المغناطيسيه
الدرس الثاني
المغناطيسية
أنظر وأتساءل
يعتمد هذا القطار في سيره على المغناطيسية، حيث تصل سرعته إلى 400 ميل / ساعة أو أكثر من 600 كم / ساعة، دون أن يلامس قضبان السكة التي يسير عليها. ما المغناطيسية؟ وكيف نستفيد منها؟
أستكشف
كيف تؤثر قوى المغناطيس؟
أتوقع
يمكن للمغناطيس أن يسحب أو يدفع غيره من المغناطيسات. في أي أجزاء القضيب المغناطيسي تتركز أكبر قوة؟ أكتب توقعي.
أحتاج إلى:
كيس بلاستيكي شفاف
برادة حديد
قضيبان مغناطيسيان
خيط
مسطرة مترية
كتب
بوصلة
أختبر توقعي
الخطوات:
- ألاحظ. أضع برادة حديد في كيس بلاستيكي، وأغلقه جيدًا. أضع الكيس فوق قضيب مغناطيسي. هل تشكل برادة الحديد شكلًا منتظمًا؟ أرسم الشكل كما ألاحظه.
- أجرب. أعلّق قضيبًا مغناطيسيًا باستخدام المسطرة المترية، كما في الصورة، وأقرب إليه قضيبًا مغناطيسيًا آخر، وأراقب كيف يتحرك. أسجل ملاحظاتي، وأكرر ذلك مع طرف مغناطيسي آخر.
- أضع المسطرة المترية مستوية على الطاولة، وأضع البوصلة عند التدريج صفر للمسطرة. أوجّه المسطرة إلى اتجاه شرق غرب. أبدأ في تحريك المغناطيس من عند التدريج 100 سم على المسطرة المترية نحو البوصلة. أسجل المسافة التي بدأت عندها إبرة البوصلة في التحرك، وأكرر ذلك للطرف الآخر من المغناطيس.
أستخلص النتائج
- أفسر البيانات. أتفحص جميع ملاحظاتي؛ إنها تدعم توقعي، وإلا لا يتفق معه؟ أوضح ذلك. هل كانت توقعاتي صحيحة؟ لماذا؟
أستكشف أكثر
افترض أني وضعت قضيبين مغناطيسيين على مستوى واحد، وفي خط مستقيم، بحيث يلامس القطب الشمالي لمغناطيس القطب الجنوبي لآخر. ترى أين تتركز أكبر قوة لهذا المغناطيس المزدوج؟ أصمم تجربة لاختبار توقعي، وأكتب تقريرًا عن مدى دقته.
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
كيف تعمل المغناطيسية؟
المفردات
المغناطيس
المجال المغناطيسي
المغناطيس الكهربائي
المحرك الكهربائي
المولد الكهربائي
الرفع المغناطيسي
مهارة القراءة
المقارنة
الاختلاف — التشابه — الاختلاف
ما المغناطيسية؟
يعتمد الكشافة والبحارة وغيرهم على البوصلة في تحديد اتجاهاتهم. فكيف تدلنا البوصلة على الاتجاه؟ تشير إبرة البوصلة إلى اتجاه الشمال.
كيف تتجه إبرة البوصلة نحو الشمال؟ إن الإبرة في البوصلة عبارة عن مغناطيس. والمغناطيس جسم له القدرة على جذب جسم آخر له خصائص مغناطيسية. ويؤثر المغناطيس في فلزات معينة، منها الحديد والنيكل.
للمغناطيس قطبان: قطب شمالي، وآخر جنوبي. والأقطاب المتشابهة في المغناطيسات تتنافر بينها الأقطاب المختلفة تتجاذب. ويمكن تشبيه ذلك بما يحدث مع الشحنات الكهربائية. وإذا قطع مغناطيس إلى نصفين، فإن كل نصف سيكون مغناطيسًا له قطبان.
أعرف أن للأرض قطبًا شماليًّا وآخر جنوبيًّا. هل الأرض مغناطيس؟ نعم. إن إبرة المغناطيس الحرية تشير إلى القطب الشمالي المغناطيسي للأرض، ويختلف موقع القطب الشمالي المغناطيسي عن موقع قطبها الشمالي الجغرافي.
تسلك الذرات داخل المغناطيس وتعمل كل ذرة بوصفها مغناطيسًا صغيرًا. وينتج عن ترتيب هذه المغناطيسات الصغيرة مغناطيسية.
تكوين المغناطيسات
قطب مغناطيس أو جزئين، فإن قطبًا أنتي يكون مغناطيس جديد، كل منهما له قطبان مغناطيسيان.
تسلك الذرات داخل المغناطيس وتعمل كل ذرة بوصفها مغناطيسًا صغيرًا، وينتج عن ترتيب هذه المغناطيسات الصغيرة مغناطيسية.
المجال المغناطيسي
وعندما ننثر خطوطًا صغيرة من هذه الفلزات - مثل برادة الحديد - فوق مغناطيس فإنها تشكل خطوطًا. وهذه الخطوط تمثل اتجاهات القوى المغناطيسية حول المغناطيس، وتعبّر عن المجال المغناطيسي. وإذا كانت هذه الخطوط بعضها قريب من بعض كانت القوى المغناطيسية قوية في ذلك المكان. والقوى المغناطيسية للأرض شبيهة بالقوى المغناطيسية للقضيب المغناطيسي.
تشبه المجال المغناطيسي للأرض المجال المغناطيسي لقضيب مغناطيسي.
كلما كانت خطوط المجال المغناطيسي بعضها قريب من بعض كانت القوى المغناطيسية أكبر.
تكوين المغناطيسات
تسلك الذرات سلوك المغناطيس، وهي تستمد خصائصها المغناطيسية من خصائص الإلكترونات وحركتها. إلا أن الخصائص المغناطيسية لا تظهر في معظم المواد؛ لأن الأقطاب الشمالية والأقطاب الجنوبية للذرات تتجه في اتجاهات عشوائية. وتلغي قوى هذه الأقطاب بعضها بعضًا. أمّا إذا اصطفت أقطاب كثيرة من الذرات في اتجاه واحد فيتكون مغناطيس.
ومن المواد التي تظهر الخصائص المغناطيسية الحديد والنيكل والكوبلت وفلزات أخرى قليلة، فهي تنجذب نحو المغناطيس. وتستطيع ذراتها الاصطفاف في اتجاه واحد، مثلها في ذلك مثل المغناطيس، ثم تسلك هذه المواد سلوك مغناطيس ضعيف.
أختبر نفسي
أقارن. فيم تشبه الكرة الأرضية القضيب المغناطيسي، وفيم تختلف عنه؟
التفكير الناقد. كيف يمكنك تحويل قطعة حديد إلى مغناطيس دائم؟
ما المغناطيسات الكهربائية؟
ما الشيء المشترك بين جرس الباب وجهاز التلفاز والمحرك الكهربائي؟ كلها تحتوي على مغناطيس كهربائي.
والمغناطيس الكهربائي دائرة كهربائية تكون مجالًا مغناطيسيًّا. إن الإلكترونات المتحركة تولد مجالات مغناطيسية. وعندما يتوقف سريان التيار الكهربائي يتلاشى هذا المجال المغناطيسي.
وأبسط المغناطيسات الكهربائية سلك فلزي مستقيم يجري فيه تيار كهربائي يولد حوله مجالًا مغناطيسيًّا. وعندما ألف السلك الفلزي على شكل حلقة تزداد قوة المجال المغناطيسي. ويمكن لعدد من الحلقات أن تكون ملفًّا، وتجتمع المجالات المغناطيسية المتكونة من كل حلقة معًا لتجعل الملف مغناطيسًا كهربائيًّا قويًّا. ويشبه شكل المجال المغناطيسي للملف شكل مجال القضيب المغناطيسي.
وإذا وضع قضيب حديد داخل ذلك الملف فإن قضيب الحديد يصبح مغناطيسًا. وهذا يزيد من قوة المجال المغناطيسي. كما يمكن زيادة قوة المجال المغناطيسي عن طريق زيادة التيار الكهربائي المار في الملف، أو عن طريق زيادة عدد اللفات.
تعتمد بعض الأجهزة الكهربائية على المغناطيس الكهربائي في عملها، ومن ذلك جرس الباب؛ حيث يوجد قضيب حديد داخل ملف كهربائي، وعندما أقوم بالضغط على مفتاح الجرس الكهربائي فإنني أغلق الدائرة الكهربائية، فينجذب قضيب الحديد المسؤول عن إحداث الصوت نحو مركز الملف. وفي الوقت نفسه فإن حركة قضيب الحديد إلى أعلى تفصل الدائرة الكهربائية، مما يسبب فقد المغناطيس الكهربائي خاصية الجذب، فيعود قضيب الحديد إلى مكانه ليعمل على توصيل الدائرة الكهربائية مرة أخرى. وهكذا.
المجال المغناطيسي
تنتج الإلكترونات المتحركة مجالًا مغناطيسيًا.
إن تيارًا كهربائيًا يسري في مسار في صورة حلقة سيكون له قطب شمالي مغناطيسي وآخر جنوبي.
المجال المغناطيسي للفة يشبه المجال المغناطيسي لقضيب مغناطيسي.
أقرأ الشكل
أي مغناطيس كهربائي له أقوى مجال مغناطيسي؟
إرشاد: أنظر إلى خطوط المجال المغناطيسي.
نشاط
صنع مغناطيس كهربائي
- ألف سلكًا معزولًا حول قلم رصاص 25 لفة، ثم أنزع القلم.
- ألاحظ. أضع بوصلة تحت الملف، أو أوجه الملف بحيث يصبح متعامدًا مع إبرة البوصلة. أوصل طرفي السلك بقطبي بطارية. أدون ملاحظاتي.
- أثبت طرفي السلك بالبطارية، وأجرب أن يجذب الملف أكثر قدر ممكن من مشابك الورق الصغيرة المعدنية. ما أكبر سلسلة من المشابك صنعتها؟
- أكرر الخطوتين 2 و3 بعد وضع مسمار داخل الملف. ثم أكرر النشاط باستخدام ملف أطول.
- أفسر البيانات. كيف يمكنني صنع مغناطيس كهربائي قوي بالمواد التي استخدمتها؟
وفي سماعات الصوت يوجد ملف مغناطيس كهربائي يسمّى الملف الصوتي. يوضع الملف الصوتي في مجال مغناطيسي دائم. ويؤدي تغير التيار المار في الملف إلى تغير مجاله المغناطيسي، وهذا يجعل قوة المجال المغناطيسي الدائم تحرك الملف أحيانًا ذهابًا وإيابًا، ويرتبط الملف الصوتي بمخروط من الورق أو الفلز. ويسبب اهتزاز تحريك المخروط ذهابًا وإيابًا محدثًا أمواجًا صوتية في الهواء.
وفي المحرك الكهربائي تتحرك ذراع ترتبط مع العديد من الملفات الموضوعة بين مغناطيسين دائمين بالطريقة التي تتحرك بها الملف الصوتي والمخروط في الساعة. وعند توصيل التيار الكهربائي تعمل القوى الموجودة بين المغناطيس الدائم والملفات عمل مغناطيس كهربائي فتسبب دوران الملفات. وتستخدم المحركات الكهربائية في العديد من الأدوات، ومنها الدراجات الكهربائية والسيارات.
أختبر نفسي
أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم؟
التفكير الناقد. كيف يمكن أن تصنع جرسًا من قضيب حديدي وملف أسلاك؟
كيف يمكن للمغناطيسات أن تولد الكهرباء؟
كيف يضيء مصباح الدراجة دون بطارية؟ إنه يعتمد على وجود مولد كهربائي يستخدم طاقة الحركة في العجلة لتوليد الكهرباء. والمولد الكهربائي أداة تنتج تيارًا كهربائيًا من خلال دوران ملف فلزي بين قطبي مغناطيس.
يتصل ذراع المولد في الشكل المجاور بملف فلزي، وعند تحريك الذراع يدور الملف في المجال المغناطيسي، وتدفع قوى المجال المغناطيسي الإلكترونات في الملف، فيتولد تيار كهربائي يسري في الأسلاك المتصلة بالحلقة.
وفي المولدات الضخمة المستخدمة في محطات توليد الطاقة الكهربائية توجد ملفات عديدة تدور بجاورة مغناطيسات عديدة لتوليد تيار كبير.
تتصل هذه المولدات بأدوات تسمى المحولات، وتقوم المحولات بخفض التيار الكبير إلى تيار ضعيف يستخدم في المنزل.
يتصل المولد الكهربائي بعجلة الدراجة.
المولد الكهربائي البسيط له ملف فلزي موضوع في مجال مغناطيسي، وعندما يدور الملف يتولد تيار كهربائي.
هناك أدوات تسمى المحولات تستخدم في خفض التيار الكهربائي إلى قدر مناسب للاستخدام في المنازل.
أختبر نفسي
أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين المولدات الكهربائية والمحركات الكهربائية؟
التفكير الناقد. ماذا يمكن أن يحدث لمولد كهربائي إذا دار المغناطيس الدائم بدلًا من الملف؟
المولد الكهربائي
عندما يدور الملف بالقرب من مغناطيس تتولد كهرباء بفرق جهد عال.
ينتج الشغل من الماء الساقط والبخار المتصاعد والرياح، وبه يدور محور التوربينات ويحركها.
تدخل الماء.
تدفع الماء الساقط مراوح التوربين ليدور المحور.
خروج الماء.
مولدات ضخمة في المحطات الكهربائية تزود مدينة بكاملها من الكهرباء.
أقرأ الشكل
ما مصدر طاقة الكهرباء؟
إرشاد: أتفحص من أين يدخل الماء؟ ومن أين يخرج؟
ما الرفع المغناطيسي؟
تعرض بعض برامج التلفاز لقطات لألعاب فيها شخص يرفع شخصًا آخر في الهواء دون أن يلمسه. إن هذا من ألعاب الخداع البصري. يمكن للمغناطيسات أن تقوم بمثل هذا العمل. فعندما يوضع قطبان متشابهان لمغناطيسين أحدهما مقابل الآخر يحدث بينهما قوى تنافر. ويمكن الاستفادة من قوة التنافر هذه في رفع الأجسام. والرفع المغناطيسي يعني رفع جسم باستخدام قوى مغناطيسية دون ملامسته.
وقد قام العلماء والمهندسون بتصميم أنواع من القطارات تعتمد على الرفع المغناطيسي للحركة على مسار مغناطيسي. وتثبت مغناطيسات أسفل القطار وفي المسار الذي يسير عليه، ومن خلال جعل الأقطاب المتقابلة في كل من القطار والمسار متشابهة وعلى استواء واحد تبدأ المغناطيسات الكهربائية في رفع القطار مسافة ملليمترات قليلة فوق المسار. ويتحرك القطار إلى الأمام بفعل تحويل الأقطاب الكهربائية فيه إلى القطار مسافة قليلة فوق المسار.
وقطار الرفع المغناطيسي لا يتلامس مع المسار، وهذا يعني أنه لا يوجد احتكاك بين المسار والقطار، ما عدا الاحتكاك قليله مع الهواء؛ ولأن كمية الطاقة المفقودة بفعل الاحتكاك قليلة، فإن هذا النوع من القطارات يعد وسيلة فاعلة وسريعة في السفر بين المدن.
توفر المغناطيسات الكهربائية في كل من القطار والمسار قوى رفع ودفع.
يستطيع قطار الرفع المغناطيسي أن يسافر بسرعة 400 كم/ساعة.
أختبر نفسي
أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين الرفع المغناطيسي والطفو؟
التفكير الناقد. كيف يمكن لأقطاب مغناطيس كهربائي أن تترتب لترفع قضيبًا مغناطيسيًّا؟
مراجعة الدرس
ملخص مصور
للمغناطيسات أقطاب شمالية وأخرى جنوبية يؤثر بعضها في بعض.
تكون التيارات الكهربائية مغناطيسات كهربائية.
يولد دوران ملف من الأسلاك في مجال مغناطيسي الكهرباء.
المطويات
أنظم أفكاري
أعمل مطوية ألخص فيها ما تعلمته عن العناوين، منها:
للمغناطيسية قطبان شمالي وجنوبي.
تولد المغناطيسات الكهربائية مجالًا مغناطيسيًا.
يمكن للمغناطيس أن يولد كهرباء.
أفكر وأتحدث وأكتب
- المفردات. رفع الأجسام اعتمادًا على قوى التنافر المغناطيسي يسمى ................
- أقارن. ما أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بين جرس الباب والسماعة الصوتية؟
- التفكير الناقد. كيف يمكن أن يؤثر قضيب مغناطيسي في قضيب مغناطيسي آخر؟
- أختار الإجابة الصحيحة. أي مما يأتي لا يعمل على زيادة قوة المغناطيس الكهربائي؟
أ. زيادة عدد الحلقات.
ب. وضع قضيب حديد في المركز.
ج. زيادة المقاومة.
د. زيادة التيار الكهربائي.
- أختار الإجابة الصحيحة. يحدث تحول الطاقة في المحرك الكهربائي من:
أ. إشعاعية إلى كهربائية.
ب. حرارية إلى ميكانيكية.
ج. نووية إلى كهربائية.
د. كهربائية إلى حركية.
- السؤال الأساسي. كيف تعمل المغناطيسية؟
العلوم والرياضيات
القوى المغناطيسية
يستطيع ملف كهربائي مغناطيسي أن يلتقط 114 كجم من الحديد. ويستطيع قضيب مغناطيسي قوي أن يلتقط 23 كجم من الحديد. ما النسبة بين قوتيهما؟
العلوم والمجتمع
تحديد الأماكن
يمارس العديد من الناس رياضة تحديد المواقع بأسرع وقت ممكن. أبحث عن هذه الرياضة، وأكتب تقريرًا موضحًا فيه كيف تستخدم المغناطيسية في هذه الرياضة؟
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.