[ناصر اللحياني]

دوران ملف موضوع في مجال مغناطيسي منتظم

بداية شاهدوا المقطعيين التاليين ( فيديو ) :

أضغط على الرابط التالي بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم :
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ation_coil.rar

نلاحظ من مقطعي الفيديو أنه عند وضع ملف في مجال مغناطيسي منتظم بشكل موازي لاتجاهه ، فإن الملف يدور ، وهذا راجع إلى تعرض ضلعي الملف المتعامدين مع المجال المغناطيسي لقوتين متوازيتين متضادتين كونتا ازدواجا عمل على إدارة الملف .

توضيح :
بتطبيق قاعدة اليد اليمنى على الضلعين المتوازيين نجد أن المجال المغناطيس منطبق على اتجاه التيار ، فتكون القوة المغناطيسية مساوية للصفر .

وبتطبيق قاعدة اليد اليمنى على الضلعين المتوازيين نجد أن المجال المغناطيس يؤثر عليهما بقوتين متعاكستين اتجاههما عمودي على المجال المغناطيسي وبالتالي يحدث ازدواجا ، يعطى عزمه من العلاقة التالية :

عز = ن ت حم س جتاي

س : مساحة الملف ، ي : الزاوية بين اتجاه ( حم ) ومستوى الملف .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/rotation_coil.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ation_coil.swf

ملاحظة من أخي الفريــــد :
يُستحسن في هذا الدرس التطرق إلى المحرك الكهربائي ، لأن أساسه العلمي له هو : (دوران ملف موضوع في مجال مغناطيسي منتظم ) .

[ناصر اللحياني]

ملاحظة مهمة :

الصور التالية توضح الضلعين المتعامدين والضلعين المتوازيين للملف المستطيل للصور أعلاه :

[ناصر اللحياني]

التدفق المغناطيسي :

المقصود منه : اختراق خطوط المجال المغناطيسي لسطح أمامه .
تعريفه : عدد متجهات خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق السطح بشكل عمودي .
ويقاس بوحدة : ويبر ( تكافئ : تسلا . متر2 )


العوامل المؤثرة عليه :

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/flux_magnetic.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/nas...x_magnetic.swf

1 – عدد اللفات فكلما زاد عدد اللفات زاد التدفق ، والسبب كما مر معنا في درس " المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار " ، هو أنه عندما تزداد عدد اللفات يزداد شدة المجال .
2 – شدة المجال المغناطيس : فكلما زادت شدة المجال زاد التدفق ، لأن زيادة شدة المجال يعني زيادة خطوطه التي تخترق السطح بشكل عمودي .
3 – مساحة السطح : لاحظ في الصورتين التاليتين أنه كلما زادت المساحة زاد التدفق

4 –الزاوية بين اتجاه المجال المغناطيسي ومستوى الملف ، من الصور التالية يتضح أنه التدفق يكون أكبر ما يمكن عندما تكون الملف عموديا على اتجاه المجال ، وكلما قلت الزاوية قلّ التدفق ، لينعدم عندما يكون موازيا .

يعطى التدفق المغناطيسي بالعلاقة التالية :
تد = ن × حم × س × جاي

تعريف الويبر : هو التدفق المغناطيسي لمجال منتظم شدته ( 1 تسلا ) من خلال سطح مساحته ( 1 م2 ) بشكل عمودي .
غ

[ناصر اللحياني]

المغناطيس الضعيف : هو مغناطيس يصنع من مواد مثل الحديد والنيكل، وتسمى المواد المغنطيسية اللينة، لأنها لا تستعيد مغنطيسيتها خارج المجال المغنطيسي القوي. فالإبرة الحديدية الممغنطة، على سبيل المثال، تفقد مغنطيسيتها عند إبعادها عن المجال المغنطيسي.

المغناطيس القوي: هي مواد تحتفظ بمغنطيسيتها بعد مغنطتها، ولذلك تسمى المواد المغنطيسية الصلبة. والعديد من المغانط الدائمة القوية سبائك (خلائط) تتكون من الحديد أو النيكل أو الكوبالت، مخلوطًا بمواد أخرى. وتشمل هذه السبائك المغنطيسية الألنيكو، وهو مجموعة من السبائك المحتوية عادة على خليط من الألومنيوم والنيكل والكوبالت والحديد والنحاس؛ وسبيكة من الكوبالت والكروم تسمى السبيكة الكوبالتية الكرومية. وقد أنتجت سبائك محتوية على عناصر فلزية تسمى عناصر الأتربة النادرة بعضًا من أقوى المغانط الدائمة. وتشمل هذه السبائك السبيكة الكوبالتية السمريومية، المكونة من خليط من الكوبالت وعنصر السمريوم الذي ينتمي إلى عناصر الأتربة النادرة؛ وتوليفة من الحديد والبورون وعنصر ترابي نادر يسمى النيوديميوم. وتتكون مجموعة أخرى مهمة من السبائك المغنطيسية، تسمى الحديديات، من الحديد والأكسجين وعناصر أخرى. وينتمي إلى هذه المجموعة المغنطيس المعروف باسم المجنتيت أو الحجر المغنطيسي، وهو أفضل مغنطيس دائم طبيعي معروف.

[ناصر اللحياني]

أولا : جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي :

يعتبر التصوير بالرنين المغناطيسي من أحث أنواع التصوير الطبي وأكثرها أمانا لجسم الإنسان .
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي للتشخيص والكشف عن الإصابات في العمود الفقري وكذلك الأورام بوضوح , كما يستخدم أيضا للكشف عن وجود انسداد في الأوعية الدموية .


المبدأ العلمي الذي يعتمد عليه

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/MRI1.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/MRI1.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/MRI2.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/MRI2.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/MRI3.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/MRI3.swf

يقع المريض أثناء عمل جهاز الرنين المغناطيسي تحت تأثير مجال مغناطيسي قوى يؤثر على البروتونات ( ذرات الهيدروجين الموجودة في الماء ) داخل جسم الإنسان (لأن الماء يشكل75% من كتلة جسم الإنسان ) و والبروتونات في طبيعتها تتحرك حركة مغزلية بتردد معين وفي الوقت نفسه تتحرك حركة عشوائية , أما عند تعرضها للمجال المغناطيسي القوي فإنها تتحرك بانتظام في اتجاهين ( مع المجال المغناطيسي أو عكسه ) إلا أن البروتونات التي تتحرك بنفس اتجاه المجال يكون عددها أكبر من الأخرى وفي الوقت نفسه تكون أكثر استقرارا .

يسلط على هذه البروتونات موجات بتردد معين , فإذا توافق تردد هذه الموجات مع تردد البروتونات يحدث ما يسمى الرنين المغناطيسي وتنحرف البروتونات عندئذ عن مسارها بزاوية 90 ْ وتصبح في وضع غير مستقر , لأنها امتصت طاقة من الموجات المسلطة عليها , وعند توقف تأثير الموجات على هذه البروتونات يفقد البروتون الطاقة التي اكتسبها على شكل موجة ذات تردد معين ( تسمى هذه العملية بالاسترخاء للبروتون ) وذلك ليعود إلى وضعه الأصلي , وتسجل هذه الموجات ضمن جهاز الرنين المغناطيسي ليسجلها على هيئة صورت تعطي تفاصيل محددة . وقد لاحظ العلماء أن زمن الاسترخاء يختلف حسب مكان وجود الماء , فزمن الاسترخاء لبروتونات الماء في الأكياس المائية أكبر من زمن مثيلاتها في الأورام السرطانية مما يمكن للمتخصص معرفة نوع الورم بناء على الصورة المتوفرة .

[ناصر اللحياني]

في الرابط التالي

(( 6 مقاطع فيديو لأجهزة ))

الرنين المغناطيسي والجلفانوميتر والأميتر والفولتميتر

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/galvanometer.rar

[ناصر اللحياني]

ثانيا : جهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك

وظيفته :
يستخدم لقياس شدات التيار الصغيرة التي تصل إلى 10 ^ - 10 أمبير ، مع تحديد اتجاهها .

فكرة عمله :
عزم الازدواج الناشئ عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي

تركيبه :

مغناطيس قوي على شكل حرف U ,ملف قابل للدوران , نابض خفيف (زنبرك يعمل على إعادة الملف لوضعه الأصلي) , مؤشر متصل بالملف .

طريقة عمله :
عندما يمر تيار في الملف ينشأ عزم ازدواج بسبب تأثير المجال المغناطيسي يعمل على دوران الملف ، وينشأ عزم ازدواج آخر من النابض يقاوم هذا الدوران فيتزن الملف ويتوقف عن الدوران ويشير مؤشر الجلفانومتر لقيمة التيار المراد قياسها .

شرط اتزانه :
تساوي العزمين المتضادين ( العزم الناشئ عن المجال والناشئ عن النابض )

عيوبه :
التيار الكبير قد يؤدي إلى تلفه ( لكبر عزم الملف عن عزم النابض فيتلف النابض وبالتالي الجهاز )

مميزاته :
1- يقس تيارات أقل من الميكرو أمبير
2- لا يتأثر بالعوامل الجوية ( رطوبة وخلافه ) ولا يتأثر بالمغناطيس القريب منه .

ملاحظة :
سمي الجلفانومتر ذي الملف المتحرك بسبب أن الجزء المتحرك فيه هو الملف , وكما يوجد نوع آخر يسمى الجلفانومتر ذي المغناطيس المتحرك لا يستخدم في الوقت الحاضر , وفيه يكون الجزء المتحرك هو إبرة مغناطيسية .

[ناصر اللحياني]

ثالثا : الأميتر :

وظيفته :
جهاز يستخدم لقياس شدة التيارات الكبيرة في الدائرة الكهربائية.

تركيبه : جلفانومتر مضافا إليه مقاومة صغيرة جدا (م ) توصل مع ملف الجلفانومتر على التوازي ( تسمى مجزئ التيار )
السبب: ليحدث تفرع للتيار المراد قياسه (ت) حيث يمر جزء صغير من التيار (ت1) عبر ملف الجلفانومتر والجزء الكبير من التيار يمر عبر المقاومة الصغيرة (م) ( تذكر أن العلاقة بين شدة التيار والمقاومة هي علاقة عكسية وفق قانون أوم )

العلاقة الرياضية :

بما أن المقاومتان على التوازي :
فرق الجهد ثابت
ويكون جـ = جـ .
م. ت1 = م ( ت – ت1 )
م = م. × ت1 / ( ت- ت1)

لاحظ أن القوة المضاعفه للمجزئ
ض = ت/ت1

مقاومة مجزئ التيار
م = م. / ( ض – 1 )

توضيح الرموز :
م. : مقاومة الجلفانومتر
ت1 : التيار المار في الجلفانومتر ( أكبر تيار )
م : مقاومة مجزئ التيار ( المقاومة المضافة )
ت : شدة التيار الذي يقيسه الأميتر ( أكبر تيار )
( ت- ت1) : التيار المار في مجزئ التيار

[ناصر اللحياني]

رابعا : الفولتميتر :

وظيفته :
جهاز يستخدم لقياس فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة الكهربائية .

تركيبه :
جلفانومتر مضافا إليه مقاومة كبيرة توصل مع ملف الجلفانومتر على التسلسل (م) , ( تسمى مضاعف الجهد )

السبب :
لتقليل كمية التيار المارة في ملف الجلفانومتر حتى لا يؤثر على شدة التيار المار في الدائرة الرئيسية وتحافظ على سلامة ملف الجلفانومتر.

العلاقة الرياضية :

بما أن المقاومتان على التوالي إذا فرق الجهد غيرثابت ويكون
جـ = جـ . + جـ 1
جـ = ت1 ( م + م . )

مقارنة :

خامسا : الأفوميتر :

وهو جهاز يمكن استخدامه لقياس شدة التيار أو فرق الجهد أو مقدار المقاومة ويتم ذلك حسب رغبة المستخدم عن طريق قرص يدار ليحدد مجال الاستخدام .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/galvanometer.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/galvanometer.swf

[ناصر اللحياني]

قياس المقاومة الكهربية

1- لو أردنا قياس قيمة مقاومة موصلة بدائرة ما فيجب إزالتها من الدائرة قبل بدء القياس حتى نحصل على القراءة الصحيحة

2- ثم نقوم بلمس طرف المجس الأحمر (الموجب) بأحد أطراف المقاومة وطرف المجس الأسود (السالب) بطرف المقاومة الآخر وسوف تظهر لنا قيمة المقاومة في شاشة الأوميتر

قياس فرق الجهد

لو أردنا قياس قيمة فرق الجهد في المقاومة العلوية فما علينا إلا أن نلامس طرف المجس الأحمر (الموجب) بأحد أطراف المقاومة وطرف المجس الأسود (السالب) بطرف المقاومة الآخر وسوف تظهر لنا قيمة فرق الجهد في شاشة الفولتميتر كما بالشكل التالي

قياس شدة التيار

لو أردنا قياس شدة التيار المار في الدائرة فيجب أن نجعل التيار يمر عبر الأميتر لقياسه (أي يجب أن نوصل الملتيمتر بالتسلسل مع الدائرة) كما هو موضح هنا فنرى هنا أن التيار يدخل إلى الملتيمتر عن طريق المجس الأحمر ثم يغادره عن طريق المجس الأسود ليكمل دورته في الدائرة.