مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.
📋 بطاقة الدرس
| المادة | العلوم الفيزيائية — الكهرباء والمغناطيسية |
| المستوى | الثالثة ثانوي (بكالوريا) — شعبة علوم تجريبية + رياضيات |
| الوحدة | المغناطيسية — الحقل المغناطيسي للتيار الكهربائي |
| الأهمية | ⭐⭐⭐⭐ — من المحاور الهامة في امتحان البكالوريا |
🧠 مقدمة
لاحظ أورستد (Oersted) عام 1820 أن التيار الكهربائي يولد حوله حقلاً مغناطيسياً. هذا الاكتشاف الرابط بين الكهرباء والمغناطيسية فتح الباب أمام تطبيقات لا حصر لها (المحركات الكهربائية، المولدات، المحولات). في هذا الدرس ندرس كيفية توليد التيار الكهربائي لحقل مغناطيسي وكيفية حسابه.
🧲 أولاً: الحقل المغناطيسي للتيار الكهربائي
تجربة أورستد: عند تمرير تيار كهربائي في سلك موجه شمال-جنوب، ينحرف سلك بوصلة موضوعة بالقرب منه. هذا يدل على وجود حقل مغناطيسي حول السلك الكهربائي.
1. قانون بيو-سافار (Loi de Biot-Savart)
يحسب الحقل المغناطيسي dB المتولد عن عنصر تيار IDL في نقطة M:
dB = (μ₀ / 4π) × (I × dL × sinθ) / r²
حيث: μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A (النفاذية المغناطيسية للفراغ)، I شدة التيار، dL طول العنصر، r المسافة، θ الزاوية بين dL واتجاه النقطة M.
2. حقل سلك مستقيم طويل
بالنسبة لسلك مستقيم طويل يمر فيه تيار I، الحقل المغناطيسي على مسافة r من السلك:
B = (μ₀ × I) / (2π × r)
اتجاه الحقل: يحدد بقاعدة اليد اليمنى (الإبهام في اتجاه التيار ← الأصابع تدور في اتجاه الحقل).
3. حقل ملف دائري (Spire circulaire)
في مركز ملف دائري نصف قطره R يمر فيه تيار I:
B = (μ₀ × I) / (2R)
4. حقل ملف لولبي (Solénoïde)
داخل ملف لولبي طويل عدد لفاته N وطوله L:
B = (μ₀ × N × I) / L = μ₀ × n × I
حيث n = N/L هو عدد اللفات لكل متر.
⚡ ثانياً: قوة لابلاس (Force de Laplace)
عندما يمر تيار كهربائي I في ساق مستقيم طولها L موضوع في حقل مغناطيسي B، تؤثر عليه قوة تسمى قوة لابلاس:
F = I × L × B × sinθ
اتجاهها: تحدد بقاعدة اليد اليمنى (القوة عمودية على كل من التيار والحقل المغناطيسي).
تطبيقات قوة لابلاس:
- المحرك الكهربائي: يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية بفعل قوة لابلاس على ملف دوار.
- مكبر الصوت: تيار متغير في ملف موضوع في حقل مغناطيسي → يهتز الغشاء → صوت.
📝 تمارين بكالوريا محلولة
📝 التمرين (بكالوريا 2021)
السؤال: سلكان مستقيمان طويلان متوازيان يمر في كل منهما تيار شدته I₁ = I₂ = 5A في نفس الاتجاه، المسافة بينهما d = 10cm. احسب الحقل المغناطيسي المحصل عند نقطة في منتصف المسافة بينهما.
الحل: كل سلك يولد حقلاً B₁ = B₂ = (μ₀ × I)/(2π × (d/2)) = (4π×10⁻⁷ × 5)/(2π × 0.05) = 2×10⁻⁵ T. بما أن التيارين في نفس الاتجاه، فالحقلان في نقطة المنتصف لهما نفس الشدة ولكن اتجاهين متعاكسين → المحصلة B = 0.
🎯 خلاصة
- التيار الكهربائي يولد حقلاً مغناطيسياً حوله (قاعدة اليد اليمنى).
- قانون بيو-سافار يحسب الحقل المغناطيسي المتولد عن تيار.
- السلك المستقيم: B = μ₀I/2πr، الملف اللولبي: B = μ₀nI.
- قوة لابلاس F = ILB.sinθ هي أساس عمل المحرك الكهربائي.
📍 دروس مشابهة
- الحقل المغناطيسي: مصادره وخصائصه وتطبيقاته — الثالثة ثانوي بكالوريا علوم فيزيائية
- الحث الكهرومغناطيسي: قانون فاراداي وقانون لنز — الثانية ثانوي علوم فيزيائية
