Skip to main content
header

تحريك الأشياء بواسطة الكهرباء – فعالية سابقة لفعالية بناء مقياس التيار

الغسّالة جاهزة للعمل. نضغط الزرّ الملائم، تمتلئ الغسّالة بالماء المتدفق ويبدأ الحوض بالدوران. ما الذي يسبّب تدفّق الماء إلى الحوض؟ وما الذي يجعل الحوض يدور؟ هل تساءلتم مرّة كيف تحرّك الكهرباء، أو، بالأحرى، التيّار الكهربائي، الأغراض المختلفة؟
 
قدرة التحريك هذه هي الظاهرة المركزيّة وراء المحرّكات الكهربائية. إنّ المحرّكات تحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكيّة أو حركيّة. اليوم، في الإمكان وجود هذه المحرّكات في العديد من الأجهزة الكهربائية: في المراوح والغسّالات وأجهزة السّمع والحواسيب والألعاب. لبعض هذه المحرّكات مبانِ معقّدة، ولكنّ مبدأ عملها بسيط نسبيًّا – يولّد التيّار الكهربائي حقلاً مغناطيسيًا – وهذا الحقل يؤدّي إلى جذب أو تنافر أجسام مغناطيسية أو حتّى أجسام حديدية بسيطة.
 
وتدعى القوة التي تحرّك المحرّكات الكهربائية "القوّة الكهرومغناطيسيّة". أسهل طريقة لملاحظة هذه القوة هي بواسطة مراقبة تأثيرها على الإبرة المغناطيسيّة في البوصلة. تتحرّك هذه الإبرة بطلاقة، وفي الإمكان تحريكها أيضًا بواسطة حقل مغناطيسي ضعيف. وكان أوّل من اكتشف هذه الظاهرة هو العالم الدنماركي أورستد (Oersted) في العام 1820، وفي الفعالية الآتية ستقومون أنتم أيضًا بتحريك إبرة البوصلة.
 

ماذا نرى؟

بوصلة مغناطيسيّة داخل علبة من الورق المقوّى بين ملفّين (رزمة ملفوفة) من الأسلاك الكهربائيّة.
 
إنّ الملفّين موصولان بعضهما ببعض. إذا وصلنا بطّارية 1.5 فولط إلى الملفّين، تتحرّك إبرة البوصلة وتغيّر اتجّاهها. وعندما نعكس قطبيّة البطّارية (أي نوصلها بالمقلوب) تغيّر الإبرة اتجاهها هي الأخرى، بحيث تدور بمقدار 180 درجة وتؤشر إلى الاتجاه المضاد.
 
إذا وصلنا مصباحًا كهربائيًا صغيرًا أو جهازًا آخر على التوالي، فإنّ الإبرة تشير إلى اتجاه ما بين الوضع الموازي والمعامد للملفّين. وتشير زاوية الإبرة إلى شدّة واتجّاه التيّار الذي يجري في الملفّين. كلّما كانت شدّة التّيار أقوى، فإنّ اتجّاه الإبرة يقترب أكثر للوضع المعامد للملفيّن.
 

إلى ماذا سوف نحتاج؟

 الأدوات اللازمة للبناء   علبة من الورق المقوّى
  • بطارية من فئة 1.5 فولط (من المفضّل أن تكون بطارية قلويّة)
  • سلك كهربائي بطول مترين تقريبًا (ذو سمك لا يتعدّى الـ0.5 ملليمتر)، معزول. قد يكون من الأسلاك المستخدمة في مختبرات الأجهزة الكهربائية، أو سلك من أسلاك هاتف قديم، أو سلك مأخوذ من محرّك أومحوّل قديم.
  • بوصلة مغناطيسيّة بسيطة. من المفضّل أن تكون البوصلة كبيرة قدر الإمكان.
  • شريط لاصق لإحكام كل الوصلات.
  • مقصّ.
  • علبة (غير كبيرة) فارغة وقديمة من الورق المقوّى.

تحذير:

عملية وصل البطارية لأسلاك الكهرباء يجب أن تكون لفترات زمنية قصيرة فقط – بضع ثوانٍ وليس أكثر! لا تتركوا تجربتكم أبدًا بدون فصل البطارية عن الأسلاك. فقد تُستنفد البطارية وتؤدّي إلى تسخين الأسلاك وصهرها وحتّى لاشتعال حريق.

إذا شعرتم بالبطارية تسخن – إفصلوا الأسلاك بسرعة وانتظروا لمدّة خمس دقائق حتّى تبرد جميع المكوّنات.

 

والآن – لنبدأ ببعض التجارب الممهّدة التي ستساعدنا على فهم مبدأ تحريك إبرة البوصلة بواسطة الملفّين.

ماذا سنفعل؟ - مقياس تيّار كهربائي بسيط

  • ضعوا البوصلة على المائدة، وانتظروا حتّى تثبت إبرة المغناطيس وتتوقّف عن الحركة.
  • إقطعوا 20 سنتيمترًا من سلك الكهرباء وألصقوا القطعة إلى المائدة إلى جانب البوصلة وعلى بعد بضع ملليمترات منها.
  • أوصلوا طرفي السلك لطرفي البطّاريّة. تذكّروا ألاّ تصلوا البطّارية لوقت طويل وإلاّ قد تسخن البطّارية والأسلاك.

لدى وصل السّلك للبطارية – يتدفّق التّيّار الكهربائي في السّلك مولّدًا حوله حقلاً مغناطيسيًا.

التّجربة الأولى – سلك واحد
 
هل تحرّكت إبرة المغناطيس بفعل التيّار الكهربائي؟
  • إفصلوا البطّارية عن السلك.  

هل عادت الإبرة إلى اتجاهها الأصلي؟
  • أديروا البوصلة حتّى تؤشر الإبرة إلى الشّمال (N).
  • كرّروا التجربة عدّة مرّات لتجدوا المكان الملائم لوصل سلك الكهرباء كي تؤشر الإبرة إلى الغرب (W) والشّرق (E) وحتّى الجنوب (S) عند وصل البطّارية.
  • ضعوا السّلك على بعد حوالي سنتيمترين من البوصلة.

هل يؤثر التيّار على الإبرة بهذا الموضع؟
  • على بعد سنتيمترين من البوصلة، يكاد لا يؤثر التيار الكهربائي في السلك على الإبرة. حاولوا إيجاد طريقة لزيادة حركة الإبرة على هذا البُعد.
 
رمز: حاولوا جعل الحقل المغناطيسي أكبر بواسطة استخدام المزيد من الأسلاك.
 
ماذا علينا أن نفعل كي نحصل على المزيد من الإسلاك؟
استعينوا بالصّورة الآتية للإجابة عن السّؤال.

 التّجربة الأولى – المزيد من الأسلاك
 
عندما يتدفّق التّيار الكهربائي في السلك فإنّه يولّد حوله حقلاً مغناطيسيًّا. إنّ الملف هو طريقة لتكبير الحقل المغناطيسي بواسطة رزم الأسلاك. رزم الأسلاك بهذه الطريقة يؤدّي إلى تراكم الحقول المغناطيسية الناتجة عن كلّ منها لتنتج حقلاً مغناطيسيًّا واحدًا كبيرًا، مقداره مجموع الحقول المغناطيسيّة الناتجة عن كل سلك على انفراد. إنّ شكل أو هيئة الملف مهمّة لكي نتأكّد من أنّ التيّار يتدفق في جميع الأسلاك بنفس الاتجاه، أي كي يكون لكلّ الحقول الفرديّة نفس الاتجاه.
 
ماذا سيحصل، برأيكم، لو أنّنا قمنا برزم جميع الأسلاك برزمة واحدة بطريقة غير مرتّبة؟
 
في المرحلة القادمة من الفعالية، سوف تستخدمون مبدأ الملف كي تبنوا مقياس تيّار كهربائي منزلي "حقيقي".
Date Created: 14/11/12
Date Updated: 20/11/12