نشاط عملي يوّضح كيفية صنع مغناطيس كهربائي

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية صنع مغناطيس كهربائي مغناطيس كهربائي الفيزياء

الأهداف

1- صنع مغناطيس كهربائي واختبار قوته.

2- توضيح مبادئ المغناطيسية الكهربائية (الكهرطيسية).

 

الأدوات التي تحتاجها:

– مسمار حديدي

– سلك نحاسي

– بطارية 6 فولتات

– أسلاك توصيل كهربائية مزودة بملاقط مسننة

– 10 – 20 مشبك أوراق

 

خطوات العمل:

1- تحقق أن المسمار ليس ممغنطاً، وذلك بوضعه أمام كومة من مشابك الأوراق المعدنية. لن تتمكن من التقاط أي من تلك المشابك بالمسمار.

2– خذ سلكاً نحاسياً طوله 1 قدم (30 سم) ولفّه حوالي عشرين مرة حول المسمار الحديدي، واترك حوالي 2 بوصة (5 سم) من السلك على نهايتي المسمار.

3- قم بربط الملقط المسنن لسلكي التوصيل بالسلكين البارزين على طرفي المسمار، ثم صل الملقطين الآخرين بقطبي بطارية 6 فولتات.

4– الآن ضع المغناطيس الكهربائي الذي قمت بصنعه أمام كومة المشابك المعدنية. ستكتشف أن المسمار تحوّل إلى مغناطيس يستطيع التقاط المشابك .

5- لاحظ عدد المشابك التي يستطيع مغناطيسك التقاطها

 

بإمكانك صنع مغناطيس كهربائي أقوى عن طريق زيادةعدد لفات السلك النحاسي، ثم جرب قوة المغناطيس حسب عدد اللفات.

ابدأ بلفة واحدة حول المسمار، ثم 10 لفات ثم 100 لفة. في كل مرة تقوم فيها بزيادة عدد اللفات، قارن قوة المجال المغناطيسي الكهربائي من خلال اختبار عدد المشابك التي يستطيع المغناطيس التقاطها.

عندما تزيد عدد اللفات حول المسمار، ستستطيع التقاط عدد أكبر من المشابك المعدنية لأن قوة المغناطيس الكهربائي ألآن أصبحت أكبر.

 

تغيير الجهد الكهربائي

اكتشف فيما لو كان الجهد الكهربائي المُطبّق يمكن أن يغير من قوة المغناطيس الكهربائي. اربط مغناطيسك الكهربائي ببطاريتين 1.5 فولت موصولتين على التوالي للحصول على 3 فولتات.

هل هناك أي تغيير في قوة المغناطيس الكهربائي؟ استخدم بطاريات مصباح جيب، ولا تستخدم أكثر من 6 فولتات، لأن استخدام بطاريات أكبر يؤدي إلى إنتاج تيار أعلى ويمكن أن ينطوي على خطر حقيقي.

 

الحديد مقابل الألمنيوم

اكتشف فيما لو أن نوع المعدن المستخدم في الملف يؤدي إلى تغيير في شدة المجال المغناطيسي.

فعلى سبيل المثال، لفّ بعض رقائق الألمنيوم حول أنبوب ضيق ثم لف السلك حوله بدلاً من المسمار. ماذا يحصل؟ ويمكنك أيضاً استخدام البلاستيك (قلم) أو الخشب (قلم رصاص) بدلاً من المسمار.

 

كيف تصنع ملفاً لولبياً ؟

إن الملف اللولبي هو نوع آخر من المغناطيسات الكهربائية . ويستخدم هذا النوع من الملفات في العديد من الأجهزة الالكترونية من أجل تحريك بعض القطع المعدنية الصغيرة .

ولكي تصنع ملفاً لولبياً تحتاج إلى مصاصة شراب بلاستيكية وسلك وبطارية وأسلاك توصيل ومسمار صغير (أو مشبك أوراق بعد تقويمه)، بحيث يمكن إدخاله في مصاصة الشراب بسهولة.   

قم بلف السلك 100 لفة حول المصاصة الورقية مع ترك 3 بوصات (7.5 م) منه في طرفي المصاصة.

 

أدخل المسمار الصغير أو المشبك المعدني المستقيم في أحد طرفي المصاصة ولامس السلك بقطبي البطارية. ستكتشف أن المسمار أخذ يتحرك .

جرب استبدال المسمار بقضيب مغناطيسي دائم رفيع. يُمكنك تحريك المغناطيس إلى الداخل والخارج في المصاصة عن طريق تغيير اتجاه المجال المغناطيسي في الملف اللولبي. (احذر عند وضع المغناطيس في الملف اللولبي لأنه قد يندفع نحو الخارج).

 

المجال المغناطيسي

بإمكانك مشاهدة المجال المغناطيسي الذي ينتجه المغناطيس الكهربائي عن طريق استخدام برادة الحديد.

اشتر كمية من برادة الحديد، أو حاول الحصول عليها أيضاً بتمرير مغناطيس على باحة اللعب أو رمل الشاطئ. ضع قليلاً من البرادة الناعمة على طبق ورقي ثم ضع الطبق فوق المغناطيس.

انقر على الورق بشكل خفيف. ستشاهد أن برادة الحديد أخذت تتوثب تبعاً لاتجاه المجال المغناطيسي.

 

تحليل النشاط:

عندما تقوم بوصل بطارية بسلك ضمن دارة كهربائية فإنك تنتج دارة كهربائية ومجالاً مغناطيسياً في آن معاً.

وينتج هذا المجال المغناطيسي عن مرور الألكترونات في السلك ، ويحصل هذا بصرف النظر عن المادة التي يلف حولها السلك.

وكما لاحظت في النشاط ( 8 )، ينشأ مجال مغناطيسي دوراني حول السلــك، ويكون المجال المغناطيسي متعامداً مع السلك ويضعف كلما ابتعدت عن السلك، كما يكون اتجاه المجال المغناطيسي متماثلاً مع اتجاه سريان التيار ويتغير بتغيره .

 

وبما أن المجال المغناطيسي الذي يتكون حول السلك دائري ومتعامد مع السلك، تستطيع أن تجعل المجال المغناطيسي أكثر قوة من خلال زيادة عدد لفات السلك، وكلما زاد عدد لفات السلك زادت قوة المجال المغناطيسي.

كما تذكر في النشاط (6)، تتوثب الإلكترونات في المواد المغناطيسية مثل الحديد والفولاذ داخل الذرّات لتكون أجزاء ممغنطة  يطلق عليها اسم المناطق المغناطيسية.

وعندما نقوم بلف سلك حول معدن من المعادن ويسري التيار فيه، ينشأ مجال مغناطيسي، ويؤدي ذلك إلى اصطفاف المناطق المغناطيسية في الاتجاه ذاته، ويصبح المعدن مغناطيسياً مؤقتاً.

 

وعندما نقطع سريان التيار الكهربائي، يختفي المجال المغناطيسي وتتبعثر المنطقة المغناطيسية وتتوقف الخاصية المغناطيسية للحديد.

إن غالبية  المغناطيسات، إما دائمة أو مؤقتة، لكن الأمر يختلف بالنسبة للمغناطيس الكهربائي، حيث يمكن التحكم بمغناطيسيته عن طريق فتح أو إغلاق التيار.

وإن توافر إمكانية التحكم بالمغناطيس بهذا الشكل جعل المغناطيسات الكهربائية ذات فائدة كبيرة في تشغيل الأجهزة الإلكترونية.

 

ما العمل لو أن المغناطيس الذي صنعته لم يلتقط سوى عدد قليل من المشابك؟

إن السبب الرئيس لضعف المغناطيس هو عدم لف أسلاك الملف بإحكام أو قلة عدد اللفات حول المسمار.

جرب من جديد باستخدام مسمار آخر. احكِم لف السلك النحاسي حول المسمار وتأكد من وجود ما لا يقل عن 30 أو 40 لفّة حوله .

 

أجهزة قياس المغناطيس الكهربائي

تستخدم أجهزة مؤشر مستوى الوقود في السيارات المغناطيس الكهربائي كي تمكّن السائق من معرفة كمية البنزين المتبقية في خزان الوقود بسيارته.

وفي جهاز مؤشر الوقود هناك مغناطيس كهربائي مركب داخل مغناطيس دائم، وعندما يمر تيار كهربائي عبر المغناطيس الكهربائي، يتجه نحو المغناطيس الدائم ليقوم بتحريك مؤشر الوقود.

 

وتتوقف قوة حركته على شدة التيار. ويوجد في داخل خزان الوقود عوامة تتحرك نحو الأعلى والأسفل بحسب منسوب الوقود وتتحكم بالتيار الذي يمر خلال جهاز القياس.

عندما يكون مستوى الوقود عالياً، يمر تيار قوي فيحدث مغناطيسية كهربائية كبيرة تسحب المؤشر نحو القراءة التي تشير إلى مستوى الوقود في وضع الامتلاء

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]