افترض أن هناك معارضاً لقانون لنز يقول إن القوة تعمل على زيادة التغير في المجال المغناطيسي، لذلك عندما تحتاج إلى طاقة أكبر فإنه تلزمنا قوة أقل لتدوير المولد، فما قانون الحفظ الذي ينتهكه هذا القانون الجديد؟ وضح إجابتك.

هذا سينقض قانون حفظ الطاقة، وستنتج طاقة أكبر من الطاقة الداخلة. وينتج المولد في هذه الحالة طاقة من العدم، ولن يقتصر عمله على تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، وهذا غير صحيح.

حلول مراجعة عامة والتفكير الناقد والكتابة في الفيزياء

مراجعة عامة:

80. عدد لفات الملف الابتدائي في محول مثالي رافع 500 لفة وعدد لفات الملف الثانوي 15000 لفة، إذا وصلت دائرة الملف الابتدائي بمولد تيار متناوب قوته الدافعة الكهربائية 120 v، فأجب عما يلي:

a. احسب القوة الدافعة الكهربائية في دائرة الملف الثانوي.

$\begin{array}{r}\frac{V_{\mathrm{s}}}{V_{\mathrm{p}}}=\frac{N_{\mathrm{s}}}{N_{\mathrm{p}}}\\ V_{\mathrm{s}}=\frac{V_{\mathrm{p}}{\underset{\_}{N}}_{\mathrm{s}}}{N_{\mathrm{p}}}\\ =3.6\times {10}^{3}V\end{array}$

b. إذا كان تيار دائرة الملف الثانوي يساوي 3 A، فاحسب تيار دائرة الملف الابتدائي.

$\begin{array}{r}{\mathbf{V}}_{\mathrm{p}}{\mathbf{I}}_{\mathrm{p}}={\mathbf{V}}_{\mathrm{s}}{\mathbf{I}}_{\mathrm{s}}\\ {\mathbf{I}}_{\mathrm{p}}=\frac{{\mathbf{V}}_{\mathbf{S}}{\mathbf{I}}_{\mathbf{S}}}{{\mathbf{V}}_{\mathrm{p}}}\\ =9\times 10\mathrm{A}\end{array}$

c. ما مقدار القدرة المسحوبة بواسطة دائرة الملف الابتدائي؟ وما مقدار القدرة التي تزودها دائرة الملف الثانوي؟

• V_pI_p = 1.1 × 10⁴W
• V_sI_s = 1.1 × 10⁴W

81. ما مقدار السرعة التي يجب أن يقطع فيها موصل طوله 0.2 m مجال مغناطيسي مقداره 2.5 T عمودياً عليه لتكون القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة فيه 10 v؟

EMF = BLv

$\mathbf{v}=\frac{\mathbf{EMF}}{\mathbf{BL}}$

= 20 m/s

82. ما مقدار السرعة التي يجب أن يتحرك بها موصلاً على مجال مغناطيسي مقداره طوله 50 cm عمودي 0.2 T لكي تتولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية مقدارها 1 v؟

EMF = BLv

$\mathbf{v}=\frac{\mathbf{EMF}}{\mathbf{BL}}$

= 1 × 10

83. دائرة إنارة منزلية تعمل على جهد فعال مقداره 120 v، ما أكبر قيمة متوقعة للجهد في هذه الدائرة؟

V_eff = (0.707) V_max

$V_{max}=\frac{V_{\text{eff }}}{0.707}$

= 170 V

84. محمصة الخبز. تعمل محمصة خبز بتيار متناوب مقداره 5.2 A، ما أكبر قيمة للتيار في هذا الجهاز؟

I_eff = (0.707) I_max

${\mathbf{I}}_{max}=\frac{{\mathbf{I}}_{\mathrm{eff}}}{\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{707}}$

= 3.5 A

85. يحدث تلف للعزل في مكثف إذا تجاوز الجهد اللحظي المقدار 575 v، ما مقدار أكبر جهد متناوب فعال يمكن استخدامه في المكثف؟

407 = V_eff = (0.707) V_max

86. المنصهر الكهربائي. يعمل قاطع الدائرة المغناطيسي على فتح دائرته إذا بلغ التيار اللحظي فيها 21.25 A، ما مقدار أكبر تيار فعال يمكن أن يمر بالدائرة؟

I_eff = (0.707) I_max= 15.03 A

87. إذا كان فرق الجهد الكهربائي الداخل إلى محطة كهربائية فرعية يساوي 240000 فما النسبة بين عدد لفات المحول المستخدم إذا كان الجهد الخارج من المحطة يساوي 440 v؟

الابتدائي: الثانوي

1:545

88. يزود مولد تيار متناوب سخاناً كهربائياً بقدرة مقدارها 45 kw، فإذا كان جهد النظام يساوي 660 v فما القيمة العظمى للتيار المزود للنظام؟

• I_rms = 68 A
• I_peak = 96 A

89. يتكون الملف الابتدائي في محول مثالي خافض من 100 لفة، ويتكون الملف الثانوي من 10 لفات، فإذا وصل بالمحول مقاومة حمل قدرتها 2 kw فما مقدار التيار الفعال الابتدائي؟ افترض أن مقدار الجهد في الملف الثانوي يساوي 60 v.

• V_{s eff} = 42.4 V
• I_{s eff} = 47A
• I_{p eff} = 4.7 A

90. قدره محول 100 kw وكفاءته %98:

a. إذا استهلك الحمل الموصول به 98 kw فما مقدار القدرة الداخلة إلى المحول؟

• P_out = 98 kW
• P_in = 1×10² kW

b. ما مقدار أكبر تيار في الملف الابتدائي الضروري لجعل المحول يستهلك قدرته الفعالة؟ افترض أن $v$ 600 = _p$v$.

I = 200 A

91. يقطع سلك طوله 0.4 m عمودياً خطوط مجال مغناطيسي شدته 2 T بسرعة 8m/s.

a. ما مقدار القوة الدافعة الكهربائية الحثية المتولدة في السلك؟

EMF = BLv = 6.4 V

b. إذا كان السلك جزءاً من دائرة مقاومتها 6.4Ω فما مقدار التيار المار فيه؟

EMF = IR

$I=\frac{EMF}{R}$

= 1 A

92. يتحرك ملف سلكي طوله 7.5 m عمودياً على المجال المغناطيسي الأرضي بسرعة 5.5m/s، إذا كانت المقاومة الكلية للسلك 5x10^-2Ω، فما مقدار التيار المار فيه؟ افترض أن المجال المغناطيس للأرض يساوي5x10^-2T.

EMF = BLv
V = IR
EMF =V
IR = BLv

= 41 mA

93. القيمة العظمى للجهد المتناوب، الذي يطبق على مقاومه مقدارها 144Ω هي 1x10²v ما مقدار القدرة التي يمكن أن تعطيها المقاومة الكهربائية؟

$\begin{array}{r}{P}_{max}=\frac{V^2}{R}\\ =69.4 \mathrm{W}\end{array}$

= 69.4 W

$\frac{P_{max}}{2}=34.7\mathrm{W}$ يجب أن يستهلك المقاوم.

94. التلفاز. يستخدم محول رافع في أنبوب الأشعة المهبطية CRT في التلفاز لتحويل الجهد من 120 v إلى 48000 v، إذا كان عدد لفات الملف الثانوي للمحول 20000 لفة، وكان الملف يعطي تياراً مقداره 1 A فأجب عما يلي:

a. ما عدد لفات الملف الابتدائي؟

$\frac{{\mathbf{V}}_{\mathrm{s}}}{{\mathbf{V}}_{\mathrm{p}}}=\frac{{\mathbf{N}}_{\mathrm{s}}}{{\mathbf{N}}_{\mathrm{p}}}$

$N_p = \frac{N_{p }{N}_s}{v_s}$

= 50 لفة

b. ما مقدار التيار الداخل إلى الملف الابتدائي؟

$\begin{array}{r}{\mathbf{V}}_{\mathrm{p}}{\mathbf{I}}_{\mathrm{p}}={\mathbf{V}}_{\mathrm{s}}{\mathbf{I}}_{\mathrm{s}}\\ {\mathbf{I}}_{\mathrm{p}}=\underset{\_}{{\mathbf{V}}_{\mathrm{s}}{\mathbf{I}}_{\mathrm{s}}}\\ {\mathbf{V}}_{\mathrm{p}}\\ =\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{4}\mathbf{A}\end{array}$

التفكير الناقد:

95. تطبيق المفاهيم. افترض أن هناك معارضاً لقانون لنز يقول إن القوة تعمل على زيادة التغير في المجال المغناطيسي، لذلك عندما تحتاج إلى طاقة أكبر فإنه تلزمنا قوة أقل لتدوير المولد، فما قانون الحفظ الذي ينتهكه هذا القانون الجديد؟ وضح إجابتك.

هذا سينقض قانون حفظ الطاقة، وستنتج طاقة أكبر من الطاقة الداخلة. وينتج المولد في هذه الحالة طاقة من العدم، ولن يقتصر عمله على تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، وهذا غير صحيح.

96. حلل. لا تصل كفاءة المحولات العملية إلى %100، اكتب تعبيراً يمثل كفاءة المحول بدلالة القدرة، إذا استخدم محول خافض كفاءته %92.5، وعمل على خفض الجهد في المنزل من 125 v إلى 28 v، وكان التيار المار في دائرة الملف الثانوي يساوي 25 A فما مقدار التيار المار في دائرة الملف الابتدائي؟

$e=\frac{P}{P_p}\times 100$

P_s = V_sI_s = 7 × 10² W

$P_p=\frac{100P_s}{e}$

= 757 W

97. حلل واستنتج. محول كهربائي كفاءته % 95 يزود ثمانية منازل، وكل منزل يشغل فرناً كهربائي يسحب تياراً مقداره 35 A بفرق جهد مقداره 240 v، ما مقدار القدرة التي تزود بها الأفران الثمانية؟ وما مقدار القدرة المستنفدة في المحول في صورة حرارة؟

P_s = V_sI_s = 67 kW

$P_p=\frac{100P_s}{e}$

= 71 kW

P = P_p-P_s = 4 kW

الكتابة في الفيزياء:

98. صممت الأجهزة الشائعة مثل المثقب الكهربائي بصورة مثالية بحيث يحتوي على محرك توالٍ ارجع إلى مكتبتك وبعض المصادر الأخرى لتوضح كيف يمكن لهذا النوع من المحركات استخدام تيار متناوب أو تيار مستمر.

متروك للطالب.

مراجعة تراكمية:

يستخدم محرك الDC كلاً من الملف ذو القلب الحديدي والملف الموصول على التوالي معاً، عند تشغيله بوساطة تيار متردد تتغير القطبية في المجالين لحظياً، ولذلك تبقي قطبية المجال المغناطيسي دون تغير، وبذلك يصبح اتجاه الدوران ثابتاً.

99. ما مقدار الشحنة على مكثف سعته 22μF عندما يكون فرق الجهد بين لوحيه 48 v؟

$\begin{array}{r}\mathbf{C}=\frac{\mathbf{q}}{\mathrm{\Delta }\mathbf{V}}\\ \mathbf{q}=\mathbf{C}\mathrm{\Delta }\mathbf{V}=\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{1}\times {\mathbf{10}}^{-3} \mathrm{C}\end{array}$

100. ما مقدار فرق الجهد بين طرفي مقاومة كتب عليها 22Ω و5w عندما تصبح القدرة نصف قيمتها العظمى؟

$\begin{array}{r}P=\frac{V^2}{R}\\ V=7.4\mathrm{V}\end{array}$

101. احسب المقاومة المكافئة للمقاومات الموضحة في الشكل 27-2.

$\begin{array}{r}\frac{1}{R_{3\text{ inparallel }}}=\frac{1}{85}+\frac{1}{85}+\frac{1}{85}\\ R_{3\text{ inparallel }}=28.3\mathrm{\Omega }\\ \frac{1}{R_{2\text{ inparallel }}}=\frac{1}{85}+\frac{1}{85}\\ R_{2\text{ inparallel }}=42.5\mathrm{\Omega }\\ R=R{3}_{2\text{ inparallel }}+R_{2\text{ inparallel }}=71\mathrm{\Omega }\end{array}$

102. يتحرك الكترون بسرعه 2.1x10⁶m/s عمودياً على مجال مغناطيسي مقداره 0.81 T، ما مقدار القوة المؤثرة في الالكترون؟ وما مقدار تسارعه علماً بأن كتلته 9.11x10^-31kg.

F = Bqv = 2.7 × 10^-13 N

F = ma

$a=\frac{F}{m}=3\times {10}^{17} \frac{m}{s^2}$