الفيزياء

نشاط عملي يوّضح كيفية صنع محرك كهربائي

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية صنع محرك كهربائي محرك كهربائي الفيزياء

الأهداف:

1- صنع محرك كهربائي بسيط واستخدامه لتحريك سلك.

2- استخدام قاعدة اليد اليسرى لفليمنغ للتنبؤ باتجاه حركة المحرك الذي صنعته بنفسك.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– لوح خشبي متين كبير

– شريط لاصق قوي

– بطاريتان 1.5 فولت

– قضيبان مغناطيسيان من النوع

– سلك رفيع، شبيه بسلك البيانو

– سلكان  كهربائيان مزودان بملقط مسنن من طرفيهما

 

خطوات العمل:

1- الصق البطاريتين على اللوح على التوالي، أي أن القطب الموجب لإحداهما يكون ملامساً للقطب السالب للبطارية الأخرى، فتصبح قدرة البطاريتين ألآن متساوية لبطارية 3 فولتات.

2- الصق القضيبين المغناطيسيين بإحكام على اللوح الخشبي مع ترك فجوة صغيرة بينهما تساوي حوالي نصف بوصة (1 سم). ويجب أن يكون القطب الشمالي لأحد القضيبين المغناطيسيين مواجهاً للقطب الجنوبي للقضيب المغناطيسي الآخر.

3- اقطع سلكاً صغيراً طوله حوالي 2 بوصة  (5 سم). علّق طرفي سلك التوصيل بنهايتي السلــك. ضع السلك بين القضيبين المغناطيسيين، وتأكد من أن السلك موضوع في وسط الفجوة.

4- لامس الطرفين الآخرين لسلك التوصيل بقطبي البطارية. راقب السلك الصغير بتمعن – ينبغي أن يتحرك قليلاً.

5- حاول أن تعكس سلكي التوصيل بحيث يلامس كل منهما أحد قطبي البطارية. في أي اتجاه يتحرك السلك؟

 

اعكس قضيبي المغناطيس بحيث يكون اتجاه المجال المغناطيسي في الفجوة بينهما معكوساً.

ما الأثر الذي يتركه ذلك في حركة السلك عندما تسمح بمرور التيار الكهربائي؟ هل يحقق ذلك ما كنت تتوقعه من " قاعدة اليد اليسرى لفليمنغ "؟ (لا تنسَ أن توجه الآن إصبعك الأول في الاتجاه المعاكس).

لامس كلاً من سلكي التوصيل بقطبي البطارية كي تعكس التيار. لاحظ أثر هذا في اتجاه حركة السلك.

 

جرب أن تزيد قوة المجال المغناطيسي عن طريق استخدامك مغناطيسات أكثر قوة أو عدداً من تلك المغناطيسات.

كما تستطيع أيضاً أن ترفع من شدة التيار باستخدام أربع بطاريات 1.5 فولت، بدلاً من اثنتين. ما التأثير الذي تحدثه هذه التغييرات؟

 

كيف تصنع مولدة كهربائية ؟

لن تكون المحركات الكهربائية وغيرها من الأجهزة الكهربائية الأخرى ذات فائدة دون إمدادها بالكهرباء.

يتم إنتاج معظم الإمداد الكهربائي بواسطة أجهزة تسمى المولدات، وهي عبارة عن محركات كهربائية تعمل بطريقة عكسية. ففي المحرك الكهربائي تسبب الكهرباء دوران أحد أجزءا المحرك، وهو " الدوّار " أما في المولدة فيقوم هذا الجزء بتوليد الكهرباء.

1- انزع البطاريات من الترتيب الذي قمت به، ثم أوصل سلكي التوصيل بأميتر بدلاً من ذلـــك (الصورة على اليمين).

 

2- إذا لم يكن لديك أميتر، استخدم بوصلة مغنطايسية صغيرة ككاشف للتيار. من المعروف أن التيارات الكهربائية تُحاط بمجالات مغناطيسية تؤثر في عمل البوصلة.

أوصل ملقطي التوصيل المسننين المحررين ببعضهما. ثم ضع البوصلة قربهما، وليس بالقرب من القضيب المغناطيسي.

 

3- امسك السلك الموجود بين المغناطيسين الدائمين بأصابعك وارفعه بشدة عبر المجال المغناطيسي. راقب قراءة الأميتر ( أو البوصلة ) أثناء قيامك بذلك. هل تهتز الإبرة عندما تحرك السلك؟

 

4- قم الآن بتحريك السلك بطريقة معاكسة بين القضيبين المغناطيسيين، وهنا أيضاً، راقب حركة مؤشر الأميتر أو البوصلة. هل تتحرك الإبرة بطريقة معاكسة؟

إن تحريك السلك داخل المجال المغناطيسي يولّد تياراً كهربائياً بمدة قصيرة. لقد استطعت أن تنتج بعض الكهرباء!

 

تحليل النشاط:

عندما توصل البطارية من جهة واحدة، ينبغي أن يتحرك السلك قليلاً إما نحو الأعلى أو نحو الأسفل، وعندما تعكس التيار (عن طريق تبديل التوصيل بالبطارية)، ينبغي أن يهتز السلك بالاتجاه المعاكس وفقاً لـ " قاعدة اليد اليسرى لفلمنغ ".

إن وصل البطارية يجعل التيار يسري عبر السلك، ما يؤدي إلى نشوء مجال مغناطيسي في كل الجهات المحيطة بالسلك.

يتحول السلك إلى مغناطيس كهربائي، رغم أنه أضعف بكثير من المغناطيس الكهربائي الذي ستصنعه من خلال لف سلك حول مسمار.

 

في النشاط ( 9 ) وبما أن السلك يعمل كمغناطيس كهربائي. فإنه ينجذب إلى القضيب المغناطيسي أو ينفر منه، ما يؤدي إلى اهتزاز السلك.

إذا قمت بصنع المولّدة في نشاط المتابعة، فإنك أظهرت بذلك الأثر العكسي لصنع محرك كما في النشاط الرئيس.

تسري الكهرباء، كلما تحرك فيها الجسم الموصل داخل المجال المغناطيسي. والسلك هو أحد هذه المواد الموصلة؛ فعندما حركّته داخل المجال المغناطيسي تولدت طاقة كهربائية.

 

ورغم أن الكهرباء التي تولدت كانت قليلة جداً إلا أنها كانت كافية لأن تؤثر في إبرة مقياس التيار الكهربائي أو البوصلة.

يعتمد عالمنا المعاصر على المحركات الكهربائية لأن غالبية الآلات الثقيلة التي تستخدم في المصانع تعمل بواسطة المحركات الكهربائية.

كما تُستخدم المحركات الكهربائية أيضاً لتشغيل الأجهزة المختلفة داخل المكاتب والمنازل، مثل أجهزة التكييف والمصاعد. وتستخدم المحركات الصغيرة في فتح وإغلاق الأبواب الآلية.

 

وتؤدي هذه المحركات الكهربائية دوراً لا يقل أهمية داخل منازلنا. وتستطيع أن تتأكد بنفسك من هذه الحقيقة إذا تجولت في أرجاء منزلك وأعددت قائمة بجميع الأجهزة التي تعمل بواسطة المحركات الكهربائيـة.

فالمراوح وأفران الميكروويف وفراشي الأسنان والمكانس الكهربائية والحواسب وأدوات الحفر والتثقيب، كلها تستخدم المحركات الكهربائية، كما يقوم المحرك الكهربائي بتشغيل المراوح في مكانس الضغط الكهربائية.

ومن خلال التحكم بسرعة المحرك تستطيع أن تزيد من قدرة المكنسة على الشفط من أجل تنظيف السطوح المختلفة بشكل أفضل.

 

ورغم أن جميع السيارات تقريباً تعمل بالبنزين إلا أنها تحوي محركات كهربائية إضافية صغيرة من أجل تشغيل ماسحات الزجاج أو أجهزة الراديوا والتسجيل والتكييف والنوافذ.

إن معظم المحركات التي نستخدمها في حياتنا اليومية تعمل بالطريقة ذاتها تماماً مع فرق رئيسي وحيد وهو الحجم والاستطاعة.

ونحتاج إلى محرك أكبر وأكثر قدرة من أجل تدوير الوعاء الاسطواني في الغسالات المملوءة بالثياب المبللة، مقارنة بالمحرك الصغير الذي نستعمله لتشغيل جهاز الستريو الشخصي.

 

ما السبيل لزيادة مقدار حركة السلك ؟

تأكد من أن القضيبين المغناطيسين مثبتان في المكان الصحيح.

يجب أن يكون القطبان المتقابلان مختلفين – أحدهما شمالي والآخر جنوبي – إذ إن هذا الترتيب يضمن أن يكون المجال المغناطيسي في أقوى وضع ممكن وبزوايا متعامدة مع السلك.

ومن خلال هذا الترتيب يصبح تأثير القوة المغناطيسية على السلك ضمن حدها الأعلى.

 

قاعدة اليد اليسرى لفلمنغ

لكي تحدد اتجاه حركة السلك، استخدم ما يعرف " بقاعدة اليد اليسرى لفلمنغ ".

ارفع يدك اليسرى بحيث يكون الإبهام والإصبعان الأول والثاني متعامدين بزوايا قائمة.

وجّه الإصبع الأول نحو المجال المغناطيسي من الشمال إلى الجنوب؛ وجه إصبعك الثاني نحو سريان التيار. سيُشير إبهامك إلى اتجاه حركة السلك.

 

قاعدة اليد اليمنى لفليمنغ

تُستخدم " قاعدة اليد اليمنى لفليمنغ " لتحديد اتجاه التيار الكهربائي الذي ينتجه المولد.

ضع يدك اليمنى في وضعية قاعدة فليمنغ ذاتها لليد اليسرى ووجه إصبعك الأول باتجاه المجال المغناطيسي، ثم وجه إبهامك باتجاه حركة السلك الحامل للتيار. يُبيّن إصبعك الثاني اتجاه التيار.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق