الدرس الثالث: المغناطيسية (١)
انظر إلى رافعات الحصى والمعادن الكبيرة في الصورة. تعمل الكهرباء والمغناطيسية معاً لرفع هذه المواد الثقيلة ونقلها من مكان إلى آخر. تجذب المغناطيسات الأشياء بقوة غير مرئية لا نراها بأعيننا. كيف تؤثر هذه القوة في الأشياء حولنا وكيف نستفيد منها في حياتنا اليومية؟ هذا ما سنتعلمه في هذا الدرس.
يقوم الدرس على فكرة أن المغناطيس له قوة تجذب بعض المعادن كالحديد، وله قطبان شمالي وجنوبي، فالأقطاب المتشابهة تتباعد والأقطاب المختلفة تنجاذب. كما يشرح العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية، وكيف ينتج المجال المغناطيسي من مرور تيار كهربائي في سلك، وكيف تتحول الطاقة الكهربائية إلى حركية عبر المحرك الكهربائي، أو العكس عبر المولد الكهربائي. مثال سريع: تقريب قطبين شماليين لمغناطيسين معا يجعلهما يتباعدان بسبب التنافر.
الفكرة الأساسية
المغناطيس جسم له قوة تجذب بعض المعادن كالحديد والنيكل والكوبلت، وله قطبان شمالي وجنوبي، وتوجد علاقة وثيقة بين الكهرباء والمغناطيسية حيث ينتج احدهما الاخر.
الشرح
للمغناطيس قطبان، أحدهما يسمى القطب الشمالي ويرمز اليه بالرمز N، والآخر يسمى القطب الجنوبي ويرمز اليه بالرمز S. الأقطاب المتشابهة تتباعد والأقطاب المختلفة تنجاذب. وتتكون العناصر مثل الحديد من جسيمات صغيرة يعمل كل جسيم منها عمل مغناطيس، وعند تقريب قطعة حديد إلى مغناطيس تصطف هذه الجسيمات في اتجاه واحد لتصبح قطعة الحديد مغناطيسا. وللأرض مجال مغناطيسي يحوط بها. وعند مرور تيار كهربائي في سلك ينشأ حوله مجال مغناطيسي، وكلما زاد التيار زادت قوة المجال. المحرك الكهربائي يجهر يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية، بينما المولد الكهربائي يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
مثال محلول خطوة بخطوة
المشكلة: كيف يمكن زيادة قوة المغناطيس الكهربائي في سلك الف? خطوات الحل: زيادة شدة التيار الكهربائي المار في السلك أو زيادة عدد لفات السلك الحل: بزيادة التيار أو اللفات يصبح المجال المغناطيسي أطول وأقوى.
أخطاء شائعة
الظن بأن الأقطاب المتشابهة للمغناطيس تتجاذب، والصحيح أن الأقطاب المتشابهة تتنافر والأقطاب المختلفة تتجاذب. والظن بأن التيار الكهربائي لا يؤثر على السلك، والصحيح أن مرور التيار في سلك يولد مجالا مغناطيسيا حوله.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: ما الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية؟ الإجابة: المحرك الكهربائي. السؤال الثاني: ماذا يحدث عند تقريب قطبين شماليين لمغناطيسين أحدهما إلى الآخر؟ الإجابة: يدفَع كل منهما الآخر أو يتبaفران.