صفحة ١٦٨
انظر إلى الصورة الكبيرة أمامك: هذا قطار سريع جداً يسير فوق السكة دون أن يلامسها، تبلغ سرعته أكثر من ست مئة كيلومتر في الساعة. كيف يرتفع هكذا؟ وكيف يتحرك دون احتكاك؟ الإجابة تكمن في علم المغناطيسية الذي ستدرسه في هذا الدرس. فالمغناطيس ليس مجرد لعبة أطفال تعلقها على باب الثلاجة، بل هو قوة هائلة تُستخدم في وسائل النقل الحديثة لتصل بك من مدينة إلى أخرى في دقائق معدودة وبأمان تام. تابع معنا لتكتشف سر هذه القوة العجيبة وكيف نستفيد منها.
صفحة ١٦٩
هذا نشاط استقصائي لتعرف كيف تؤثر قوى المغناطيس في الأجسام. أحضر كيساً بلاستيكياً شفافاً وضع فيه برادة حديد فوق قضيب مغناطيسي، ولاحظ كيف تنتظم البرادة على شكل خطوط واضحة. في الخطوة الثانية، جرب تعليق مغناطيس واقترب منه بمغناطيس آخر لترى كيف يتحرك ويبتعد أو يقترب. في الخطوة الثالثة، استخدم المسطرة والبوصلة لقياس المسافة التي تبدأ فيها إبرة البوصلة بالتحرك نحو المغناطيس. سجل كل ملاحظاتك وقارنها بتوقعاتك التي كتبتها في بداية النشاط لتتأكد هل كنت محقاً أم لا.
صفحة ١٧٠
انظر إلى إبرة البوصلة الصغيرة، كيف تتجه دائماً نحو الشمال؟ إنها تتأثر بمجال الأرض المغناطيسي. المغناطيس هو جسم له القدرة على جذب مواد معينة كالحديد والنيكل. للمغناطيس قطبان: قطب شمالي وقطب جنوبي. الأقطاب المتشابهة تتنافر وتبتعد عن بعضها، بينما الأقطاب المختلفة تتجاذب وتقترب. إذا قطعت المغناطيس إلى نصفين، فلن تحصل على قطب شمالي وحدة وجنوبي وحده، بل سيكون لكل نصف قطبان جديدان. ذرات المغناطيس تعمل كلها باتجاه واحد لتجعل له قوة مغناطيسية دائمة.
صفحة ١٧١
انظر إلى الشكل الذي يوضح خطوط المجال المغناطيسي للأرض وكيف تشبه خطوط المجال لقضيب مغناطيسي عادي. تسلك الذرات سلوك المغناطيس، وعندما تنثر برادة الحديد فوق مغناطيس فإنها ترسم خطوطاً توضح اتجاه القوى المغناطيسية. هذه الخطوط تكون قريبة من بعضها عند الأقطاب لأن القوة المغناطيسية هناك تكون أكبر ما يمكن. لاحظ أن القطب الشمالي الجغرافي للأرض يوجد بالقرب منه قطب جنوبي مغناطيسي، وهذا ما يجعل إبرة البوصلة تشير نحو الشمال بدقة.
صفحة ١٧٢
ما الذي يجمع بين جرس الباب والتلفاز والمحرك الكهربائي؟ كلها تحتوي على مغناطيس كهربائي. عندما يسري تيار كهربائي في سلك فإنه يولد حوله مجالاً مغناطيسياً. وكلما لفت السلك على شكل حلقة زادت قوة هذا المجال، وإذا صنعت ملفاً من عدة حلقات فسيكون المجال قوياً جداً. وإذا وضعت قضيب حديد داخل هذا الملف فإن قوة المغناطيس ستزداد بشكل كبير. يمكنك زيادة القوة إما بزيادة التيار الكهربائي أو بزيادة عدد لفات السلك حول القضيب.
صفحة ١٧٣
هذا نشاط عملي لتصنع بنفسك مغناطيساً كهربائياً بسيطا. لف سلكاً معزولاً حول قلم رصاص نحو خمس وعشرين لفة ثم انزع القلم. ضع بوصلة تحت الملف بحيث تصبح متعامدة مع إبرة البوصلة وأصل طرفي السلك ببطارية لتلاحظ ما يحدث لإبرة البوصلة. جرب التقاط مشابك الورق الصטيرة الفلزية بواسطة هذا الملف الكهربائي. ماذا ملاحظ؟ لقد تحول الملف إلى مغناطيس يجذب الفلزات بفضل التيار الكهربائي الساري فيه.
صفحة ١٧٤
كيف يضيء مصباح دراجتك دون بطارية؟ إنه يعتمد على مولد كهربائي صغير يستخدم حركة العجلة لتوليد الكهرباء. المولد الكهربائي هو أداة تنتج تياراً كهربائياً من خلال دوران ملف فلزي بين قطبي مغناطيس. عندما تحرك ذراع المולד يدور الملف في المجال المغناطيسي وتدفع قوى المجال إلكترونات الملف، فيتولد تيار كهربائي يسري في الأَسلاك. وفي محطات توليد الطاقة الضخمة توجد ملفات عديدة تدور بجوار مغناطيسات لتوليد تيار كبير يناسب تشغيل المدن.
صفحة ١٧٥
انظر إلى الرسم الكبير للمولد الكهربائي في المحطات الكهرومائية. يدفع الماء الساقط مراوح التوربين ليدور المحور المتصل بالملف الفلزي بالقرب من المغناطيس. عندما يدور الملف بهذه السرعة العالية داخل المجال المغناطيسي تتولد كهرباء بفرق جهد عالٍ جداً. هذا الشغل الناتج عن الماء المتساقط أو الرياح يتحول إلى طاقة حركية ثم إلى طاقة كهربائية تسري في الأسلاك لتزود المدن والبيوت بما تحتاج إليه من طاقة للإنارة وتشغيل الأجهزة.
صفحة ١٧٦
هل شاهدت من قبل قطاراً يسير في الهواء دون أن يلامس السكة؟ هذا هو قطار الرفع المغناطيسي. يتم رفع القطار مسافات قليلة فوق المسار بفعل تقريب قطاب مغناطيسية متشابهة تحدث بينها قوى تنافر متبادلة. ولأنه لا يوجد احتكاك بين القطار والمسار ما عدا الاحتكاك الخفيف مع الهواء، فإن هذا القطار يسير بسرعة فائقة تصل إلى أربعمائة كيلومتر في الساعة، مما يجعله وسيلة نقل عملية وآمنة وسريعة للسفر بين المدن.
صفحة ١٧٧
هذه صفحة مراجعة الدرس. تأمل الملخص المصور الذي يذكرك بأن للمغناطيس أقطاباً شمالية وجنوبية، وأن التيارات الكهربائية تولد مغناطيسات كهربائية. أجب عن الأسئلة في أعلى الصفحة لتختبر فهمك، مثل مقارنة التشابه والاختلاف بين الباب والسماعة الصوتية، أو تحديد العامل الذي يزيد من قوة المغناطيس الكهربائي من بين الخيارات الأربعة. تأمل أيضاً جدول العلوم والرياضيات في الأسفل لحساب نسبة القوة بين ملف كهربائي وقضيب مغناطيسي.
صفحة ١٧٨
استقصاء مبني جديد لتجرب بنفسك كيف تزid قوة المغناطيس الكهربائي. أحضر أدواتك: أداة قطع أسلاك، شريط قياس، أسلاك كهربائية معزولة، حامل بطاريات، بطاريتين، مشابك حديد، ومسماراً كبيراً. اتبع الخطوات بحذر: اقطع ثلاثين سنتيمتر من السلك وجرد طرفيه، ثم أُلف السلك بدقة حول المسمار عدة لفات وارسم هذه الخطوة. صل طرفي السلك بحامل البطارية وجرب التقاط مشابك الحديد بالمسمار لترى كم مشبكاً يستطيع المسمار حمله.
صفحة ١٧٩
تابع خطوات الاستقصاء المبني. في الخطوة الرابعة، استخدم بطارية ثانية لربط بطاريتين على التوالي، ثم كرر الخطوة ولاحظ عدد المشابك التي سيحملها المسمار الآن. هل زاد العدد؟ فسر البيانات وسجل كيف أثرت إضافة بطارية ثانية في قوة المغناطيس الكهربائي. في قسم الاستقصاء الموجه، فكر في متغيرات أخرى يمكنك تغييرها لجعل المغناطيس أقوى، مثل زيادة عدد لفات السلك حول المسمار، واكتب فرضيتك واختبرها بعناية.
صفحة ١٨٠
هذه صفحة مراجعة الفصل الثاني عشر. أمامك ملخص مصور يتضمن أهم ما درسناه في الفصل، بدءاً من الكهرباء الساكنة وحتى المغناطيسية والكهربائية. أجب عن الأسئلة بتعبئة الفراغات بالكلمات المناسبة من القائمة المجاورة، مثل إكمال الجملة التي تقول إن المسار المغلق للتيار الكهربائي يسمى الدائرة الكهربائية، وأن الدائرة الكهربائية التي لها مجال مغناطيسي ترتبط بالمحركات والمولدات. استخدم مطويتك التي صنعها سابقاً لتراجع هذه المفاهيم وتثبت معلوماتك.
صفحة ١٨١
أجب عن الأسئلة العلمية في أعلى الصفحة، مثل مقارنة أوجه الشابه والاختلاف بين المولد الكهربائي والمحرك الكهربائي، أو تفكير ناقد حول مزايا وعيوب استخدام الرفع المغناطيسي في وسائل النقل العام. في قسم التقويم الأدائي، ستصنع بنفسك بوصلة بسيطة باستخدام إبرة ممغنطة وشريحة فلين وكأس ماء، لتستخدمها في تحديد اتجاه الشمال المغناطيسي للأرض. تأمل الأسئلة واختر الإجابات الصحيحة بعناية بناءً على ما فهمته من الدرس.
صفحة ١٨٢
هذا نموذج اختبار لقياس مدى استيعابك للمفاهيم العلمية. اختر الإجابة الصحيحة للأسئلة الأربعة الأولى، مثل معرفة متى يكون الجسم مشحوناً كهربائياً، أو تحديد أي المواقع في الدائرة الكهربائية المبينة في الشكل لها قدرة أكبر على جذب القطب الجنوبي لمغناطيس آخر. اقرأ الخيارات بدقة وتأمل الرسوم والأشكال المرفقة مع الأسئلة لتتمكن من اختيار الإجابة العلمية الدقيقة والصحيحة لكل سؤال.
صفحة ١٨٣
تابع حل أسئلة نموذج الاختبار. انظر إلى الشكل السابع الذي يوضح مسماراً محاطاً بسلك وموصل بطارية، وفكر كيف يمكن زيادة قوة جذب هذا المغناطيس الكهربائي من بين الخيارات المتاحة. في الأسفل، جدول يوضح مرجع كل سؤال لتعود إليه إن احتجت للمراجعة. تأمل في النهاية سؤال أتدرّب حول الكهرباء الساكنة وكيف يلصق البالون بالحائط لتستمتع بربط العلم بحياتك اليومية وتكون طالباً معداً للحياة.
