كتاب الفيزياء الثالث المتوسط

‫الطاقة الكهربائية وكيفية حسابها‬ ‫‪2-5‬‬ ‫الشكل (‪)5‬‬ ‫ن�ضتعمل في بيوتنا العديد من الجهزة الكهربائية‪ ،‬كما تزودنا‬ ‫وزارة الكهرباء بالطاقة الكهربائية اللازمة لت�ضغيل هذه الجهزة‪،‬‬ ‫فتعمل على ن�ضب مقيا�ض كهربائي في كل منزل لت�ضجيل مقدار‬ ‫الطاقة الكهربائية الم�ضتهلكة فيه ون�ضتلم �ضهري ًا قائمة تحوي ثمن‬ ‫الطاقة الم�ضتهلكة‪.‬‬ ‫قيا�ض مقدار الطاقة الكهربائية الم�ضتهلكة من قبل أاي جهاز‬ ‫كهربائي خلال فترة زمنية معينة يتم بالعلاقة ا آلتية‪:‬‬ ‫الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (الم�ضتهلكة) (‪ = )J‬القدرة الكهربائية (‪ × )W‬الزمن (‪)s‬‬ ‫‪Electrical Energy Consumption = Electric power × Time‬‬ ‫(‪E )Joules( = P)W( × t )s‬‬ ‫ﻣﺜﺎل‬ ‫إاذا ا�ضتعمل مجفف �ضعر لمدة (‪ )20 minutes‬وكانت‬ ‫قدرة المجفف (‪ )1500W‬إاح�ضب مقدار الطاقة الكهربائية‬ ‫الم�ضتثمرة في المجفف ؟‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪t = 20 × 60 = 1200s‬‬ ‫‪E =P×t‬‬ ‫(‪E = 1500)W(×1200)s( =1800000)J‬‬ ‫مقدر الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (‪E =1800)kJ‬‬ ‫‪101‬‬

‫ﻣﺜﺎل‬ ‫أابريق �ضاي كهربائي يعمل على فرق جهد (‪ )220V‬ين�ضاب في‬ ‫ملف ا إلبريق تيا ُر قدره (‪ )10A‬اإح�ضب مقدار‪:‬‬ ‫‪-1‬قدرة الإبريق‪.‬‬ ‫‪-2‬الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (الم�ضتهلكة)خلال (‪ )20s‬؟‬ ‫‪1- P=I×V‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫قدرة البريق ‪P=10×220 =2200W‬‬ ‫‪2- E =P×t‬‬ ‫(‪E = 2200 )W( ×20 )s‬‬ ‫(‪E = 44000)J‬‬ ‫مقدار الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة (‪E = 44)kJ‬‬ ‫علا َم يعتمد مقدار الطاقة الكهربائية الم�ضتهلكة أاو الم�ضتثمرة ؟‬ ‫ﻓﻜر‬ ‫يمكننا ح�ضاب الثمن الذي ندفعه بعد ا�ضتعمالنا لجهاز ما لفترة زمنية معينة‪ ،‬اإذا عرفنا ثمن الوحدة الكهربائية‬ ‫(‪ )kW-h‬وذلك من العلاقة التية‪:‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة = الطاقة الكهربائية (‪ × )kW-h‬ثمن الوحدة بالدينار لكل (‪.)kW-h‬‬ ‫اي‪:‬‬ ‫‪Cost of Electricity = Electrical Energy Consumed ×Unit Price‬‬ ‫وبما أان الطاقة الكهربائية = القدرة الكهربائية × الزمن‬ ‫‪E=P×t‬‬ ‫فتكون‪:‬‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة = القدرة(‪× )kW‬الزمن(‪× )h‬ثمن الوحدة‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪Cost‬‬ ‫‪of‬‬ ‫‪Electricity‬‬ ‫=‬ ‫‪Power‬‬ ‫‪)kW(×time‬‬ ‫‪)hour(×unit‬‬ ‫‪price‬‬ ‫)‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫(‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪102‬‬

‫ﻣﺜﺎل‬ ‫اأذاا�ضتعملتمكن�ضةكهربائيةلمدة(‪)30 minutes‬وكانت‬ ‫ال(مكن‪a�hr‬ض‪-‬ة‪n‬ت‪�Wi‬ض‪kD‬تهلك‪0‬ق‪0‬در‪1‬ة)( ف‪W‬ما‪0‬ه‪0‬و‪0‬ال‪1‬مب)لوغثالموناالجوبحددفةعاهل؟واحدة‬ ‫‪P = 1000  1000=1kW‬‬ ‫�لحل‪:‬‬ ‫= ‪t = 30 minutes‬‬ ‫‪0.5 h‬‬ ‫ثمن الوحدة‬ ‫‪Unit price = 100‬‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة = القدرة (‪ × )kW‬الزمن (‪ × )hour‬ثمن الوحدة‬ ‫‪kW-h‬‬ ‫‪)t0).h5(h((××u1n0it0p)rkDicWien-ahrkDWin(-a=hr 50‬‬ ‫‪Cost‬‬ ‫=‬ ‫(‪P)kW‬‬ ‫×‬ ‫‪Dinar‬‬ ‫كلفة الطاقة الكهربائية الم�ضتثمرة‬ ‫‪Cost‬‬ ‫=‬ ‫(‪)1kW‬‬ ‫×‬ ‫الكهرباء في بيوتنا‬ ‫‪3-5‬‬ ‫(‪)L‬‬ ‫أا�ضبحت الطاقة الكهربائية جزء ًا ا�ضا�ض ًا من حياتنا‬ ‫(‪)N‬‬ ‫اليومية ول يمكننا ال�ضتغناء عنها‪ ،‬ولكن هناك مخاطر‬ ‫للكهرباء يتوجب علينا تجنبها فال�ضعقة الكهربائية قد‬ ‫ال�ضكل (‪)6‬‬ ‫تكون�ضديدةوقدت ؤودياإلىالموت‪،‬فكيفن�ضتعملالطاقة‬ ‫الكهربائية ب�ضكل آامن في حياتنا‪ .‬تزودنا م ؤو�ض�ضات‬ ‫انتاج الطاقة الكهربائية بالطاقة عن طريق �ضلكين يمر‬ ‫فيهما تيار متناوب فرق الجهد بينهما ‪.220V‬‬ ‫ال�ضلك ا ألول (‪ )L‬جهده ي�ضاوي ‪ 220V‬ي�ضمى‬ ‫ال�ضلك الحي (الحار) ‪ Live wire‬ال�ضلك الثاني (‪)N‬‬ ‫يدعى بال�ضلك المتعادل (البارد) (‪)Neutral wire‬‬ ‫يحمل التيار اأي�ضا ولكن لكونه م ؤور�ض ًا عند محطة القدرة‬ ‫فاإن فولطيته لي�ضت عالية كما في ال�ضلك الحي (‪،)L‬‬ ‫لحظ ال�ضكل (‪.)6‬‬ ‫‪103‬‬

‫الدوائر المؤرضة‬ ‫‪4-5‬‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫ال�سلك الم ؤ�ر�ض ) ‪:(The Earth Wire‬‬ ‫(‪)E‬‬ ‫من ملاحظتك لل�شكل (‪ ،)7‬ال�سلك الم�ؤر�ض ‪ E‬مت�صل‬ ‫(‪)N‬‬ ‫بالأر�ض‪ ،‬ي�ستعمل لل�سلامة الكهربائية (�سلك ا ألمان) ففي‬ ‫حالة حدوث أ�ي خلل في الدائرة الكهربائية أ�و حدوث‬ ‫تما�س بين ال�سلك الحي والغلاف المعدني للجهاز‪.‬‬ ‫ف�سوف ي ؤ�دي إ�لى ان�سياب معظم التيار الكهربائي من‬ ‫ال�سلك الحي إ�لى الار�ض من خلال ال�سلك الم ؤ�ر�ض‪ .‬مما‬ ‫يقلل خطر ال�صعقة الكهربائية‪.‬‬ ‫القاب�س ذو الفا�صم (‪:)Plug with fuse‬‬ ‫القاب�س الكهربائي (‪ )Plug‬يتركب من ال�سلكين‬ ‫الحي (‪ )L‬والمتعادل (‪ )N‬وال�سلك الم�ؤر�ض (‪)E‬‬ ‫والفا�صم (‪ )Fuse‬انها جميع ًا ت�شكل و�سائل الامان (‪)L‬‬ ‫الكهربائي لاحظ ال�شكل ( ‪.)8‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫الفا�صم (‪: )Fuse‬‬ ‫ال�شكل (‪)9‬‬ ‫ي�صنع من �سلك فلزي بحيث لا يتحمل تيار ًا يزيد‬ ‫مقدار ُه عن حد معين فاذا تجاوز التيار هذا الحد عندئذ‬ ‫ي�سخن لدرجة حرارية تكفي لان�صهاره‪ ،‬وعندها ينقطع‬ ‫التيار الكهربائي عن الجهاز‪.‬‬ ‫الفا�صم (‪ )fuse‬يجب أ�ن يو�ضع في دائرة على‬ ‫التوالي مع ال�سلك الحي قبل دخول التيار في الجهاز‪،‬‬ ‫لكي ي ؤ�دي وظيفة الحماية فيقطع الدائرة عندما ين�ساب‬ ‫تيار في الدائرة اكبر من التيار المنا�سب لها ‪.‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)9‬‬ ‫‪104‬‬

‫ال�شكل (‪)10‬‬ ‫وي�ستعمل أ�ي�ض ًا جهاز آ�خر للامان الكهربائي‬ ‫ي�سمى القاطع الكهربائي )قاطع الدورة( �إذ‬ ‫يقوم بقطع التيار الكهربائي تلقائيا ًفي حالة‬ ‫ان�سياب تيار اكبر من التيار الم�صمم لها‪ .‬لاحظ‬ ‫ال�شكل )‪.(10‬‬ ‫تجنب الصعقة الكهربائية‬ ‫‪5-5‬‬ ‫ال�شكل (‪)11‬‬ ‫عملية الت�أري�ض تعني الات�صال بالأر�ض‬ ‫(‪ )Earthing Connection‬ويرمز لهذه‬ ‫ال�شكل (‪)12-a‬‬ ‫العملية بالرمز ( ) وهي من و�سائل ا ألمان‬ ‫‪105‬‬ ‫ا ألخرى‪.‬‬ ‫ويتم عادة ت�أري�ض ا ألجهزة الكهربائية ذات‬ ‫الغلاف المعدني لتجنب ال�صعقة الكهربائية‬ ‫وحماية الأجهزة الكهربائية‪ ،‬لان �سلك الت�أري�ض‬ ‫هو �سلك غليظ مقاومته الكهربائية �صغيرة جد ًا‬ ‫�أقل من مقاومة ج�سم ا إلن�سان‪ ،‬لذا فان التيار‬ ‫ين�ساب في ال�سلك ولا ين�ساب في ج�سم ال�شخ�ص‬ ‫الملام�س للجهاز فتتكون دائرة ق�صيرة مع ال�سلك‬ ‫من غير �أن يكون ج�سم ال�شخ�ص �ضمنها لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)11‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪� ،)12-a‬إذا افتر�ضنا �أن‬ ‫خلل ًا ما حدث في الغ�سالة (المو�صولة بالنقطة‬ ‫الكهربائية عن طريق القاب�س الثنائي) أ�دى �إلى‬ ‫ملام�سة ال�سلك الحار لج�سم الغ�سالة المعدني‬ ‫و�إذا �صادف أ�ن لم�س �شخ�ص الغلاف الخارجي‬ ‫للغ�سالة‪� ،‬ستتكون عندئذ دائرة كهربائية ي�سري‬ ‫فيها التيار الكهربائي من ال�سلك الحي عبر‬ ‫الغ�سالة وعبر ج�سم ال�شخ�ص �إلى الأر�ض في�صاب‬

‫ال�شكل (‪)12-b‬‬ ‫ال�شخ�ص عندئذ ب�صعقة كهربائية �شديدة وخطرة‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)12-b‬‬ ‫فاذا تم تو�صيل الغ�سالة بنقطة الكهرباء عن‬ ‫طريق القاب�س الثلاثي الحاوي على �سلك الت أ�ري�ض‬ ‫�شكل (‪ )12-c‬فاذا كان هناك تما�س بين ال�سلك‬ ‫الحي وغلاف الغ�سالة المعدني فلن ي ؤ�دي إ�لى‬ ‫حدوث �صعقة كهربائية لل�شخ�ص‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)12-c‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ت�سبب ال�صعقة الكهربائية عند التعر�ض‬ ‫لها �أ�ضرار ًا مختلفة في ج�سم الإن�سان‬ ‫وخا�صة في عمل الخلايا والنظام الع�صبي‪،‬‬ ‫فمثل ًا ان�سياب تيار مقداره (‪)0.005A‬‬ ‫ي�سبب أ�لما ب�سيط ًا‪� ،‬أما ان�سياب تيار مقداره‬ ‫(‪ )0.01A‬فيجعل الع�ضلات تنقب�ض‪� ،‬أما‬ ‫ان�سياب تيار مقداره (‪ )0.1A‬تقريب ًا‬ ‫لثواني قليلة قد ي�ؤدي �إلى الموت‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫‪106‬‬

‫لكي تحمي نف�سك من مخاطر الكهرباء يجب توخي الحذر و إ�تباع‬ ‫�إجراءات ال�سلامة الآتية‪:‬‬ ‫‪1.1‬عدم ملام�سة �شخ�ص متعر�ض إ�لى �صعقة كهربائية إ�لا بعد ف�صله‬ ‫عن م�صدر الكهرباء‪.‬‬ ‫‪2.2‬تجنب و�ضع ج�سم معدني مم�سوك باليد (م�سمار حديدي �أو �سلك‬ ‫غير معزول) في نقطة الكهرباء‪.‬‬ ‫‪3.3‬عدم ترك ا أل�سلاك متهرئة (مك�شوفة بدون عازل)‪.‬‬ ‫‪4.4‬تجنب ان يت�صل ج�سمك بين ال�سلك الحي وال�سلك المتعادل �أو أ�ن‬ ‫يت�صل ج�سمك بين ال�سلك الحي والأر�ض ‪.‬لاحظ �شكل (‪.)14‬‬ ‫عزيزي الطالب عزيزتي الطالبة‪:‬‬ ‫إ�ن تر�شيد �إ�ستهلاك الطاقة الكهربائية يعني‬ ‫ا إل�ستخدام الأمثل لموارد الطاقة الكهربائية‬ ‫المتوفرة منها �إ�ستغلال الا�ضاءة الطبيعية وتقليل‬ ‫ا�ستعمال الانارة بالم�صابيح الكهربائية أ�ثناء‬ ‫النهار و�أجهزة التبريد والتدفئة في الغرف غير‬ ‫الم�ستعملة وا�ستعمال الم�صابيح الاقت�صادية‬ ‫(مثل الفلور�سنت) ان امكن ذلك‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)14‬‬ ‫‪107‬‬

‫أسئلة الفصل الخامس‬ ‫س‪� 1‬إختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي أ�تي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الفا�صم يجب �أن يربط‪:‬‬ ‫‪ -a‬على التوالي مع ال�سلك الحي‪.‬‬ ‫‪ -b‬على التوالي مع ال�سلك المتعادل‪.‬‬ ‫‪ -c‬مع �سلك الت�أري�ض‪.‬‬ ‫‪ -d‬على التوازي مع ال�سلك الحي‪.‬‬ ‫‪(-2‬الكيلو واط ‪� -‬ساعة) اي (‪ )kW-h‬هي وحدة قيا�س‪:‬‬ ‫‪ -a‬القدرة‪.‬‬ ‫‪ -b‬فرق الجهد‪.‬‬ ‫‪ -c‬المقاومة‪.‬‬ ‫‪ -d‬الطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ -3‬أ�حدى الوحدات التالية ‪ ،‬لي�ست وحدات للقدرة الكهربائية‪:‬‬ ‫‪J‬‬ ‫‪-a‬‬ ‫‪s‬‬ ‫‪Watt -b‬‬ ‫‪A × V -c‬‬ ‫‪J × s -d‬‬ ‫‪ -4‬إ�بريق �شاي كهربائي يعمل بقدرة مقدارها (‪ )1200 W‬ف إ�ذا كان التيار المن�ساب في الإبريق‬ ‫(‪ )5A‬فما مقدار الفولطية التي يعمل عليها هذا الجهاز‪.‬‬ ‫‪60 V-a‬‬ ‫‪120 V-b‬‬ ‫‪240 V-c‬‬ ‫‪600V-d‬‬ ‫‪108‬‬

‫‪ -5‬جهاز كهربائي ي�ستثمر طاقة مقدارها (‪ )18000 J‬في مده خم�س دقائق‪ ،‬ف إ�ن معدل القدرة‬ ‫الم�ستثمرة في هذا الجهاز ت�ساوي‪.‬‬ ‫‪360Watt -a‬‬ ‫‪180 Watt -b‬‬ ‫‪30 Watt -c‬‬ ‫‪60Watt -d‬‬ ‫�س‪ 2‬علل ما ي أ�تي ؟‬ ‫‪ -1‬يربط قاطع الدورة في الدائرة الكهربائية للمنزل على التوالي مع ال�سلك الحار قبل تجهيز ا آلجهزة‬ ‫الكهربائية بالطاقة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ -2‬ت ؤ�ر�ض ا ألجهزة الكهربائية وبالخ�صو�ص ذات الغلاف المعدني‪.‬‬ ‫‪ -3‬يمكن لطائر أ�ن يقف على �سلك مك�شوف من �أ�سلاك الجهد العالي دون �أن ي�صاب ب�صعقه‬ ‫كهربائية ؟‬ ‫هل أ�ن قاطع الدورة يربط على التوالي أ�م على التوازي في الدائرة الكهربائية مع‬ ‫�س‪3‬‬ ‫الجهاز المطلوب حمايته؟ ولماذا ؟‬ ‫‪109‬‬

‫المسائل‬ ‫ال�شكل المجاور يمثل دائرة كهربائية تحتوي على م�صباح (‪ )L‬وفولطميتر و�أميتر ‪ ،‬ف�إذا‬ ‫�س‪1‬‬ ‫علمت أ�ن قراءة الفولطميتر (‪ )3V‬وقراءة الاميتر (‪ .)0.5A‬أ�ح�سب‪:‬‬ ‫‪ - 1‬مقاومة الم�صباح ؟‬ ‫‪ - 2‬قدرة الم�صباح؟‬ ‫أ�ميتر‬ ‫فولطميتر أ�ميتر‬ ‫ج‪1- 6 Ω :‬‬ ‫‪2- 1.5 Watt‬‬ ‫مقاومتان (‪ (90 Ω ، 180 Ω‬مربوطتان مع بع�ضهما على التوازي وربطت المجموعة‬ ‫�س‪2‬‬ ‫عبرم�صدر فرق جهده(‪ .) 36V‬اح�سب‪:‬‬ ‫‪ -1‬التيار المن�ساب في كل مقاومة‪.‬‬ ‫‪ -2‬القدرة الم�ستهلكة في كل مقاومة بطريقتين مختلفتين‪.‬‬ ‫قارن بين مقداري القدرة الم�ستهلكة في كل مقاومة‪ .‬ماذا ت�ستنتج من ذلك ؟‬ ‫‪1- 0.4A , 0.2A‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪2- 14.4Watt , 7.2Watt‬‬ ‫م�صباح يحمل ال�صفات التالية (‪ )21V) ,(24W‬اح�سب بالكيلو واط ‪� -‬ساعة (‪،)kW-h‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫الطاقة الم�ستهلكة خلال زمن مقداره (‪.)10hours‬‬ ‫ج‪0.24 )kW-h( :‬‬ ‫�سخان كهربائي ي�ستهلك قدرة (‪� ،)2kW‬شغل لمدة �ست �ساعات (‪ .)6hour‬ما كلفة الطاقة‬ ‫�س‪4‬‬ ‫الم�ستهلكة اذا علمت ان ثمن (‪ ) kW-h‬الواحد (‪ 100‬دينار)‪.‬‬ ‫ج‪1200 Dinar :‬‬ ‫‪110‬‬

‫الفصل‬ ‫السادس‬ ‫‪6‬‬ ‫الكهربائية والمغناطيسية‬ ‫‪Electricity and Magnetism‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-6‬المجال المغناطي�ضي للتيار الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 2-6‬المجال المغناطي�ضي المحيط ب�ضلك مو�ضل م�ضتقيم‬ ‫ين�ضاب فيه تياركهربائي م�ضتمر‪.‬‬ ‫‪ 3-6‬المجال المغناطي�ضي النا�ضئ من إان�ضياب تيار كهربائي‬ ‫م�ضتمر في حلقة مو�ضلة دائرية‪.‬‬ ‫‪ 4-6‬المغناطي�ض الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ 5-6‬ا�ضتعمالت المغانط الكهربائية‪.‬‬ ‫‪ 6-6‬الحث الكهرومغاطي�ضي والقوة الدافعة الكهربائية‬ ‫المحتثة‪.‬‬ ‫‪ 7-6‬تطبيقات ظاهرة الحث الكهرومغناطي�ضي‬ ‫‪111‬‬

‫الأهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي ان يكون الطالب قادر ًا على أ�ن‪:‬‬ ‫ يذكر ا�ستنتاج تجربة اور�ستد‪.‬‬ ‫ ي�شرح بتجربة التاثير المغناطي�سي للتيار الكهربائي‪.‬‬ ‫ يميز بين �شكل خطوط المجال المغناطي�سي حول �سلك م�ستقيم وحلقة دائرية وملف حلزوني عند �إن�سياب‬ ‫التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫ يعدد بع�ض التطبيقات العملية للت�أثير المغناطي�سي للتيار الكهربائي‪.‬‬ ‫ يذكر قاعدة الكف الايمن لتحديد �إتجاه المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫  ُيعرف المغناطي�س الكهربائي‪.‬‬ ‫ يعدد التطبيقات العملية للمغناطي�س الكهربائي‪.‬‬ ‫ يف�سر ظاهرة الحث الكهرومغناطي�سي‪.‬‬ ‫ يقارن بين أ�جزاء المولد الب�سيط للتيار المتناوب واجزاء المولد الب�سيط للتيار الم�ستمر (الداينمو)‪.‬‬ ‫ ي�شرح عمل المحرك الكهربائي‪.‬‬ ‫المصطلحات العلمية‬ ‫‪Magnetic field‬‬ ‫المجال المغناطي�سي‬ ‫‪Electromagnet‬‬ ‫المغناطي�س الكهربائي‬ ‫‪Electromagnetic Relay‬‬ ‫المرحل الكهرومغناطي�سي‬ ‫‪Electric Generator‬‬ ‫المولد الكهربائي‬ ‫‪Electric charge‬‬ ‫�شحنة كهربائية‬ ‫‪Electric motor‬‬ ‫المحرك الكهربائي‬ ‫‪Electromagnetic Induction‬‬ ‫الحث الكهرومغناطي�سي‬ ‫‪Electromotive Force‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫�سلك ‪Wire‬‬ ‫‪112‬‬

‫مقدمة ‪Introduction‬‬ ‫في عام ‪1820‬م لحظ العالم اور�ضتد انحراف ابرة مغناطي�ضية مو�ضوعة بجوار �ضلك عند ان�ضياب تيار كهربائي‬ ‫م�ضتمر فيه من خلال تجربة ب�ضيطة اكت�ضف بعدها ان للتيار الكهربائي تاأثير ًا مغناطي�ضي ًا‪ .‬و�ضندر�ض في هذا الف�ضل‬ ‫التاأثير المغناطي�ضي للتيار الكهربائي المن�ضاب في مو�ضل وبع�ض التطبيقات العملية على ذلك‪.‬‬ ‫‪ 1-6‬المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي ‪Magnetic field of electric current‬‬ ‫للتعرف على الت أاثير المغناطي�ضي للتيار الكهربائي نجري الن�ضاط التي‪:‬‬ ‫تجربة �ور�صتد‬ ‫‪1‬‬ ‫ادوات الن�ضاط‪:‬‬ ‫ابرة مغناطي�ضية ت�ضتند على حامل مدبب‪� ،‬ضلك غليظ بطول‬ ‫(‪ ، )30cm‬بطارية فولطيتها (‪ ،)1.5V‬ا�ضلاك تو�ضيل‪،‬‬ ‫مفتاح كهربائي‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)1‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫‪ -‬نترك البرة المغناطي�ضية حرة لتتجه بموازاة خطوط‬ ‫‪113‬‬ ‫المجال المغناطي�ضي الر�ضي‪.‬‬ ‫‪ -‬نجعل ال�ضلك الغليظ فوق البرة المغناطي�ضية بحيث يكون‬ ‫موازي ًا لمحورها‪.‬‬ ‫‪ -‬نربط طرفي ال�ضلك الغليظ بين قطبي البطارية وعبر‬ ‫المفتاح الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ -‬نغلق المفتاح لبرهة من الزمن �ضنلاحظ انحراف البرة‬ ‫المغناطي�ضية ومن ثم ا�ضتقرارها بو�ضع عمودي على طول‬ ‫ال�ضلك‪ ،‬ثم عودة البرة الى و�ضعها ال�ضابق بعــد انقطاع‬ ‫التيار‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)1‬‬ ‫‪ -‬نعك�ض اتجاه التيار الكهربائي المن�ضاب في ال�ضلك الغليظ‬ ‫وذلك بعك�ض قطبية الن�ضيدة المربوطة في الدائرة‪ ،‬ثم‬ ‫نغلق المفتاح الكهربائي لبرهة من الزمن اي�ض ًا‪� ،‬ضنلاحظ‬

‫انحراف البرة المغناطي�ضية ومن ثم ا�ضتقرارها بو�ضع عمودي على طول ال�ضلك وب أاتجاه معاك�ض للحالة الولى‪.‬‬ ‫‪ -‬كرر الخطوات اعلاه مع و�ضع ال�ضلك الغليظ تحت البرة المغناطي�ضية وب�ضكل مواز ٍ للابرة‪ .‬ماذا تلاحظ في كل‬ ‫خطوة ؟‬ ‫ان انحراف البرة المغناطي�ضية للبو�ضلة يدل على تاأثرها بعزم قوة مغناطي�ضية ب�ضبب وجودها في مجال‬ ‫مغناطي�ضي‪ ،‬كما ان عودتها الى و�ضعها ال�ضابق عند قطع التيار الكهربائي يدل على ان التيار الكهربائي ولد هذا‬ ‫المجال المغناطي�ضي لحظ ال�ضكل (‪ )2‬وعليه فان‪:‬‬ ‫ان�ضياب تيار كهربائي في �ضلك مو�ضل يولد حوله مجا ًل مغناطي�ضي ًا (وهذا ما ا�ضتنتج ُه اور�ضتد من التجربة‬ ‫ال�ضابقة)‪.‬‬ ‫ﻓﻜر‬ ‫ •ما الغر�ض من ا�ضتعمال ال�ضلك الغليظ في هذه التجربة ؟‬ ‫ •ما ال�ضبب من غلق الدائرة لبرهة ؟‬ ‫ال�ضكل (‪)2‬‬ ‫المجال المغناطيسي المحيط بسلﻚ مستقيم موصل ينساﺏ فيه‬ ‫‪2-6‬‬ ‫تيار كهربائي مستمر‬ ‫إاذا كان ان�ضياب التيار الكهربائي الم�ضتمر في �ضلك مو�ضل يولد حول ُه مجال مغناطي�ضيا‪ ،‬فما �ضكل هذا المجال‪،‬‬ ‫وكيف نحدد اتجاهه؟ وماهي العوامل التي يعتمد عليها ؟‬ ‫للاجابة على ذلك‪ ،‬نجري الن�ضاط التي‪:‬‬ ‫تخطيط �لمجال �لمغناطي�صي لتيار م�صتمر ين�صاب في �صلك م�صتقيم‬ ‫‪2‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫ورقة مقوى ‪ ،‬عدة بو�ضلات مغناطي�ضية �ضغيرة ‪� ،‬ضلك غليظ ‪ ،‬مفتاح كهربائي ‪ ،‬بطارية كهربائية فولطيتها منا�ضبة ‪،‬‬ ‫برادة حديد‪.‬‬ ‫‪114‬‬

‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫ •نمرر ال�سلك من خلال ورقة المقوى ونربط الدائرة‬ ‫الكهربائية لاحظ ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫ •ننثربرادةالحديدحولال�سلك‪.‬ونغلقالدائرةالكهربائية‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫لين�ساب التيار الكهربائي في ال�سلك‪ ،‬وننقر على الورقة‬ ‫‪115‬‬ ‫نقرات خفيفة‪ ،‬ماذا نلاحظ ؟ لاحظ ال�شكل (‪.)4‬‬ ‫ •نكرر الخطوات بو�ضع مجموعة البو�صلات فوق ورقة‬ ‫المقوى بدل برادة الحديد �ست�شكل دائرة مركزها ال�سلك‬ ‫كما في ال�شكل (‪.)5‬‬ ‫ •نغلق الدائرة لفترة زمنية ق�صيرة فين�ساب تيار كهربائي‬ ‫خلال ال�سلك‪ ،‬لاحظ اتجاه القطب ال�شمالي للابرة‬ ‫المغناطي�سية‪.‬‬ ‫ •نعك�س قطبية البطارية لينعك�س اتجاه التيار الكهربائي‬ ‫في ال�سلك ؟ ونكرر الخطوات اعلاه ماذا تلاحظ ؟‬ ‫ن�ستنتج من هذا الن�شاط ان برادة الحديد تترتب ب�شكل‬ ‫دوائر متحدة المركز مركزها ال�سلك وبم�ستوى عمودي‬ ‫عليه‪ ،‬وهذه الدوائر تمثل خطوط المجال المغناطي�سي حول‬ ‫ال�سلك والنا�شىء عن ان�سياب تيار كهربائي في ال�سلك‪.‬‬ ‫اما اتجاه الاقطاب ال�شمالية ألبر البو�صلات فيمثل اتجاه‬ ‫المجال المغناطي�سي في النقطة المو�ضوعة فيها البو�صلة‬ ‫ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫ •ت�صور انك تم�سك ال�سلك بوا�سطة كف يدك اليمنى‪،‬‬ ‫وابهامك ي�شير الى اتجاه التيار الكهربائي المن�ساب في‬

‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫ال�سلك‪ ،‬لاحـظ هل يكون اتجاه الاقطاب ال�شمالية لابر‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫البو�صلات في اتجاه لف الا�صابع لاحظ ال�شكل (‪.)7‬‬ ‫فلتحديد اتجاه المجال المغناطي�سي حول �سلك م�ستقيم ين�ساب‬ ‫فيه تيار كهربائي م�ستمر نطبق قاعدة الكف اليمنى كما يلي‪:‬‬ ‫ام�سك ال�سلك بالكف اليمنى بحيث ي�شير الابهام الى اتجاه‬ ‫التيارالكهربائي‪ ،‬بينما يكون �إتجاه لف الا�صابع باتجاه‬ ‫المجال المغناطي�سي لاحظ ال�شكل (‪.)8‬‬ ‫ان العوامل التي يعتمد عليها المجال المغناطي�سي النا�شئ‬ ‫حول �سلك م�ستقيم ين�ساب فيه تيارا كهربائي ًا م�ستمر ًا هي‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يزداد مقدار المجال المغناطي�سي (بازدياد عدد خطوط المجال‬ ‫المغناطي�سي المارة عمودي ًا خلال وحدة الم�ساحة �ضمن م�ساحة‬ ‫معينة) بزيادة مقدار التيار الكهربائي المن�ساب في ال�سلك‪.‬‬ ‫‪2 .2‬يزداد مقدار المجال المغناطي�سي بالاقتراب من ال�سلك ويقل‬ ‫مقدار ُه كلما ابتعدنا عن ال�سلك‪.‬‬ ‫‪3 .3‬اتجاه المجال المغناطي�سي يعتمد على اتجاه التيار الكهربائي‬ ‫الم�ستمر المن�ساب في ال�سلك الم�ستقيم‪.‬‬ ‫إ�ذا ان�ساب تيار كهربائي م�ستمر في �سلك عمودي على �صفحة‬ ‫افقية فان اتجاه المجال المغناطي�سي يكون ب�شكل دوائر متحدة ‪a‬‬ ‫المركز حول ال�سلك في م�ستوي ال�صفحة واتجاهه يتوقف على‬ ‫اتجاه ان�سياب التيار الكهربائي في ال�سلك‪.‬‬ ‫فاذا ان�ساب التيار في ال�سلك نحو الناظر (خارج ًا من الورقة)‬ ‫فاتجاه المجال المغناطي�سي واتجاه التيار �سيكون كما في ال�شكل‬ ‫(‪.)9-a‬‬ ‫واذا ان�ساب التيار في ال�سلك مبتعد ًا عن الناظر فاتجاه المجال ‪b‬‬ ‫المغناطي�سي واتجاه التيار يكون كما في ال�شكل (‪.)9-b‬‬ ‫ال�شكل (‪ )9‬إ�تجاه المجال الكهربائي والمجال المغناطي�سي‬ ‫‪116‬‬

‫المجال المغناطيسي الناشﺊ من انسياﺏ تيار كهربائي مستمر‬ ‫‪3-6‬‬ ‫في حلقة موصلة دائرية‬ ‫تعرفنا في الفقرة ال�ضابقة على المجال المغناطي�ضي حول �ضلك مو�ضل ين�ضاب فيه تيار كهربائي م�ضتمر فهل تتغير‬ ‫�ضفات المجال المغناطي�ضي بتغير �ضكل ال�ضلك المو�ضل الذي ين�ضاب فيه التيار الكهربائي ؟ للاجابة عن هذا ال�ض ؤوال‬ ‫نجري الن�ضاط التي‪:‬‬ ‫‪ 3‬تخطيط �لمجال �لمغناطي�صي لتيار كهربائي م�صتمر ين�صاب في حلقة د�ئرية‬ ‫ال�ضكل (‪)10‬‬ ‫ادوات الن�ضاط‪ :‬ورقة مقوى ‪ ،‬عدد من البو�ضلات المغناطي�ضية‪،‬‬ ‫ال�ضكل (‪)11‬‬ ‫حلقة من �ضلك غليظ معزول ‪ ،‬مفتاح كهربائي‪ ،‬بطارية فولطيتها‬ ‫منا�ضبة (عمود جاف) ‪ ،‬برادة حديد‪.‬‬ ‫الخطوات‪:‬‬ ‫ •نثبت ال�ضلك الغليظ الدائري في لوح المقوى كما في ال�ضكل‬ ‫(‪ )10‬ونربط الدائرة الكهربائية التي تتاألف من حلقة‬ ‫مربوطة على التوالي مع بطارية‪.‬‬ ‫ •نمرر التيار الكهربائي في ال�ضلك برهة زمنية ون�ضع في عدة‬ ‫مواقع عن مركز الحلقة عدد من البو�ضلات ‪ ،‬لحظ اإتجاه‬ ‫انحراف اقطاب البرة المغناطي�ضية للبو�ضلة‪.‬‬ ‫ • نعك�ض اتجاه التيار المن�ضاب في الحلقة ونكرر الخطوات‬ ‫اعلاه‪ .‬ماذا تلاحظ؟‬ ‫ •نعيد عمل الن�ضاط با�ضتعمال برادة الحديد ولحظ ترتيبها‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج ان �ضكل خطوط المجال المغناطي�ضي النا�ضئ عن ان�ضياب‬ ‫التيار الكهربائي الم�ضتمر في حلقة مو�ضلة تكون خطوط‬ ‫بي�ضوية ال�ضكل تقريبا تزدحم داخل الحلقة وتكون عمودية على‬ ‫م�ضتوى الحلقة‪ .‬ال�ضكل (‪)10‬‬ ‫ •ولمعرفة �ضكل المجال المغناطي�ضي لتيار كهربائي م�ضتمر‬ ‫ين�ضاب في ملف محلزن‪ ،‬نعمل التي‪ :‬نكرر الن�ضاط (‪)3‬‬ ‫با�ضتعمال مل ٍف محلز ٍن (عدة حلقات او لفات) لحظ‬ ‫ال�ضكل (‪ )11‬بدل من الحلقة �ضنلاحظ ان خطوط المجال‬ ‫المغناطي�ضي م�ضابه لل�ضكل (‪ )10‬ولكنها تكون متوازية مع‬ ‫بع�ضها داخل الملف‪.‬‬ ‫‪117‬‬

‫من هذا الن�شاط ن�ستنتج ان‪:‬‬ ‫�شكل المجال المغناطي�سي داخل الملف المحلزن عبارة‬ ‫عن خطوط م�ستقيمة متوازية‪ ،‬اما خارج الملف فتكون‬ ‫خطوط مقفلة لاحظ ال�شكل (‪()12‬ي�شبه �شكل المجال‬ ‫المغناطي�سي ل�ساق ممغنط) والذي �سبق وان تعرفت عليه‬ ‫في الف�صل الثاني‪ ،‬ويعتمد مقدار المجال المغناطي�سي على‬ ‫مقدار التيار وعدد اللفات في وحدة الطول حيث يتنا�سب‬ ‫طرديا معهما‪.‬‬ ‫�شكل (‪ )12‬المجال المغناطي�سي لملف حلزوني‬ ‫اما اتجاه المجال المغناطي�سي داخل الملف فيحدد با�ستعمال قاعدة الكف اليمنى للملف‪ ،‬فلو م�سكنا الملف‬ ‫بالكف اليمنى بحيث يكون لف الا�صابع تمثل إ�تجاه التيار الكهربائي في�شير الابهام الى اتجاه خطوط المجال‬ ‫المغناطي�سي داخل الملف (اي ي�شير الى القطب ال�شمالي)‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)13‬‬ ‫ال�شكل (‪)13‬‬ ‫‪118‬‬

‫ﺳﺆال‬ ‫‪ .1‬قارن بين خطوط المجال المغناطي�ضي حول �ضاق مغناطي�ضية‬ ‫وحول ملف ين�ضاب فيه تيار كهربائي م�ضتمر‪ .‬لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪.)14-a ،b‬‬ ‫‪ .2‬قارن بين خطوط المجال المغناطي�ضي داخل الملف وخارجه‬ ‫من حيث التجاه والمقدار‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪.)14-b‬‬ ‫ال�ضكل (‪)14-a‬‬ ‫ال�ضكل (‪)14-b‬‬ ‫وكذلك يمكن ان يتولد مجال مغناطي�ضي حول �ضحنة‬ ‫متحركة كحركة اللكترون حول نواة الذرة لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪.)15‬‬ ‫ال�ضكل (‪)15‬‬ ‫‪119‬‬

‫المغناطيس الكهربائي ‪Electromagnet‬‬ ‫‪4-6‬‬ ‫ال�ضكل (‪)16‬‬ ‫بالرجوع الى الن�ضاط ال�ضابق (‪ ،)3‬وبيان تاأثر قطعة من الحديد‬ ‫ال�ضكل (‪)17‬‬ ‫المطاوع (م�ضمار حديد) عند و�ضعها داخل �ضلك مو�ضل محلزن‪.‬‬ ‫ان قطعة الحديد المطاوع �ضتتمغنط عند ان�ضياب التيار الكهربائي‬ ‫الم�ضتمر في ال�ضلك المو�ضل المحلزن‪ ،‬وعند قطع التيار �ضتفقد قطعة‬ ‫الحديد مغناطي�ضيتها‪ .‬انك في هذه الحالة تكون قد �ضنعت مغناطي�ض ًا‬ ‫كهربائي ًا موؤقت ًا‪ .‬وهذا يعني ان المغناطي�ض الكهربائي هو مغناطي�ض‬ ‫موؤقت يزول بزوال التيار الكهربائي المن�ضاب في ال�ضلك‪.‬‬ ‫ويمكن ا�ضتثمارهذه الظاهرة في �ضنع المغانط الكهربائية لحظ‬ ‫ال�ضكل (‪.)16‬‬ ‫ويتركب المغناطي�ض الكهربائي من قلب من الحديد المطاوع ملفوف‬ ‫حوله �ضلك مو�ضل معزول‪ ،‬ويمكن ان يكون ب�ضكل �ضاق م�ضتقيمة اأو ب�ضكل‬ ‫حرف (‪ )U‬لحظ ال�ضكل (‪ )17‬ويكون اتجاه لف ال�ضلك في المغناطي�ض‬ ‫ب�ضكل حرف (‪ )U‬حول قلب الحديد باتجاهين متعاك�ضين للح�ضول على‬ ‫قطبين مغناطي�ضين احدهما �ضمالي والخر جنوبي في طرفيه وترتبط‬ ‫نهايتي ال�ضلك بم�ضدر للتيار الكهربائي ‪ ،‬فعند اغلاق الدائرة الكهربائية‬ ‫يتولد ما ي�ضمى (بالمغناطي�ض الكهربائي) وعند فتح الدائرة الكهربائية‬ ‫(اي انقطاع التيار الكهربائي) يتلا�ضى المجال المغناطي�ضي في قطعة‬ ‫الحديد المطاوع ب�ضرعة (اي ح�ضلنا على مغناطي�ض موؤقت)‪ .‬اما اإذا أاردنا‬ ‫احتفاظ المغناطي�ض الكهربائي بالمغناطي�ضية لفترة اطول بعد انقطاع‬ ‫التيار الكهربائي فن�ضتعمل الفولذ كقلب بد ًل من الحديد المطاوع‪.‬‬ ‫يعتمد مقدار المجال المغناطي�ضي للمغناطي�ض الكهربائي على‪:‬‬ ‫‪ - 1‬عدد لفات الملف لوحدة الطول‪.‬‬ ‫‪ - 2‬نوع مادة القلب‪.‬‬ ‫‪ - 3‬مقدار التيار الكهربائي المن�ضاب في الملف‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪ )18‬مغناطي�ض كهربائي ي�ضتعمل لرفع‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫الثقال الكبيرة‬ ‫يزداد المجال المغناطي�ضي بين قطبي المغناطي�ض عندما يكون‬ ‫ب�ضكل حرف ‪.U‬‬ ‫‪120‬‬

‫استعمالات المغانط الكهربائية‬ ‫‪5-6‬‬ ‫ال�شكل (‪ )19‬الجر�س الكهربائي‬ ‫الجر�س الكهربائي‪:‬‬ ‫هو جهاز للتنبيه م�ألوف للطالب‪ ،‬ا�ستثمرالمغناطي�س‬ ‫الكهربائي في آ�لية عمل الجر�س الكهربائي ويت أ�لف من‪:‬‬ ‫ مغناطي�س كهربائي ب�شكل حرف ‪ U‬لاحظ �شكل (‪.)19‬‬ ‫ حافظة من الحديد المطاوع‪.‬‬ ‫ م�سمار محوري‪.‬‬ ‫ مطرقة‪.‬‬ ‫ ناقو�س معدني‪.‬‬ ‫فعند ربط الجر�س بدائرة كهربائية تحتوي بطارية منا�سبة‬ ‫ومفتاح وعند اغلاق المفتاح يعمل المغناطي�س الكهربائي على‬ ‫جذب قطعة الحديد المطاوع فتتحرك المطرقة نحو الناقو�س‬ ‫وتحدث �صوت ًا وعندها تكون الدائرة الكهربائية مفتوحة‬ ‫لذا يفقد المغناطي�س مغناطي�سيته فتبتعد قطعة الحديد عن‬ ‫المغناطي�س الكهربائي وتتكون فجوة بينهما وتبتعد المطرقة‬ ‫فينقطع �صوت الجر�س الكهربائي وتتكرر العملية مع ا�ستمرار‬ ‫ان�سياب التيار الكهربائي في دائرة الجر�س الكهربائي‪.‬‬ ‫الهاتف‪:‬‬ ‫هو احدى و�سائل الات�صال ال�سلكية عن بعد والتي ت�ستعمل‬ ‫لار�سال وا�ستقبال (الموجات ال�صوتية) بين �شخ�صين او اكثر‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪ .)20‬ويتم ت�شغيلها من خلال ار�سال ا�شارات‬ ‫كهربائية عن طريق �شبكة تلفونية معقدة والتي ت�سهل ات�صال‬ ‫�أي م�ستعمل لها بالآخر‪.‬‬ ‫�شكل(‪ )20‬اجزاء الهاتف‬ ‫‪121‬‬

‫عند التكلم امام اللاقطة يتغير مقدار التيار في الدائرة‬ ‫الكهربائية بفعل نب�ضات من الت�ضاغط والتخلخل وب�شكل‬ ‫م�شابه لتردد موجات �صوت المتكلم (التردد نف�سه) وهذا‬ ‫التغير بالتيار ينتقل خلال الا�سلاك الى �سماعة الهاتف‬ ‫الاخر والذي يمر عبر المغناطي�س الكهربائي الذي يجذب‬ ‫بدوره قر�ص ًا رقيق ًا من الحديد المطاوع فيتذبذب مولد ًا‬ ‫موجات �صوتية في الهواء م�شابه ًا ل�صوت المتكلم لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)21‬‬ ‫ال�شكل (‪)21‬‬ ‫المرحل الكهربائي ‪:Electromagnet Relay‬‬ ‫ال�شكل (‪)22‬‬ ‫عبارة عن مفتاح مغناطي�سي ي�ستعمل كاداة للتحكم‬ ‫في اغلاق وفتح دائرة كهربائية‪ .‬ففي ال�سيارة مثل ًا يعمل‬ ‫المرحل بالتحكم في ت�شغيل دائرة التيار الكبير (المحرك‬ ‫عند بدء الت�شغيل) بو�ساطة تيار �صغيرعند ادارة مفتاح‬ ‫ت�شغيل ال�سيارة‪ .‬كما وي�ستعمل في الدوائر الالكترونية‬ ‫لفتح واغلاق الدائرة ذاتي ًا‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)22‬‬ ‫‪ 6-6‬الحث الكهرومغناطيسي والقوة الدافعة الكهربائية المحتثة‬ ‫لقد علمت ان التيار الكهربائي المن�ساب في �سلك يولد مجال ًا مغناطي�سي ًا حوله‪ ،‬ولكن هل يمكن توليد تيار كهربائي‬ ‫بفعل مجال مغناطي�سي؟ للاجابة عن ذلك نجري الن�شاط الاتي‪:‬‬ ‫‪122‬‬

‫كيفية توليد تيار كهربائي با�صتعمال مجال مغناطي�صي‬ ‫‪4‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫مغناطي�ض دائمي ب�ضكل حرف ‪ ، U‬كلفانوميتر ‪� ،‬ضلك مو�ضل معزول‪.‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪ -‬ن�ضل طرفي ال�ضلك بطرفي الكلفانوميتر ونحرك ال�ضلك في اتجاه مواز‬ ‫لخطوط المجال المغناطي�ضي‪ ،‬هل ينحرف موؤ�ضر الكلفانوميتر ؟‬ ‫لحظ �ضكل (‪.)23-a‬‬ ‫نلاحظ عدم انحراف م ؤو�ضر الكلفانوميتر ب�ضبب عدم ح�ضول تغير في‬ ‫المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫‪ -‬نحرك ال�ضلك باتجاه عمودي على خطوط المجال (الى اعلى وا�ضفل)‪،‬‬ ‫تلاحظ انحراف م ؤو�ضر الكلفانوميتر باتجاهين متعاك�ضين على جانبي‬ ‫�ضفر الكلفانوميتر‪ .‬ب�ضبب ح�ضول تغير في المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫لحظ �ضكل (‪.)23-b‬‬ ‫‪ -‬عند توقف المو�ضل عن الحركة‪ ،‬نلاحظ عدم انحراف موؤ�ضر‬ ‫الكلفانوميتر‪ .‬لحظ �ضكل ( ‪.)23-c‬‬ ‫ال�ضكل (‪)23‬‬ ‫ن�صتنتج من ذلك �ن ‪:‬‬ ‫التيار الكهربائي الآني (اللحظي) الذي يتولد في ال�ضلك على الرغم من‬ ‫عدم وجود بطارية في دائرته الكهربائية ي�ضمى بالتيار المحتث لنه تيار‬ ‫ن�ض أا من تغير المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫التيار المحتث يتولد في الدائرة الكهربائية المقفلة عندما يقطع‬ ‫ال�ضلك خطوط المجال المغناطي�ضي (عند ح�ضول تغير في عدد خطوط‬ ‫القوة المغناطي�ضية في وحدة الزمن) ول يتولد هذا التيار عندما نحرك‬ ‫ال�ضلك في إاتجاه موا ٍز لخطوط المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫‪123‬‬

‫لقد در�ضنا في الف�ضل الثالث ان التيار الكهربائي في دائرة كهربائية مقفلة ين�ضاأ من ربطها ببطارية (او اي م�ضدر‬ ‫للفولطية)‪.‬‬ ‫وال�ض ؤوال الذي يطرح هنا ما �ضبب تولد تيار محتث في الن�ضاط ال�ضابق على الرغم من عدم وجود بطارية ؟‬ ‫للاجابة على هذا ال�ضوؤال‪ ،‬نجري الن�ضاط الآتي‪:‬‬ ‫�لقوة �لد�فعة �لكهربائية �لمحتثة ‪Induced emf‬‬ ‫‪5‬‬ ‫�دو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫�ضاق مغناطي�ضية ‪ ،‬ملف ا�ضطواني ‪ ،‬كلفانوميتر‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪)24‬‬ ‫�لخطو�ت‪:‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪ -‬اربط طرفي الملف بطرفي الكلفانوميتر لحظ ال�ضكل (‪.)24‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪ -‬نحرك المغناطي�ض بتقريبه من الملف بموازاة طول الملف‬ ‫‪c‬‬ ‫ولحظ انحراف موؤ�ضر الكلفانوميتر الذي ي�ضير الى ان�ضياب‬ ‫ال�ضكل (‪)25‬‬ ‫التيار المحتث فيه‪ .‬لحظ ال�ضكل (‪. )25 a‬‬ ‫‪ -‬نثبت المغناطي�ض بالقرب من الملف ولحظ‪ ،‬هل ينحرف موؤ�ضر‬ ‫الكلفانوميتر ؟ لحظ ال�ضكل (‪. )25 b‬‬ ‫لحظ ا�ضتقرار موؤ�ضر الكلفانوميتر عند ال�ضفر لحظ ال�ضكل‬ ‫(‪ .)25 c‬وهذا يعني عدم تولد تيار محتث‪.‬‬ ‫‪ -‬ن�ضحب �ضاق المغناطي�ض من داخل الملف الى الخارج نلاحظ‬ ‫انحراف م ؤو�ضر الكلفانوميتر الذي يكون باتجاه معاك�ض للحالة‬ ‫الولى ‪.‬‬ ‫ن�ضتنتج من ذلك ان‪:‬‬ ‫التيارالمحتثفيالدائرةالكهربائيةالمقفلةين�ض أاعندمايتحرك‬ ‫المغناطي�ض او الملف م�ضبب ًا تغير ًا في خطوط المجال المغناطي�ضي‪،‬‬ ‫بينما ل ين�ض أا التيار المحتث اإذا لم يتحرك اي منهما لعدم ح�ضول‬ ‫تغير في خطوط المجال المغناطي�ضي‪.‬‬ ‫وتف�ضير تولد التيار المحتث في الدائرة المقفلة هو ب�ضبب‬ ‫تولد فرق جهد محتث على طرفي المو�ضل ي�ضمى بالقوة الدافعة‬ ‫الكهربائية المحتثة (‪ .)induce emf‬وتقا�ض بوحدة الفولط‬ ‫(‪ .)volt‬وتم ذلك على يد العالم فراداي عام ‪1831‬م‪.‬‬ ‫‪124‬‬

‫ومن خلال ما تقدم يعرف الحث الكهرومغناطي�سي بانه ظاهرة توليد فولطية محتثة عبر مو�صل كهربائي يقع في‬ ‫مجال مغناطي�سي متغير او عن طريق حركة ن�سبية بين المو�صل والمجال المغناطي�سي يحدث فيها تغير في المجال‬ ‫المغناطي�سي‪ .‬وتعتبر ظاهرة الحث الكهرومغناطي�سي ا�سا�س عمل العديد من الاجهزة الكهربائية اهمها المولد‬ ‫الكهربائي‪.‬‬ ‫تطبيقات ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي‬ ‫‪7-6‬‬ ‫لقد ادى اكت�شاف ظاهرة الحث الكهرومغناطي�سي الى تطور كبير‬ ‫في و�سائل انتاج الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها خلال �شبكات‬ ‫النقل التي تعتبر ا�سا�س التكنولوجيا الحديثة‪.‬‬ ‫‪ -‬المولد الكهربائي للتيار المتناوب ‪Electric Generator‬‬ ‫هو جهاز يعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية (الحركية) الى‬ ‫طاقة كهربائية بوجود مجال مغناطي�سي ويعد الم�صدر الرئي�س‬ ‫الم�ستعمل في انتاج الطاقة الكهربائية ويعمل على مبد أ� الحث‬ ‫الكهرومغناطي�سي‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)26‬‬ ‫يتركب المولد في اب�سط ا�شكاله من‪:‬‬ ‫ ملف من �سلك مو�صل معزول ملفوف حول قلب من الحديد‬ ‫المطاوع‪.‬‬ ‫ حلقتين معدنيتين معزولتين عن بع�ضهما‪.‬‬ ‫ فر�شتان من الكاربون (الفحمات)‪.‬‬ ‫ مغناطي�س دائمي أ�و مغناطي�س كهربائي ب�شكل حرف ‪ .U‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪.)26‬‬ ‫ماذا يحدث اثناء دوران الملف بين قطبي المغناطي�سي ؟‬ ‫عند دوران الملف داخل مجال مغناطي�سي منتظم قاطع ًا خطوط‬ ‫القوة المغناطي�سية �سيحدث تغيرا في خطوط القوة المغناطي�سية‬ ‫فتتولد قوة دافعة كهربائية محتثة (‪ )induce emf‬م�سببة ان�سياب‬ ‫تيار كهربائي محتث متناوب في ملف النواة‪ .‬ينتقل عبر الحلقتين �شكل(‪)27‬التيارالخارجمنمولدب�سيطللتيارالمتناوب‪.‬‬ ‫المعدنيتين والفر�شاتين الملام�ستين لهما الى الدائرة الكهربائية‬ ‫الخارجية وي�سمى بالتيار المتناوب لاحظ ال�شكل (‪.)27‬‬ ‫‪125‬‬

‫ال�شكل (‪)28‬‬ ‫المولد الب�سيط للتيار الم�ستمر‪:‬‬ ‫يتركب مولد التيار الم�ستمر من الاجزاء نف�سها لمولد التيار‬ ‫المتناوب والاختلاف يكمن با�ستعمال ن�صفي حلقة معدنية معزولتين‬ ‫كهربائي ًا عن بع�ضهما ومت�صلتين بطرفي ملف النواة ت�سمى المبادل‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)28‬‬ ‫ان التيار الذي نح�صل عليه في هذه الحالة يكـون باتجاه واحد‬ ‫ي�سمى تيار م�ستمر (‪ ,)DC‬لاحظ ال�شكل (‪.)29‬‬ ‫ومن التطبيقات الهامة للتيار الكهربائي‪:‬‬ ‫المحرك الكهربائي‪:‬‬ ‫جهاز يحول الطاقة الكهربائية �إلى طاقة ميكانيكية بوجود مجال‬ ‫مغناطي�سي‪ ،‬أ�ي انه يعمل عك�س عمل المولد الكهربائي‪ ,‬لاحظ ال�شكل (‪.)30‬‬ ‫�شكل (‪ )29‬التيار الخارج من مولد ب�سيط للتيار‬ ‫الم�ستمر‪.‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ال�شكل (‪)30‬‬ ‫في مولدات التيار الم�ستمر الم�ستعملة في‬ ‫ويعتمد عمل المحرك الكهربائي على مبد�أ القوة المغناطي�سية‬ ‫الحياة العملية‪:‬‬ ‫الم ؤ�ثرة في �سلك ين�ساب فيه تيار كهربائي م�ستمر مو�ضوع في مجال‬ ‫‪ -‬ت�ستعمل عدة ملفات ولي�س ملفا واحدا‪.‬‬ ‫مغناطي�سي لاحظ ال�شكل (‪.)31‬‬ ‫‪ -‬تدور المغانط بينما يبقى الملف ثابتا‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)31‬‬ ‫‪126‬‬

‫وت�ستعمل المحركات الكهربائية لت�شغيل عدة �أجهزة كهربائية مثل (المكن�سة الكهربائية ‪ ،‬المثقاب الكهربائي ‪،‬‬ ‫الخلاط الكهربائي ‪ ،‬المروحة الكهربائية وغيرها)‪.‬لاحظ ال�شكل (‪.)32‬‬ ‫المروحة الكهربائية‬ ‫الخلاط الكهربائي‬ ‫المثقاب الكهربائي‬ ‫المكن�سة الكهربائية‬ ‫ال�شكل (‪)32‬‬ ‫ويختلف حجم و�سعة المحركات الكهربائية لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪ .)33‬ففي الوقت الذي تحتاج فيه الخلاطات‬ ‫ومعظم ادوات المطبخ الاخرى لمحركات كهربائية �صغيرة‬ ‫لانها تحتاج لقدرة ب�سيطة لا�ستعمالها‪ ،‬تتطلب القطارات‬ ‫ا�ستعمال محركات �أ�ضخم واكثر تعقيد ًا‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)33‬‬ ‫ويتكون المحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار‬ ‫ال�شكل (‪)34‬‬ ‫الم�ستمر من الاجزاء ا آلتية‪:‬‬ ‫ نواة المحرك‪ :‬عبارة عن ملف من �سلك من النحا�س‬ ‫معزول يحوي داخله على قطعة من الحديد المطاوع‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)34‬‬ ‫ مغناطي�س دائمي قوي يو�ضع الملف بين قطبيه‪.‬‬ ‫ المبادل‪ :‬وهو عبارة عن ن�صفي حلقة معدنية معزولين‬ ‫كهربائي ًا عن بع�ضها ويت�صلان بطرفي �سلك ملف‬ ‫النواة يدوران مع ملف النواة‪.‬‬ ‫ فر�شتان من الكاربون تلام�سان ن�صفي المبادل‬ ‫مت�صلتان بقطبي م�صدر للتيار الكهربائي الم�ستمر‪.‬‬ ‫‪127‬‬

‫ال�شكل (‪)35‬‬ ‫فعند اغلاق الدائرة الكهربائية ين�ساب تيار‬ ‫كهربائي م�ستمر من الدائرة الخارجية الى ملف‬ ‫النواة‪ .‬ويمر في طرفي الملف باتجاهين متعاك�سين‪.‬‬ ‫وبت�أثير المجال المغناطي�سي للتيار المار في ملف‬ ‫النواة والمجال النا�شىء عن المغناطي�س الدائم‬ ‫تتولد قوتان متعاك�ستان في الاتجاه ومت�ساويتان‬ ‫في المقدار على جانبي الملف تعملان على تدوير‬ ‫الملف حول محوره داخل مجال مغناطي�سي وي�ستمر‬ ‫الملف بالدوران باتجاه واحد ب�سبب وجود المبادل‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)35‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫من التطبيقات الحديثة للمجال المغناطي�سي هو ا�ستعماله‬ ‫في بع�ض اجهزة الت�صوير الطبية بو�ساطة الرنين‬ ‫المغناطي�سي ‪MRI‬‬ ‫(‪)Magnetic Resonance Imaging‬‬ ‫‪128‬‬

‫أسئلة الفصل السادس‬ ‫إ�ختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي أ�تي‪:‬‬ ‫�س‪1‬‬ ‫‪ -1‬القوة الدافعة الكهربائيةالمحتثة (‪ )emf‬تتولد من تغير‪:‬‬ ‫‪a-a‬المجال الكهربائي‪.‬‬ ‫‪b-b‬المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫‪c-c‬فرق الجهد الكهربائي‪.‬‬ ‫‪d-d‬القوة الميكانيكية‪.‬‬ ‫‪ -2‬يزداد مقدار التيار المحتث المتولد في دائرة ملف �سلكي إ�ذا‪:‬‬ ‫‪a-a‬تحرك المغناطي�س ببطء داخل الملف‪.‬‬ ‫‪b-b‬تحرك المغناطي�س ب�سرعة داخل الملف‪.‬‬ ‫‪c-c‬يكون المغناطي�س �ساكن ًا ن�سبة للملف‪.‬‬ ‫‪ُ� d-d‬سحب الملف ببطء بعيد ًا عن المغناطي�س‪.‬‬ ‫‪ -3‬يمكن تحويل مولد للتيار المتناوب �إلى مولد للتيار الم�ستمر‪ ،‬وذلك برفع حلقتي الزلق منه‪ ،‬وربط‬ ‫طرفي الملف بـ ‪:‬‬ ‫‪a-a‬مبادل‪.‬‬ ‫‪ b-b‬م�صباح كهربائي‪.‬‬ ‫‪�c-c‬سلك غليظ‪.‬‬ ‫‪ d-d‬فولطميتر‪.‬‬ ‫‪129‬‬

‫‪ -4‬المولد الكهربائي يحول الطاقة الميكانيكية الى طاقة‪:‬‬ ‫‪ -a‬كيميائية‪.‬‬ ‫‪ -b‬كهربائية‪.‬‬ ‫‪ -c‬مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪� -d‬ضوئية‪.‬‬ ‫‪ -5‬يعمل المحرك الكهربائي على تحويل الطاقة الكهربائية �إلى طاقة‪:‬‬ ‫‪a-a‬ميكانيكية‪.‬‬ ‫‪b-b‬كيميائية‪.‬‬ ‫‪c-c‬مغناطي�سية‪.‬‬ ‫‪�d-d‬ضوئية‪.‬‬ ‫‪ -6‬أ�ي العوامل التالية لا تزيد قوة المغناطي�س الكهربائي لملف‪:‬‬ ‫‪ -a‬إ�دخال �ساق نحا�س داخل جوف الملف‪.‬‬ ‫‪ -b‬إ�دخال �ساق حديد داخل جوف الملف‪.‬‬ ‫‪ -c‬زيادة عدد لفات الملف لوحدة الطول‪.‬‬ ‫‪ -d‬زيادة مقدار التيار المن�ساب في الملف‪.‬‬ ‫‪ -7‬لف �سلك مو�صل معزول حول م�سمار من حديد مطاوع‪ ،‬وربط طرفي ال�سلك ببطارية فولطيتها‬ ‫منا�سبة‪ .‬أ�ي من العبارات الآتية غير �صحيحة لهذه الحالة‪:‬‬ ‫‪ -a‬م�سمار من الحديد المطاوع يكون مغناطي�س ًا كهربائي ًا‪.‬‬ ‫‪ -b‬أ�حد طرفي الم�سمار ي�صير قطب ًا �شمالي ًا والآخر قطب ًا جنوبي ًا‪.‬‬ ‫‪ -c‬يولد الم�سمار مجال ًا مغناطي�سي ًا في المحيط حول ُه‪.‬‬ ‫‪ -d‬يزول المجال المغناطي�سي للم�سمار بعد فترة زمنية من �إنقطاع التيار‪.‬‬ ‫‪130‬‬

‫‪ -8‬ال�شحنات الكهربائيية المتحركة تولد‪:‬‬ ‫‪ -a‬مجال كهربائي فقط‪.‬‬ ‫‪ -b‬مجال مغناطي�سي فقط‪.‬‬ ‫‪ -c‬مجال كهربائي ومجال مغناطي�سي‪.‬‬ ‫ب َم يتميز المغناطي�س الكهربائي عن المغناطي�س الدائمي ؟‬ ‫�س‪2‬‬ ‫في ال�شكل المجاور‪ ،‬تتحرك �ساق مغناطي�سية داخل جوف الملف‪:‬‬ ‫�س‪3‬‬ ‫‪a-a‬ما �سبب إ�ن�سياب تيار كهربائي في جهاز الملي �أميتر المربوط بين طرفي الملف‬ ‫‪b-b‬ما م�صدر الطاقة الكهربائية المتولدة في الدائرة‪.‬‬ ‫�إر�سم �شكل ًا تو�ضح فيه خطوط القوة المغناطي�سية لمجال مغناطي�سي ناتج عن إ�ن�سياب تيار‬ ‫�س‪4‬‬ ‫كهربائي م�ستمر في‪:‬‬ ‫‪� -1‬سلك مو�صل م�ستقيم‪.‬‬ ‫‪ -2‬حلقة مو�صلة‪.‬‬ ‫‪ -3‬ملف �سلكي محلزن ال�شكل‪.‬‬ ‫‪131‬‬

‫و�ضح (مع ذكر ال�سبب) في �أي من الحالتين الآتيتين يت�أثر �سلك مو�صل م�ستقيم ين�ساب فيه‬ ‫�س‪5‬‬ ‫تيار كهربائي بقوة مغناطي�سية عند و�ضعه داخل مجال مغناطي�سي منتظم‪:‬‬ ‫‪ a-a‬إ�ذا كان طول ال�سلك عمودي ًا على خطوط المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫‪ b-b‬إ�ذا كان طول ال�سلك موازي ًا لخطوط المجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫يزداد المجال المغناطي�سي لملف ين�ساب فيه تيار كهربائي م�ستمر عند و�ضع قطعة حديد في‬ ‫�س‪6‬‬ ‫جوفه‪.‬علل ذلك؟‬ ‫�س‪ 7‬ما المكونات الا�سا�سية‪:‬‬ ‫‪1-1‬للمولد الكهربائي‪.‬‬ ‫‪2-2‬للمحرك الكهربائي‪.‬‬ ‫ما مبد�أ عمل كل من ‪:‬‬ ‫�س‪8‬‬ ‫‪ -a‬المحرك الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ -b‬المولد الكهربائي‪.‬‬ ‫�س‪ 9‬ما الفرق بين مولد التيار المتناوب ومولد التيار الم�ستمر من حيث‪:‬‬ ‫‪ -a‬ا ألجزاء التي يت أ�لف منها‪.‬‬ ‫‪ -b‬التيار الخارج من كل منها‪.‬‬ ‫‪132‬‬

‫الفصل‬ ‫السابﻊ‬ ‫‪7‬‬ ‫المحولة الكهربائية ‪Electric Transformer‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫المقدمة‬ ‫‪ 1-7‬التيار المحتث‬ ‫‪ 2-7‬المحولة الكهربائية وانواعها‬ ‫‪ 3-7‬خ�ضائر القدرة في المحولة الكهربائية‬ ‫‪133‬‬

‫الأهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي �أن يكون الطالب قادر ًا على �أن‪:‬‬ ‫  ُيعرف المحولة الكهربائية‪.‬‬ ‫ يذكر �أجزاء المحولة الكهربائية‪.‬‬ ‫ يطبق قانون حفظ الطاقة على المحولة الكهربائية المثالية‪.‬‬ ‫ يطبق قانون كفاءة المحولة في حل م�سائل ريا�ضية‪.‬‬ ‫ يقارن بين المحولة الرافعة والمحولة الخاف�ضة‪.‬‬ ‫ يعدد خ�سائر القدرة في المحولة الكهربائية‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪Electrical Transformer‬‬ ‫المحولة الكهربائية‬ ‫‪Step-up Transformer‬‬ ‫المحولة الرافعة‬ ‫‪Step- down Transformer‬‬ ‫المحولة الخاف�ضة‬ ‫‪Power stations‬‬ ‫محطات القدرة‬ ‫حمل ‪Load‬‬ ‫‪Primary coil‬‬ ‫الملف الإبتدائي‬ ‫‪Secondary coil‬‬ ‫الملف الثانوي‬ ‫‪High voltage‬‬ ‫الفولطية العالية‬ ‫‪Source of AC voltage‬‬ ‫م�صدر الفولطية المتناوبة‬ ‫‪Soft iron core‬‬ ‫قلب من الحديد المطاوع‬ ‫‪134‬‬

‫مقدمة ‪Introduction‬‬ ‫تعد الطاقة الكهربائية من اأكثر اأنواع الطاقة �ضيوع ًا وا�ضتثمار ًا في المنازل حيث ت�ضتعمل في ا إل�ضاءة والتدفئة‬ ‫وفي ت�ضغيل جميع الأجهزة الكهربائية وكذلك في ت�ضغيل ا ألجهزة الكهربائية في الم�ضت�ضفيات والم�ضانع‪.‬‬ ‫لقد در�ضت في الف�ضل ال�ضاد�ض كيفية توليد تيار محتث في مو�ضل‪ ،‬وكما علمت يتولد التيار المحتث‪ ،‬من تغير‬ ‫خطوط المجال المغناطي�ضي خلال المو�ضل في وحدة الزمن‪ ،‬اأو نتيجة ح�ضول حركة ن�ضبية بين المو�ضل والمجال‬ ‫المغناطي�ضي الوا�ضج للمو�ضل مقترنة بحدوث تغير في الفي�ض المغناطي�ضي الوا�ضج‪.‬‬ ‫ال�ضكل (‪ )1‬مخطط للمحولة الكهربائية‬ ‫يتطلب في بع�ض الأحيان تغير مقدار الفولطية المتناوبة ‪ ،‬إاما رفعها الى مقدار أاكبر أاو خف�ضها الى مقدار أا�ضغر‪.‬‬ ‫ولتغيير مقدار الفولطية الخارجة من أاي م�ضدر متناوب‪ ،‬ت�ضتعمل بع�ض المحولت الكهربائية ال�ضكل (‪ )1‬لرفع مقدار‬ ‫الفولطية كما في جهاز التلفاز‪.‬‬ ‫وي�ضتعمل البع�ض ا آلخر لخف�ض مقدار الفولطية كما في اأجهزة المذياع والم�ضجل وغيرها‪.‬‬ ‫التيار المحتث‬ ‫‪1-7‬‬ ‫توليد تيار محتث في ملف‬ ‫‪‬‬ ‫�أدو�ت �لن�صاط‪:‬‬ ‫ملف ب�ضكل ا�ضطوانة مجوفة (الملف عبارة عن �ضلك معزول ملفوف يحتوي عدة لفات) ‪ ،‬ملف حلقي ال�ضكل ‪ ،‬م�ضباح‬ ‫كهربائي يعمل بفولطية منا�ضبة‪ ،‬م�ضدرا للفولطية المتناوبة‪ ،‬مفتاح ‪� ،‬ضاق من الحديد المطاوع طويل ن�ضبي ًا‪.‬‬ ‫‪135‬‬

‫ال�شكل (‪)2‬‬ ‫خطوات العمل‪:‬‬ ‫ ن�ضع داخل الملف الإ�سطواني �ساق حديد مطاوع طويل‬ ‫ن�سبي ًا كما في ال�شكل (‪.)2‬‬ ‫ نربط م�صدر الفولطية المتناوبة والمفتاح على التوالي‬ ‫بين طرفي الملف ا إل�سطواني (فتدعى هذه الدائرة‬ ‫بدائرة الملف الإبتدائي)‪.‬‬ ‫ نربط الم�صباح الكهربائي بالملف الحلقي (فيدعى هذا‬ ‫الملف بالملف الثانوي)‪.‬‬ ‫ نغلق دائرة الملف الإبتدائي (الملف الإ�سطواني)‪،‬‬ ‫نلاحظ توهج الم�صباح المربوط مع الملف الثانوي‪.‬‬ ‫ن�ستنتج من هذا الن�شاط ما ي أ�تي‪:‬‬ ‫تولد تيار محتث في الملف الثانوي نتيجة لتغير خطوط‬ ‫المجال المغناطي�سي في وحدة الزمن المتولد في الملف‬ ‫الإبتدائي والذي �سببه ان�سياب التيار المتناوب فيه‪.‬‬ ‫المحولة الكهربائية وانواعها‬ ‫‪2-7‬‬ ‫ال�شكل (‪)3‬‬ ‫المحولة الكهربائية هي جهاز يعمل على رفع الفولطية‬ ‫المتناوبة أ�و خف�ضها (�أي تعمل على تغير مقدار الفولطية‬ ‫المتناوبة الى مقدار آ�خر)‪ ،‬فيقل التيار أ�و يزداد‪.‬‬ ‫والمحولة الكهربائية تت أ�لف من‪:‬‬ ‫ملفين م�صنوعين من ا�سلاك نحا�سية معزولة ملفوفة‬ ‫حول قلب مغلق من الحديد المطاوع‪ .‬لاحظ ال�شكل (‪.)3‬‬ ‫فعندان�سيابتيار متناوبفيالملفالإبتدائيللمحولة‪،‬‬ ‫يولد مجال ًا مغناطي�سي ًا متغير ًا داخل القلب الحديد‪ .‬في�شج‬ ‫هذ المجال الملف الثانوي كما ي�شج الملف الابتدائي‪.‬‬ ‫لذا فان المحولة الكهربائية تعد جهاز ًا من أ�جهزة‬ ‫التيار المتناوب فهي لا تعمل على التيار الم�ستمر‪ ،‬وذلك‬ ‫لعدم تولد تيار محتث في الملف الثانوي لعدم حدوث تغير‬ ‫في المجال المغناطي�سي داخل القلب الحديد‪.‬‬ ‫‪136‬‬

‫وان الملف المربوط مع م�صدر الفولطية المتناوبة (الفولطية المجهزة للمحولة) والذي عدد لفاته (‪ )N1‬يدعى‬ ‫بالملف الابتدائي‪.‬‬ ‫اما الملف الذي يربط مع الحمل (الجهاز الذي ي�شتغل على المحولة) الذي عدد لفاته (‪ )N2‬يدعى بالملف‬ ‫الثانوي‪.‬‬ ‫ •بما �أن القدرة الكهربائية (‪ )P‬ت�ساوي حا�صل �ضرب الفولطية (‪ )V‬والتيار (‪ )I‬وتقا�س بـ (‪� .)Watt‬أي ان‪:‬‬ ‫‪P=I×V‬‬ ‫القدرة الداخلة في الملف الإبتدائي (‪ = )P1‬تيار الملف الإبتدائي(‪ × )I1‬فولطية الملف الإبتدائي (‪.)V1‬‬ ‫‪P1 = I1 × V1‬‬ ‫والقدرة الخارجة من الملف الثانوي (‪ = )P2‬تيار الملف الثانـوي (‪ × )I2‬فولطية الملف الثانوي (‪.)V2‬‬ ‫‪P2 = I2 × V2‬‬ ‫وطبق ًا لقانون حفظ الطاقة‪ ،‬نجد ان مقدار القدرة المجهزة لدائرة الملف الإبتدائي ي�ساوي مقدار القدرة الخارجة‬ ‫في دائرة الملف الثانوي (على فر�ض ان المحولة مثالية) وهذا يعني �إهمال ال�ضياع الحا�صل في الطاقة خلال ا�سلاك‬ ‫الملفين وخلال القلب الحديد للمحولة أ�ثناء �إ�شتغالها‪ .‬فيمكن عندئذ تطبيق المعادلة التالية‪:‬‬ ‫القدرة المجهزة لدائرة الملف الإبتدائي = القدرة الخارجة من دائرة الملف الثانوي‬ ‫أ�ي أ�ن ‪:‬‬ ‫‪P1 = P2‬‬ ‫وعندئذ تكون ‪:‬‬ ‫‪I1 ×V1 = I2 ×V2‬‬ ‫‪137‬‬

‫جميع المحولات يح�صل فيها �ضياع قدرة في اثناء عملها فتكون القدرة الخارجة اقل من القدرة الداخلة‪.‬‬ ‫ويمكن ح�ساب كفاءة المحولة العملية من العلاقة الاتية‪:‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫القدرة الخارجة من ملفها الثانوي (‪)P2‬‬ ‫كفاءة المحولة (‪= )η‬‬ ‫القدرة الداخلة في ملفها ا إلبتدائي )‪(P1‬‬ ‫=‪η‬‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪× 100%‬‬ ‫‪P1‬‬ ‫وتكون ‪:‬‬ ‫الفولطية الخارجة من الملف الثانوي (‪ = )V2‬عدد لفات ملفها الثانوي (‪)N2‬‬ ‫الفولطية الداخلة في الملف الإبتدائي (‪ )V1‬عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪)N1‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫=‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫‪ :‬بن�سبة التحويل في المحولة‪� ،‬أو ن�سبة عدد اللفات‪.‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫* تدعى الن�سبة‬ ‫‪N1‬‬ ‫من الجدير بالذكر‪ :‬عند نقل الطاقة الكهربائية الى م�سافات بعيدة خلال ا�سلاك تو�صيل طويلة‪ ،‬ف�إنها تنقل بفولطية‬ ‫عالية وتيار واطئ وذلك لتقليل الخ�سارة التي تح�صل ب�سبب المقاومة الكبيرة لهذه الأ�سلا ك‪.‬‬ ‫المحولات الكهربائية تكون بنوعين‪:‬‬ ‫النوع لاأول‪ :‬محولة خاف�ضة ‪Step- down Transformer‬‬ ‫يكون عدد لفات ملفها الثانوي (‪ )N2‬أ�قل‬ ‫من عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪ )N1‬لاحظ‬ ‫ال�شكل (‪ )4‬لذا ف إ�ن الفولطية الخارجة من‬ ‫ملفها الثانوي (‪� )V2‬أقل من الفولطية الداخلة‬ ‫في ملفها الإبتدائي (‪.)V1‬‬ ‫ال�شكل (‪)4‬‬ ‫‪138‬‬

‫هناك ا�ستعمالات عدة لهذا النوع من المحولات اذ ان معظم المحولات الكهربائية الم�ستعملة في الفولطية الداخلة‬ ‫�إلى المنازل من هذا النوع وكذلك المحولة الم�ستعملة في مناطق ا�ستلام القدرة المجهزة الى المدن لاحظ ال�شكل‬ ‫( ‪ )5-a‬والمحولة الم�ستعملة في جهاز اللحام الكهربائي لاحظ ال�شكل (‪ )5-b‬والمحولة الم�ستعملة في �شاحنة‬ ‫الموبايل لاحظ ال�شكل (‪.)5-c‬‬ ‫(‪ )c‬المحولة الخاف�ضة الم�ستعملة‬ ‫في �شاحنة الموبايل‪.‬‬ ‫(‪ )a‬المحولة الخاف�ضة الم�ستعملة في مناطق (‪)b‬المحولةالخاف�ضةالم�ستعملة‬ ‫ا�ستلام القدرة الكهربائية المجهزة الى المدن‪ .‬في جهاز اللحام الكهربائي‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪)5‬‬ ‫النوع الثاني‪ :‬محولة رافعة ‪Step-up Transformer‬‬ ‫يكون عدد لفات ملفها الثانوي (‪)N2‬‬ ‫�أكبر من عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪)N1‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)6‬‬ ‫لذا ف إ�ن الفولطية الخارجة من ملفهـا‬ ‫الثانوي (‪ )V2‬أ�كبر من الفولطية الداخــلة‬ ‫في ملفها الإبتدائي (‪.)V1‬‬ ‫ال�شكل (‪)6‬‬ ‫‪139‬‬

‫مثل المحولة الم�ستعملة في جهاز التلفاز لتجهيز الفولطية العالية للقاذف ا إللكتروني لل�شا�شة لاحظ ال�شكل (‪7‬‬ ‫‪ )-a‬او المحولات الم�ستعملة في محطات توليد الطاقة الكهربائية عند �إر�سالها الى المدن لاحظ ال�شكل (‪.)7-b‬‬ ‫(‪ )b‬محولة رافعة في محطات تجهيز الطاقة‬ ‫(‪ )a‬محولة رافعة ت�ستعمل في بع�ض الاجهزة‬ ‫الكهربائية الى المدن‪.‬‬ ‫الكهربائية‬ ‫ال�شكل (‪)7‬‬ ‫والعلاقة التالية تربط بين عدد اللفات والفولطية ‪:‬‬ ‫عدد لفات ملفهــا الثانـــوي (‪)N2‬‬ ‫=‬ ‫الفولطية الخارجة من الملف الثانوي (‪)V2‬‬ ‫عدد لفات ملفهـا ا إلبتدائي (‪)N1‬‬ ‫الفولطية الداخلة في الملف الإبتدائي (‪)V1‬‬ ‫�أي ان‪:‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫=‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫وعلى فر�ض اهمال خ�سائر القدرة في المحولة الكهربائية‪ ،‬عندئذ تدعى المحولة مثالية والقدرة الخارجة من‬ ‫المحولة ت�ساوي القدرة الداخلة اليها اي ان‪:‬‬ ‫‪P2 = P1‬‬ ‫‪I2V2 = I1V1‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫=‬ ‫‪I1‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫‪I2‬‬ ‫‪140‬‬

‫وهذا يعني ان المحولة الكهربائية الرافعة للفولطية تكون خاف�ضة للتيار في الوقت نف�ضه‪ ،‬فالفولطية تتنا�ضب‬ ‫عك�ضي ًا مع التيار‪.‬‬ ‫توجد علاقة بين عدد اللفات والتيار في المحولة الكهربائية المثالية‪.‬‬ ‫‪N2‬‬ ‫=‬ ‫‪I1‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪I2‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫=‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪ -‬اإذا كانت ن�ضبة التحويل في المحولة ‪ N2‬اأكبر من الواحد‪ ،‬فالمحولة تكون رافعة للفولطية وبذلك‬ ‫ت�ضير‪N1 :‬‬ ‫(‪ )V2‬أاكبر من (‪ )V1‬وخاف�ضة للتيار ‪ I2‬أا�ضغرمن ‪I1‬‬ ‫اأ�ضغر من الواحد‪ ،‬فالمحولة تكون خاف�ضة للفولطية‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪ -‬واإذا كانت ن�ضبة التحويل في المحولة‬ ‫‪N1‬‬ ‫وبذلك ت�ضير‪:‬‬ ‫(‪ )V2‬اأ�ضغر من (‪ )V1‬ورافعة للتيار ‪ I2‬اأكبر من ‪I1‬‬ ‫ﺗﺬﻛر‬ ‫ان المحولة الرافعة للفولطية (‪ )Step-up Transformer‬تكون خاف�ضة للتيار في الوقت نف�ضه‪.‬‬ ‫وبالعك�ض فالمحولة الخاف�ضة للفولطية (‪ )Step-down Transformer‬تكون رافعة للتيار في‬ ‫الوقت نف�ضه‪.‬‬ ‫‪141‬‬

‫خسائر القدرة في المحولة الكهربائية‬ ‫‪3-7‬‬ ‫ال�شكل (‪)8‬‬ ‫ومن انواع هذه الخ�سائر‪:‬‬ ‫‪ -1‬خ�سارة ناتجة عن مقاومة أ��سلاك الملفين‪:‬‬ ‫وتظهر ب�شكل طاقة حرارية في ا�سلاك الملفين الإبتدائي‬ ‫والثانوي في �أثناء إ��شتغال المحولة وهي ناتجة عن المقاومة‬ ‫ا ألومية لا�سلاك الملفين‪.‬‬ ‫* لتقليل هذه الخ�سارة ت�صنع ا�سلاك الملفين من مادة ذات‬ ‫مقاومة �صغيرة المقدار (من النحا�س) لاحظ ال�شكل (‪.)8‬‬ ‫‪ -2‬خ�سارة التيارات الدوامة‪:‬‬ ‫وتظهر ب�شكل طاقة حرارية في القلب الحديد للمحولة‬ ‫�أثناء �إ�شتغالها‪ ،‬ب�سبب التغير الحا�صل في خطوط المجال‬ ‫المغناطي�سي خلال قلب الحديد‪ ،‬والذي يولد تيارات محتثة‬ ‫داخل القلب الحديد ت�سمى بالتيارات الدوامة‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )9‬ترتيب �صفائح الحديد المعزولة عن بع�ضها‬ ‫* لتقليل هذه الخ�سارة ي�صنع قلب المحولة ب�شكل �صفائح من‬ ‫في قلب المحولة‬ ‫الحديد المطاوع رقيقة ومعزولة بع�ضها عن بع�ض كهربائيا‬ ‫ومكبو�سة كب�سا �شديد ًا وم�ستواها موا ٍز للمجال المغناطي�سي‪.‬‬ ‫لاحظ ال�شكل (‪.)9‬‬ ‫‪142‬‬

‫ﻣﺜﺎل )‪(1‬‬ ‫محولة كهربائية ربط ملفها البتدائي مع م�ضدر للفولطية المتناوبة(‪ )240V‬والجهاز الكهربائي‬ ‫(الحمل) المربوط مع ملفها الثانوي ي�ضتغل علـــى فولطيـــة متناوبة (‪ )12V‬وكان عــدد لفــات ملفهــا‬ ‫ا إلبتدائي (‪.)500 turn‬‬ ‫(‪ )1‬ما نوع هذه المحولة ؟ (‪ )2‬اح�ضب عدد لفات ملفها الثانوي‪.‬‬ ‫�لحل ‪:‬‬ ‫البتدائي‬ ‫ملفها‬ ‫فولطية‬ ‫من‬ ‫أا�ضغر‬ ‫‪)V2‬‬ ‫=‬ ‫(‪12V‬‬ ‫الثانوي‬ ‫‪ -1‬المحولة خاف�ضة‪ .‬لأن فولطية ملفها‬ ‫‪?2‬ن‪(-‬ط=ب‪2nV‬ق‪r0‬ال‪uN4‬ع‪t‬ل‪2،‬اق‪=0‬ة‪01V‬ا‪2‬ل‪V5‬ت‪1‬ي)=ة‪V1=240V ،VN2:1=.‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫=‬ ‫‪N2‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫‪N1‬‬ ‫‪12V‬‬ ‫=‬ ‫‪N2‬‬ ‫فتكون‪:‬‬ ‫‪240V‬‬ ‫‪500 turn‬‬ ‫ﻋدﺩ لﻔات ملﻔها الثانوي ‪N2 = 25 turn‬‬ ‫ﻣﺜﺎل )‪(2‬‬ ‫إاذا كانت القدرة الداخلة في الملف البتدائي لمحولة كهربائية (‪ )220W‬وخ�ضائر القدرة فيها (‪)11W‬‬ ‫جد كفاءة المحولة ؟‬ ‫�لحل‪ :‬خ�ضائر القدرة في المحولة = القدرة الداخلة –القدرة الخارجة‬ ‫‪Plost = P1 - P2‬‬ ‫‪11 = 220 - P2‬‬ ‫‪P2 = 209 W‬‬ ‫=‪h‬‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪# 100%‬‬ ‫‪P1‬‬ ‫=‬ ‫‪209W‬‬ ‫‪# 100%‬‬ ‫‪220W‬‬ ‫كﻔاءﺓ المحولة ‪h = 95%‬‬ ‫‪143‬‬

‫أسئلة الفصل السابع‬ ‫إ�ختر العبارة ال�صحيحة لكل مما ي أ�تي‪:‬‬ ‫�س‪1‬‬ ‫‪ -1‬التيار المتناوب المن�ساب في الملف الثانوي لمحولة كهربائية هو تيار محتث يتولد بو�ساطة‪:‬‬ ‫‪ -a‬مجال كهربائي متغير‪.‬‬ ‫‪ –b‬مجال مغناطي�سي متغيرخلال قلب الحديد‪.‬‬ ‫‪ -c‬قلب حديد للمحولة‪.‬‬ ‫‪ -d‬حركة الملف‪.‬‬ ‫‪ -2‬الن�سبة بين فولطية الملف الثانوي وفولطية الملف الابتدائي في المحولة الكهربائية لا يعتمد على‪:‬‬ ‫‪ -a‬ن�سبة عدد اللفات في الملفين‪.‬‬ ‫‪ – b‬مقاومة ا�سلاك الملفي ن‬ ‫‪ -c‬الفولطية الخارجة من الملف الابتدائي ‪.‬‬ ‫‪ -d‬الفولطية الخارجة من الملف الثانوي ‪.‬‬ ‫‪ -3‬اذا كان عدد لفات الملف الابتدائي لمحولة مثالية (‪ )800 turn‬وللثانوي )‪ (200 turn‬وكان‬ ‫التيارالمن�ساب في الملف الثانوي ِ(‪ )40A‬ف أ�ن التيار المن�ساب في الملف الأبتدائي ‪:‬‬ ‫‪10A -a‬‬ ‫‪80 A -b‬‬ ‫‪160A -c‬‬ ‫‪8000A -d‬‬ ‫‪ -4‬محولة كهربائية عدد لفات ملفها الثانـوي (‪ )300 turn‬وعـدد لفات ملفها الابتدائي (‪.)6000 turn‬‬ ‫فاذا كانت الفولطية المتناوبة المطبقة على ملفها الابتدائي (‪ (240V‬ف�أن الفولطية الخارجة من ملفها‬ ‫الثانوي تكون‪:‬‬ ‫‪12V -a‬‬ ‫‪24V -b‬‬ ‫‪ 4800V -c‬‬ ‫‪80V -d‬‬ ‫‪144‬‬

‫‪ -5‬محولة مثالية (خ�سائرها مهملة)‪,‬عدد لفات ملفها ا ألبتدائي (‪ ،)600turn‬وعدد لفات ملفها الثانوي‬ ‫(‪ )1800turn‬وكانت القدرة المتناوبة الداخلة في ملفها الابتدائي (‪ )720W‬بفولطية (‪ )240V‬ف أ�ن‬ ‫تيار ملفها الثانوي ي�ساوي‪:‬‬ ‫‪1A -a‬‬ ‫‪3A -b‬‬ ‫‪0.1A -c‬‬ ‫‪0.3A -d‬‬ ‫‪ -6‬ال�شكل التالي يبين أ�ربع أ�نواع من‬ ‫المحولات الكهربائية‪ ،‬وطبق ًا للمعلومات‬ ‫المعطاة في �أ�سفل كل �شكل‪ ،‬بين �أي منها‬ ‫تكون محولة رافعة ؟‬ ‫بماذا تختلف المحولة الرافعة عن المحولة الخاف�ضة؟‬ ‫�س‪2‬‬ ‫ماهو ا�سا�س عمل المحولة الكهربائية؟‬ ‫�س‪3‬‬ ‫و�ضح كيف تعمل المحولة الكهربائية على تغير مقدار الفولطية ؟‬ ‫�س‪4‬‬ ‫في �أي المجالات ت�ستعمل المحولة الكهربائية ؟‬ ‫�س‪5‬‬ ‫‪ -1‬الرافعة ‪ -2‬الخاف�ضة‬ ‫و�ضح الفائدة ا إلقت�صادية من نقل القدرة الكهربائية الى م�سافات بعيدة بفولطية عالية وتيار‬ ‫�س‪6‬‬ ‫واطىء؟‬ ‫�س‪7‬‬ ‫لماذا تحتاج المحولة الكهربائية إل�شتغالها الى تيار متناوب ؟‬ ‫�س‪8‬‬ ‫هل تعمل المحولة الكهربائية لو و�ضعت بطارية بين طرفي ملفها الابتدائي و�ضح ذلك؟‬ ‫‪145‬‬

‫لتجهيز القدرة الكهربائية من محطة توليدها الى م�صنع كبير يبعد عنها ببعد معين ‪.‬ما نوع‬ ‫�س‪9‬‬ ‫المحولة الكهربائية الم�ستعملة‪:‬‬ ‫‪ -1‬في بداية خطوط نقل القدرة عند محطة الار�سال‪.‬‬ ‫‪ -2‬في نهاية خطوط نقل القدرة قبل دخولها الم�صنع‪.‬‬ ‫المسائل‬ ‫موالحتويلاةر(الكمفانء�تساهاب ف‪%‬ي‪0‬م‪0‬لف‪1‬ه)ا اولنث�اسنبوة ايلت(ح‪A‬وي‪.1‬ل‪1‬في)هاأ�(ح�س‪12‬ب‪ ):‬تعمل على فولطية متناوبة (‪)220V‬‬ ‫�س‪1‬‬ ‫ج‪1- 110V :‬‬ ‫‪ -1‬فولطية الملف الثانوي‪.‬‬ ‫‪2- 0.55A‬‬ ‫‪ -2‬تيار الملف الابتدائي‪.‬‬ ‫محولة كهربائية كفاءتها(‪ )80%‬والقدرة الخارجة منها (‪ ،)4.8 kW‬ما مقدار القدرة‬ ‫�س‪2‬‬ ‫الداخلة في المحولة؟‬ ‫�س‪3‬‬ ‫ج‪6kW :‬‬ ‫محولة كهربائية كفاءتها (‪� ،)95%‬إذا كانت القدرة الداخلة فيها (‪ .)9.5 kW‬ما مقدار‬ ‫القدرة الخارجة منها ؟‬ ‫ج‪9.025kW :‬‬ ‫م�صباح كهربائي مكتوب عليه فولطية (‪ )6V‬وقدرة (‪ .)12W‬ربط هذا الم�صباح مع الملف‬ ‫�س‪4‬‬ ‫الثانوي لمحولة كهربائية ‪ ،‬وربط ملفها الأبتدائي مع م�صدر للفولطية المتناوبة (‪)240V‬‬ ‫وكان عدد لفات ملفها الإبتدائي (‪ .)8000turn‬فتوهج الم�صباح توهجا اعتيادي ًا‪�( .‬أعتبر‬ ‫المحولة مثالية) أ�ح�سب‪:‬‬ ‫‪ -1‬عدد لفات ملفها الثانوي‬ ‫‪ -2‬التيار المن�ساب في الم�صباح‪.‬‬ ‫‪ -3‬التيار المن�ساب في الملف الابتدائي‪.‬‬ ‫‪1- 200 turn‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪2- 2A‬‬ ‫‪3- 0.05 A‬‬ ‫‪146‬‬

‫الفصل‬ ‫الثامن‬ ‫‪8‬‬ ‫تكنولوجيا مصادر الطاقة ‪Energy Sources technology‬‬ ‫مفردات الفصل‬ ‫‪ 1-8‬الطاقة في حياتنا‬ ‫‪ 2-8‬الم�ضادر الحالية للطاقة‬ ‫‪ 1-2-8‬م�ضادر الطاقة الحفورية‬ ‫‪ 2-2-8‬م�ضادر الطاقة المائية‬ ‫‪ 3-2-8‬م�ضادر الطاقة النووية‬ ‫‪ 3-8‬الم�ضادر البديلة للطاقة (م�ضادر الطاقة المتجددة)‬ ‫‪ 1-3-8‬تكنولوجيا الطاقة ال�ضم�ضية‬ ‫‪ -‬ا�ضتثمار الطاقة ال�ضم�ضية في توليد الكهرباء‬ ‫‪ -‬التطبيقات الحرارية للطاقة ال�ضم�ضية‬ ‫‪ -‬كفاءة تحويل الطاقة للخلية ال�ضم�ضية‬ ‫‪ 2-3-8‬تكنولوجيا طاقة الرياح ( أاو الطاقة الهوائية)‬ ‫‪ 3-3-8‬تكنولوجيا طاقة الوقود الحيوي‬ ‫‪ 4-3-8‬تكنولوجيا طاقة المد والجزر‬ ‫‪147‬‬

‫الأهداف السلوكية‬ ‫بعد درا�سة هذا الف�صل ينبغي ان يكون الطالب قادر ًا ان‪:‬‬ ‫ يو�ضح مدى اهمية الطاقة في حياتنا‪.‬‬ ‫ يعرف مفهوم الطاقة‪.‬‬ ‫ يحدد انواع الطاقات التي ي�ستثمرها الان�سان‪.‬‬ ‫ يعدد انواع الطاقات غير المتجددة‪.‬‬ ‫ يعدد انواع الطاقات المتجددة‪.‬‬ ‫ يو�ضح الفرق بين الطاقات المتجددة وغير المتجددة‪.‬‬ ‫ يحدد فوائد تطبيقات الطاقات المتجددة‪.‬‬ ‫ يذكر اهمية ا�ستعمال انواع مختلفة من الطاقة المتجددة‪.‬‬ ‫ ي�شرح فوائد تطبيقات الطاقة ال�شم�سية‪.‬‬ ‫ يذكر فوائد الخلايا ال�شم�سية وتطبيقاتها‪.‬‬ ‫الم�صطلحات العلمية‬ ‫‪Energy‬‬ ‫الطاقة‬ ‫‪Hydropower energy sources‬‬ ‫الم�صادر المائية للطاقة‬ ‫‪Nuclear energy sources‬‬ ‫م�صادر الطاقة النووية‬ ‫‪Non-Renewable energy sources‬‬ ‫م�صادر الطاقة غير المتجددة‬ ‫‪Renewable energy sources‬‬ ‫م�صادر الطاقة المتجددة‬ ‫‪Solar cell‬‬ ‫الخلية ال�شم�سية‬ ‫‪Wind energy‬‬ ‫طاقة الرياح‬ ‫‪Biofuel energy‬‬ ‫طاقة الوقود الحيوي‬ ‫‪Tidal energy‬‬ ‫طاقة المد والجزر‬ ‫)‪Alternating current (AC‬‬ ‫التيار المتناوب‬ ‫)‪Direct current (DC‬‬ ‫التيار الم�ستمر‬ ‫‪148‬‬

‫الطاقة في حياتنا‬ ‫‪1-8‬‬ ‫الطاقة هي احــدى المقومـات الرئي�سة‬ ‫للمجتمعات المتح�ضرة ونحتاج اليها في‬ ‫ت�سيير حياتنا اليومية حيث ت�ستعمل الطاقة في‬ ‫ت�شغيل كثير من الم�صانع وفي تحريك و�سائط‬ ‫النقل المختلفة وفي ت�شغيل الادوات المنزلية‬ ‫وغير ذلك من الاغرا�ض‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )1‬اجهزة مختلفة م�ستهلكة للطاقة ت�ستعمل في حياتنا اليومية‬ ‫وكما هو معروف ان هناك �صور متعددة للطاقة لاحظ ال�شكل (‪ )2‬كال�ضوء والحرارة وال�صوت والطاقة الميكانيكية‬ ‫التي تحرك الآلات والطاقة الكيميائية المخزونة في أ�وا�صر الذرات والجزيئات والطاقة النووية والتي يمكن تحويلها‬ ‫إ�لى طاقة كهربائية‪.‬‬ ‫ال�شكل (‪ )2‬انواع الطاقات‬ ‫‪149‬‬

‫وقد تعرفنا في ف�صول �سابقة انه يمكن تحويل الطاقة من �صورة إ�لى اخرى وان الطاقة هي المقدرة على انجاز‬ ‫�شغل‪ .‬ون�ستعمل وحدات متعددة لقيا�س مقدار الطاقة وح�سب نوع الطاقة الم�ستعملة واهم وحدات الطاقة هي‪:‬‬ ‫الجول (‪)Joule‬‬ ‫‪ 1‬جول = ‪ 1‬نيوتن × ‪ 1‬متر‬ ‫)‪(1 Joule) = (1 Newton) × (1 meter‬‬ ‫وهناك وحدات اخرى مثل ًا‪:‬‬ ‫‪1 (Kilowatt - hour) = 3.6 × 106 Joule‬‬ ‫‪1 (Horse power - hour) = 2.68 × 106 Joule‬‬ ‫اما الوحدات الاخرى للطاقة والتي ت�ستعمل فـي حالات الج�سيمات ا ألولية كالجزئيات والذرات ومكوناتها هي‬ ‫(الالكترون ‪ -‬فولـط) (‪ )electron volt‬ومخت�صرها ‪ eV‬وان‪:‬‬ ‫‪1 e V = 1.6 ×10-19 joule‬‬ ‫المصادر الحالية للطاقة‬ ‫‪2-8‬‬ ‫لم يدخر الان�سان جهد ًا منذ فجر التاريخ في ا�ستثمار كافة م�صادر الطاقة المحيطة به والتي تزوده بالجزء الا�سا�س‬ ‫والاكبر من احتياجاته من الطاقة مثل الح�صول على الطاقة من م�ساقط المياه أ�و من حركة الرياح وكذلك ا�ستثمار‬ ‫الطاقة ال�شم�سية‪ ،‬وحتى الان ومايزال بع�ض النا�س ي�ستعملون اخ�شاب الا�شجار في تلبية جزء من متطلباتهم من‬ ‫الطاقة‪.‬‬ ‫ويمكن تق�سيم م�صادر الطاقة الحالية في العالم �إلى ثلاثة اق�سام رئي�سة وهي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الم�صادر الاحفورية‪.‬‬ ‫‪ -2‬م�صادر الطاقة المائية‪.‬‬ ‫‪ -3‬م�صادر الطاقة النووية‪.‬‬ ‫م�صادر‬ ‫ويمكن و�صفها ح�سب المخطط الاتي‪:‬‬ ‫الطاقة الحالية‬ ‫م�صادر م�صادر م�صادر‬ ‫الطاقة الاحفورية الطاقة المائية الطاقة النووية‬ ‫الفحم الغاز الطبيعي‬ ‫النفط‬ ‫‪150‬‬