الملف له مجال مغناطيسي أقوى.

نشاط

ألاحظ. أضع بوصلة تحت الملف، ثم أوجه الملف بحيث يصبح متعامداً مع إبرة البوصلة، أوصل طرفي السلك بقطبي بطارية. أدون ملاحظاتي.

تتحرك إبرة البوصلة.

أفسر البيانات. كيف يمكنني صنع مغناطيس كهربائي قوي بالمواد التي استخدمتها؟

لف السلك ممكن كله حول المسمار، مسمار الحديد يزيد من قوة المغناطيس الكهربائي، وزيادة عدد لفات السلك تزيد من قوة المغناطيس أيضاً، يتكون أقوى مغناطيس كهربائي من مسمار حديد داخل ملف بلفات كثيرة.

أقرأ الشكل

ما مصدر طاقة الكهرباء؟ إرشاد: أتفحص من أين يدخل الماء؟ ومن أين يخرج؟

مصدر طاقة الكهرباء هي طاقة الماء الساقط، ويمكننا تغيير كمية الكهرباء المتولدة إذا تحكمنا بكمية الماء المارة بالتوربين.

أقارن. فيم تشبه الكرة الأرضية القضيب المغناطيسي وقيم تختلف عنه؟

• أوجه التشابه: للأرض قطبان مغناطيسيان شمالي وجنوبي وكذلك للقضيب المغناطيسي كما أن الأرض مغناطيس دائم مثل معظم المغناطيسات.
• أوجه الاختلاف: للأرض قطبان جغرافيان شمالي وجنوبي اما المغناطيس فليس له قطبان جغرافيان.

التفكير الناقد. كيف يمكنك تحويل قطعة حديد إلى مغناطيس دائم؟

وضع قطعة الحديد التي تتجه الاقطاب الشمالية والاقطاب الجنوبية لذراتها في اتجاه عشوائي بالقرب من مغناطيس قوي بحيث تسحب الذرات وتصطف في الاتجاه نفسه فيتكون مغناطيس دائم ضعيف.

أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم؟

• أوجه الشبه: كل منهما يمكنه سحب أو دفع بعض الفلزات والمغانط الأخرى ولهما قطبان شمالي وجنوبي.
• أوجه الاختلاف: المغناطيس الكهربائي يفقد مغناطيسيته عند عدم مرور التيار الكهربائي فيه كما انه يمكن تغير قوته بتغير التيار الكهربائي المار فيه او تغير عدد وحجم اللفات.

التفكير الناقد. كيف يمكن أن تصنع جرس باب من قضيب حديدي وملف أسلاك؟

إذا تم سحب قضيب حديدي بلطف الى الخارج فالقوة المغناطيسية للمغناطيس الكهربائي ستسحبه الى الداخل فيصطدم القضيب الحديدي بالجرس في أثناء عودته فتسمع جرس الباب ويمكن ربط القضيب الحديدي بنابض زنبرك ليسحبه الى الخارج.

أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين المولدات والمحركات الكهربائية؟

• أوجه التشابه: لكل منهما ملفات مثبتة بمحور داخل مجال مغناطيسات دائمة.
• أوجه الاختلاف: في المولد الكهربائي يدور المحور مما يؤدي إلى سريان الكهرباء في الملفات والمحركات الكهربائية فإن الكهرباء تسري في داخل الملفات مكونة مجالاً مغناطيسياً يؤدي إلى دوران المحور.

التفكير الناقد. ماذا يمكن أن يحدث لمولد كهربائي إذا دار مغناطيس الدائم بدلاً من الملف؟

يستمر توليد الكهرباء وسيعمل كالمعتاد لكن يكون تحريك الملفات في المولد الكهربائي أسهل من تحريك المغناطيسات الدائمة لثقل المغناطيسات الدائمة.

أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين الرفع المغناطيسي والطفو؟

• أوجه الشبه: الرفع المغناطيسي هي قوة رفع مثل الطفو يعمل الرفع المغناطيسي عادة ضد الجاذبية.
• أوجه الاختلاف: الطفو عملية طبيعية، اما الرفع المغناطيسي فهو عملية اصطناعية.

التفكير الناقد. كيف يمكن لأقطاب مغناطيس أن تترتب لترفع قضيباً مغناطيسياً؟

• لرفع قضيب مغناطيسي نحتاج إلى قطبين متشابهين في كل جهة من القضيب المغناطيسي لدفعه او رفعه ونحتاج أيضاً الى مغناطيسات كهربائية أخرى كي لا ينقلب القضيب المغناطيسي.
• ولرفعه من أعلى سنحتاج إلى قطبين متضادين في كل جهة قطب جنوبي مقابل القطب الشمالي وقطب شمالي مقابل القطب الجنوبي.

أفكر وأتحدث وأكتب.

1. المفردات. رفع الأجسام اعتماداً على قوى التنافر المغناطيسي تسمى الرفع.

2. أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين جرس الباب والسماعة الصوتية؟

3. التفكير الناقد. كيف يمكن أن يؤثر تسخين قضيب مغناطيسي في مغناطيسيته؟

سيفقد المغناطيس بعض من مغناطيسيته في حالة تسخينه حيث يتعرض المغناطيس للتسخين تتوزع ذراته بشكل عشوائي ولكيلا يمتلك المغناطيس خصائص المغناطيسية يجب أن تكون أقطاب الذرات في المغناطيس مصطفة في نفس الاتجاه.

4. أختار الإجابة الصحيحة. أي مما يأتي لا يعمل على زيادة قوة المغناطيس الكهربائي؟

أ- زيادة عدد الحلقات.

ب- وضع قضيب حديد في المركز.

ج- زيادة المقاومة.

د- زيادة التيار الكهربائي.

5. أختار الإجابة الصحيحة. يحدث تحول في الطاقة في المحرك الكهربائي من:

أ- إشعاعية إلى كهربائية.

ب- حرارية إلى ميكانيكية.

ج- نووية إلى كهربائية.

د- كهربائية إلى حركية.

6. السؤال الأساسي. كيف تعمل المغناطيسات؟

• المغناطيس جسم له القدرة على سحب جسم آخر له خصائص مغناطيسية ويؤثر المغناطيس في فلزات معينة منها الحديد والنيكل.
• المغناطيس له قطبان: شمالي وقطب جنوبي والأقطاب المتشابهة تتنافر والأقطاب المختلفة تتجاذب.
• إذا قطع مغناطيس إلى نصفين فإن كل نصف سيكون مغناطيساً بقطبين.

العلوم والمجتمع

تحديد الأماكن

يمارس العديد من الناس رياضة تحديد المواقع بأسرع وقت ممكن. أبحث عن هذه الرياضة، وأكتب تقريراً موضحاً فيه كيف تستخدم المغناطيسية في هذه الرياضة؟

تستخدم البوصلات ليحددوا طريقهم حول الأرض يجب أن تستعمل حسابات خاصة لتصحيح الفرق بين القطب الشمالي المغناطيسي والقطب الجغرافي.

العلوم والرياضيات

القوى المغناطيسية

يستطيع ملف كهربائي مغناطيسي أن يلتقط 114 كجم من الحديد، ويستطيع قضيب مغناطيسي قوي أن يلتقط 33 كجم من الحديد، ما النسبة بين قوتيهما؟

النسبة 33:114 أي 11:38