Fislab
الرئيسية / الدروس / بنك الأسئلة: التيارات المستحثة

🔄 بنك الأسئلة: التيارات المستحثة

Question Bank: Induced Currents (12 General)
⏱️ 110 دقيقة 📂 الكهرومغناطيسية 🎯 40 سؤالًا + 4 مسائل محلولة

🔄 بنك الأسئلة: التيارات المستحثة

🔄 Question Bank: Induced Currents

الصف 12 عام (12G)

Grade 12 General (12G)

⏱️ 40 سؤال اختيار من متعدد بتصحيح فوري، و4 مسائل محلولة بالكامل⏱️ 40 multiple-choice questions with instant feedback, plus 4 fully-solved problems
\[1\,\star\]
سلك موصل طوله \(0.3\,m\) داخل مجال مغناطيسي منتظم شدته \(0.5\,T\)، يتحرك بشكل عمودي على المجال بسرعة مقدارها \(10\,m/s\). فرق الجهد المستحث بين طرفي السلك يعادلA conducting wire of length \(0.3\,m\) is inside a uniform \(0.5\,T\) magnetic field, moving perpendicular to the field at \(10\,m/s\). The induced potential difference between the wire's ends is
\(emf=0.5\,V\)
\(emf=1\,V\)
\(emf=1.5\,V\)
\(emf=2\,V\)
الحلSolution
📌 القانون: \(emf=BLv=(0.5)(0.3)(10)=1.5\,V\)
✅ \(emf=1.5\,V\)
📌 Formula: \(emf=BLv=(0.5)(0.3)(10)=1.5\,V\)
✅ \(emf=1.5\,V\)
\[2\,\star\star\]
سلك طوله \(0.3\,m\) يتحرك بسرعة عمودية على المجال مقدارها \(v=15\,m/s\)، مولّدًا قوة دافعة \(EMF=0.02\,V\) وتيارًا مستحثًا اتجاهه من A إلى B كما في الشكل (والسلك يتحرك للأسفل). مقدار واتجاه المجال المغناطيسي يعادلA wire of length \(0.3\,m\) moves at \(v=15\,m/s\) perpendicular to the field, generating \(EMF=0.02\,V\) and an induced current flowing from A to B as shown (the wire moves downward). The magnitude and direction of the magnetic field is
سلك AB متحرك للأسفل مع اتجاه التيار المستحث
\(B=6.18\times10^{-3}\,T\) للداخلinto the page
\(B=4.44\times10^{-3}\,T\) للخارجout of the page
\(B=4.44\times10^{-3}\,T\) للداخلinto the page
\(B=6.18\times10^{-3}\,T\) للخارجout of the page
الحلSolution
📌 المقدار: \(B=\dfrac{EMF}{Lv}=\dfrac{0.02}{(0.3)(15)}=4.44\times10^{-3}\,T\)
📌 الاتجاه: السلك يتحرك للأسفل والتيار من A إلى B (باتجاه معيّن على الرسم)؛ بتطبيق \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) على الشحنات الموجبة، يلزم أن يكون المجال داخل الصفحة لتفسير اتجاه القوة المحصّلة على التيار كما في الشكل.
✅ \(B=4.44\times10^{-3}\,T\) للداخل
📌 Magnitude: \(B=\dfrac{EMF}{Lv}=\dfrac{0.02}{(0.3)(15)}=4.44\times10^{-3}\,T\)
📌 Direction: the wire moves downward and the current flows A→B as shown; applying \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) to positive charges requires the field to point into the page to produce that current direction.
✅ \(B=4.44\times10^{-3}\,T\) into the page
\[3\,\star\star\star\]
ما السرعة التي يجب أن يتحرك بها قضيب طوله \(0.5\,m\) عموديًا على مجال منتظم شدته \(2.5\,T\) لينتج تيارًا شدته \(0.5\,A\) في مقاوم \(R=10\,\Omega\) كما في الشكل؟At what speed must a rod of length \(0.5\,m\) move perpendicular to a uniform \(2.5\,T\) field to produce a current of \(0.5\,A\) through a resistor \(R=10\,\Omega\) as shown?
قضيب متحرك على قضيبين موصلين متصلين بمقاومة
\(v=0.1\,m/s\)
\(v=1\,m/s\)
\(v=2\,m/s\)
\(v=4\,m/s\)
الحلSolution
📌 القوة الدافعة المطلوبة: \(EMF=IR=(0.5)(10)=5\,V\)
📌 السرعة: \(v=\dfrac{EMF}{BL}=\dfrac{5}{(2.5)(0.5)}=4\,m/s\)
✅ \(v=4\,m/s\)
📌 Required emf: \(EMF=IR=(0.5)(10)=5\,V\)
📌 Speed: \(v=\dfrac{EMF}{BL}=\dfrac{5}{(2.5)(0.5)}=4\,m/s\)
✅ \(v=4\,m/s\)
\[4\,\star\star\]
في أحد الحلقات المعدنية التالية لا يتولد تيار مستحثIn which of the following metal loop scenarios is NO induced current generated?
أربع حالات: حلقة تدخل المجال (A)، حلقة تتحرك داخل مجال منتظم (B)، حلقة تخرج من المجال (C)، حلقة تدور داخل المجال (D)
A — الحلقة تدخل منطقة المجالA — loop entering the field region
B — الحلقة تتحرك داخل مجال منتظم (بلا عبور حدود)B — loop moving within a uniform field (no boundary crossing)
C — الحلقة تخرج من منطقة المجالC — loop exiting the field region
D — الحلقة تدور داخل المجالD — loop rotating within the field
الحلSolution
📌 الفكرة: التيار المستحث يتولد فقط عند تغيّر التدفق المغناطيسي \(\Phi_B=B\cdot A\cdot\cos\theta\) عبر الحلقة. في الحالة B، الحلقة بالكامل داخل مجال منتظم ولا تعبر أي حدود ولا تدور — فمساحتها واتجاهها وشدة المجال حولها ثابتة جميعًا، أي \(\Phi_B\) ثابت تمامًا. أما A وC (عبور حدود المجال) وD (تغيّر الزاوية بالدوران) فجميعها تُغيّر \(\Phi_B\).
✅ B
📌 Idea: induced current only arises when the magnetic flux \(\Phi_B=B\cdot A\cdot\cos\theta\) through the loop changes. In case B, the loop is entirely within a uniform field and crosses no boundary and does not rotate — its area, orientation, and the surrounding field strength are all constant, so \(\Phi_B\) is perfectly constant. Cases A and C (crossing a field boundary) and D (changing angle via rotation) all change \(\Phi_B\).
✅ B
\[5\,\star\star\]
القوة الدافعة الكهربائية \(EMF\) تقدَّر بوحدة الفولت، وتعادل بالتحليل البُعديThe electromotive force \(EMF\), measured in volts, is dimensionally equivalent to
\(\dfrac{N}{A\cdot s}\)
\(\dfrac{Kg\cdot m}{A\cdot s^2}\)
\(\dfrac{N\cdot m}{A\cdot s}\)
\(\dfrac{N\cdot m^2}{A\cdot s^2}\)
الحلSolution
📌 الفكرة: \(V=J/C\)، والجول \(J=N\cdot m\) (طاقة=قوة×مسافة)، والكولوم \(C=A\cdot s\) (شحنة=تيار×زمن). إذن: \(V=\dfrac{N\cdot m}{A\cdot s}\)
✅ \(\dfrac{N\cdot m}{A\cdot s}\)
📌 Idea: \(V=J/C\), and joule \(J=N\cdot m\) (energy=force×distance), and coulomb \(C=A\cdot s\) (charge=current×time). So: \(V=\dfrac{N\cdot m}{A\cdot s}\)
✅ \(\dfrac{N\cdot m}{A\cdot s}\)
\[6\,\star\star\]
أحد الأجهزة التالية لا يعمل بالاعتماد على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي (بل على مبدأ آخر)Which of the following devices does NOT operate based on the phenomenon of electromagnetic induction (but on a different principle)?
جلفانوميتر (A)، ميزان كتل (B)، مولد تيار متردد (C)، ميكروفون (D)
A — الجلفانوميترA — Galvanometer
B — ميزان الكتلB — Mass scale
C — مولد التيار المترددC — AC generator
D — الميكروفونD — Microphone
الحلSolution
📌 الفكرة: الجلفانوميتر يعمل بمبدأ "تأثير المحرك" (قوة على ملف يحمل تيارًا داخل مجال \(F=IL\times B\))، وهو عكس الحث تمامًا (نُدخل تيارًا فنحصل على حركة، لا العكس). أما المولد والميكروفون الحركي فيعملان فعليًا بالحث (حركة تُنتج تيارًا)، بينما ميزان الكتل جهاز ميكانيكي بحت لا علاقة له بالكهرومغناطيسية أصلًا.
✅ A — الجلفانوميتر (يعمل بتأثير المحرك، لا بالحث)
📌 Idea: a galvanometer works via the "motor effect" (force on a current-carrying coil in a field, \(F=IL\times B\)) — the reverse of induction (we supply current and get motion, not the other way around). Generators and dynamic microphones genuinely use induction (motion produces current), while a mass scale is a purely mechanical device unrelated to electromagnetism at all.
✅ A — Galvanometer (uses the motor effect, not induction)
\[7\,\star\star\]
عند بدء تشغيل مكنسة كهربائية تحتوي على ملف يدور في مجال مغناطيسي، ينخفض التيار تدريجيًا بعد اللحظة الأولى؛ والسببWhen an electric vacuum cleaner (with a coil rotating in a magnetic field) starts up, the current gradually decreases after the first instant. The reason is
المقاومة العالية للمكنسةThe vacuum's high resistance
ضعف المصدر الكهربائي في المنزلA weak home electrical supply
تولّد قوة دافعة مستحثة معاكسة (تأثيرية) في الملف مع ازدياد سرعة دورانهA back (induced) emf builds up in the coil as its rotation speeds up
وجود مكثفات داخل المكنسة تحتاج إلى الشحنCapacitors inside the vacuum that need charging
الحلSolution
📌 الفكرة: محرك المكنسة عبارة عن ملف يدور، وأثناء دورانه (بعد اللحظة الأولى) يصبح مولّدًا أيضًا، فيولّد قوة دافعة كهربائية عكسية (Back-EMF) تعاكس التيار الأصلي (قانون لنز)، فيقل التيار الصافي كلما ازدادت سرعة الدوران، حتى يستقر عند سرعة التشغيل الطبيعية.
✅ تولّد قوة دافعة مستحثة معاكسة في الملف
📌 Idea: the vacuum's motor is a rotating coil; as it spins (after the first instant) it also acts as a generator, producing a back-EMF that opposes the original current (Lenz's law), so the net current drops as rotation speeds up, until it settles at the normal running speed.
✅ A back induced emf builds up in the coil
\[8\,\star\star\]
مولد تيار متردد، القيمة العظمى للتيار والجهد الناتجين عن دوران الملف تعادل \(I_m=2\,A\) و\(V_m=12\,V\). متوسط القدرة المبدَّدة في الدائرة التي يمر بها التيار تعادلAn AC generator produces peak current and voltage \(I_m=2\,A\) and \(V_m=12\,V\). The average power dissipated in the circuit is
\(P=12\;W\)
\(P=24\;W\)
\(P=6\;W\)
\(P=3\;W\)
الحلSolution
📌 القانون: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m V_m=\dfrac12(2)(12)=12\,W\)
📌 تنبيه شائع: يخطئ البعض بحذف العامل \(\tfrac12\) فيحصل على 24W — تذكّر أن متوسط القدرة الآنية لموجة جيبية يساوي نصف حاصل ضرب القيمتين العظميين فقط، وليس حاصل ضربهما مباشرة.
✅ \(P=12\,W\)
📌 Formula: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m V_m=\dfrac12(2)(12)=12\,W\)
📌 Common mistake: dropping the factor \(\tfrac12\) gives the wrong value 24W — remember the average power of a sinusoid is half the product of the peak values, not their direct product.
✅ \(P=12\,W\)
\[9\,\star\star\]
مولد تيار متردد متصل بمقاوم \(R=10\,\Omega\)؛ رُسمت العلاقة بين فرق الجهد الناتج والزمن فنتج الخط البياني الموضّح (قمة الموجة \(V_m=15\,V\)). متوسط القدرة المبدَّدة في المقاوم يعادلAn AC generator is connected to a resistor \(R=10\,\Omega\); the graph of output voltage vs. time is shown (peak \(V_m=15\,V\)). The average power dissipated in the resistor is
خط بياني جيبي لفرق الجهد مقابل الزمن، القمة 15 فولت
\(P=1.5\;W\)
\(P=150\;W\)
\(P=11.25\;W\)
\(P=15.5\;W\)
الحلSolution
📌 من الرسم: \(V_m=15\,V\)
📌 القانون: \(P_{avg}=\dfrac{V_m^2}{2R}=\dfrac{15^2}{2(10)}=\dfrac{225}{20}=11.25\,W\)
✅ \(P=11.25\,W\)
📌 From the graph: \(V_m=15\,V\)
📌 Formula: \(P_{avg}=\dfrac{V_m^2}{2R}=\dfrac{15^2}{2(10)}=\dfrac{225}{20}=11.25\,W\)
✅ \(P=11.25\,W\)
\[10\,\star\star\]
تيار متردد شدته العظمى \(2\,A\) يمر خلال مقاوم \(R=6\,\Omega\). القدرة المتوسطة التي يصرفها المقاوم تعادلAn alternating current with peak value \(2\,A\) passes through a resistor \(R=6\,\Omega\). The average power dissipated by the resistor is
\(P=3\;W\)
\(P=6\;W\)
\(P=12\;W\)
\(P=9\;W\)
الحلSolution
📌 القانون: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m^2 R=\dfrac12(2)^2(6)=\dfrac12(4)(6)=12\,W\)
✅ \(P=12\,W\)
📌 Formula: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m^2 R=\dfrac12(2)^2(6)=\dfrac12(4)(6)=12\,W\)
✅ \(P=12\,W\)
\[11\,\star\star\star\]
تيار متردد شدته الفعّالة \(5\,A\) يمر خلال مقاوم فرق الجهد الفعّال بين طرفيه \(20\,V\). القدرة العظمى المستهلكة في المقاوم تعادلAn alternating current with rms value \(5\,A\) passes through a resistor with rms voltage \(20\,V\) across it. The maximum (peak) power consumed by the resistor is
\(P_{max}=50\;W\)
\(P_{max}=100\;W\)
\(P_{max}=200\;W\)
\(P_{max}=400\;W\)
الحلSolution
📌 القدرة المتوسطة: \(P_{avg}=I_{rms}V_{rms}=(5)(20)=100\,W\)
📌 القدرة العظمى: للموجة الجيبية \(P_{max}=2\,P_{avg}=200\,W\) (لأن القدرة الآنية تتذبذب بين صفر والقيمة العظمى، بمتوسط يساوي نصف القيمة العظمى بالضبط)
✅ \(P_{max}=200\,W\)
📌 Average power: \(P_{avg}=I_{rms}V_{rms}=(5)(20)=100\,W\)
📌 Peak power: for a sinusoid, \(P_{max}=2\,P_{avg}=200\,W\) (since instantaneous power oscillates between zero and its peak, averaging to exactly half the peak)
✅ \(P_{max}=200\,W\)
\[12\,\star\star\star\]
ملف يدور عكس عقارب الساعة في مجال مغناطيسي منتظم مكوّنًا مولد تيار متردد، وصُوِّر في خمس مراحل عند الزوايا \(0°,90°,180°,270°,360°\) (المراحل 1 إلى 5 بالترتيب). في أي من هذه المراحل تنعدم القوة الدافعة المستحثة؟A coil rotates counterclockwise in a uniform magnetic field, forming an AC generator, and is photographed at five stages at angles \(0°,90°,180°,270°,360°\) (stages 1 through 5 in order). In which of these stages does the induced emf become zero?
خمس مراحل لدوران ملف بين قطبي مغناطيس عند 0، 90، 180، 270، 360 درجة
\(1\,,\,3\)
\(2\,,\,3\,,\,5\)
\(2\,,\,4\)
\(1\,,\,3\,,\,5\)
الحلSolution
📌 القانون: \(\varepsilon=NBA\omega\sin(\omega t)\) — تنعدم عند \(\omega t=0°,180°,360°\) (حيث مستوي الملف عمودي على المجال، والتدفق أعظمي لكن معدل تغيّره صفر لحظيًا)، وتكون عظمى عند \(90°,270°\).
📌 التطبيق: المراحل 1 (0°)، 3 (180°)، 5 (360°) هي مراحل انعدام القوة الدافعة.
✅ 1, 3, 5
📌 Formula: \(\varepsilon=NBA\omega\sin(\omega t)\) — vanishes at \(\omega t=0°,180°,360°\) (where the coil plane is perpendicular to the field, flux is maximum but its instantaneous rate of change is zero), and is maximum at \(90°,270°\).
📌 Application: stages 1 (0°), 3 (180°), 5 (360°) are the zero-emf stages.
✅ 1, 3, 5
\[13\,\star\]
أحد الإجابات التالية تُعبّر عن تحوّلات الطاقة التي تحدث في المولد الكهربائيWhich of the following describes the energy transformation that occurs in an electric generator?
الطاقة الضوئية إلى طاقة حركيةLight energy to kinetic energy
الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائيةMechanical energy to electrical energy
الطاقة الميكانيكية إلى طاقة صوتيةMechanical energy to sound energy
الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركيةElectrical energy to kinetic energy
الحلSolution
📌 الفكرة: المولد يُدار ميكانيكيًا (بخار، توربين، محرك احتراق...) فيدور الملف داخل مجال مغناطيسي، مولّدًا تيارًا عبر الحث — أي طاقة ميكانيكية إلى كهربائية (عكس المحرك الكهربائي تمامًا).
✅ الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية
📌 Idea: a generator is driven mechanically (steam, turbine, combustion engine...), rotating a coil within a magnetic field and generating current via induction — i.e., mechanical energy into electrical energy (the exact reverse of an electric motor).
✅ Mechanical energy to electrical energy
\[14\,\star\star\star\]
ملف يدور باتجاه عقارب الساعة في مجال مغناطيسي، ومتصل عبر حلقتين بمقاوم كما في الشكل (المراحل A، B، C، D). في أي من هذه المراحل تكون شدة التيار في المقاوم أعظم ما يمكن؟A coil rotates clockwise in a magnetic field, connected via two slip rings to a resistor as shown (stages A, B, C, D). In which of these stages is the current through the resistor at its maximum?
أربع مراحل لدوران ملف متصل بحلقتين ومقاوم بين قطبي مغناطيس
\(B\,,\,D\)
\(B\,,\,C\)
\(A\,,\,C\)
\(A\,,\,D\)
الحلSolution
📌 القاعدة: التيار المستحث (والقوة الدافعة) يكون أعظميًا عندما يكون مستوي الملف مسايرًا لخطوط المجال (عندئذ تتحرك أضلاعه بشكل عمودي على المجال، فتقطع أكبر عدد من خطوطه في وحدة الزمن).
📌 التطبيق: هاتان الحالتان تتكرران كل نصف دورة (بفارق 180°)، وهما المرحلتان A وC في هذا التسلسل.
✅ A, C
📌 Rule: the induced current (and emf) is maximum when the coil plane is aligned with the field lines (its sides then move perpendicular to the field, cutting the most field lines per unit time).
📌 Application: this recurs every half-turn (180° apart), corresponding to stages A and C in this sequence.
✅ A, C
\[15\,\star\star\star\]
ملف يدور في مجال مغناطيسي منتظم مولّدًا تيارًا متغيّرًا (رُسم الخط البياني بين شدة التيار والزمن، بالنقاط A وB وC وD). أُخذت صورة للملف في لحظة ما وهو بزاوية وسطية (لا موازٍ ولا عمودي على المجال، في مرحلة الانخفاض بعد القمة). حدد موقع التيار الممكن لهذه الصورةA coil rotates in a uniform magnetic field, producing a varying current (graphed at points A, B, C, D). A photo was taken of the coil at an intermediate angle (neither parallel nor perpendicular to the field, on the declining part after the peak). Identify the possible current point for this photo
خط بياني لشدة التيار مقابل الزمن بأربع نقاط A،B،C،D، وصورة لملف بين قطبين N وS
A
B
C
D
الحلSolution
📌 الفكرة: A هي قمة الموجة (تيار أعظمي، الملف موازٍ للمجال)، C هي عبور الصفر (الملف عمودي على المجال)، D هي القاع (تيار أعظمي بالاتجاه المعاكس). النقطة B تقع بين القمة A والصفر C — أي زاوية وسطية على منحنى هابط، وهذا يطابق وصف الصورة تمامًا.
✅ B
📌 Idea: A is the wave's peak (maximum current, coil parallel to the field), C is the zero-crossing (coil perpendicular to the field), D is the trough (maximum current, opposite direction). Point B lies between peak A and zero C — exactly an intermediate angle on a declining curve, matching the photo's description.
✅ B
\[16\,\star\star\star\]
سلك طوله \(L=0.5\,m\) يتحرك بسرعة \(v=15\,m/s\) بشكل أفقي، في منطقة مجال مغناطيسي منتظم مركّبتاه الأفقية والرأسية \(B_x=0.2\,T\)، \(B_y=0.3\,T\) (حيث السلك أفقي أيضًا وعمودي على اتجاه حركته). القوة المحركة الكهربائية المتولدة بين طرفي السلك تعادلA wire of length \(L=0.5\,m\) moves horizontally at \(v=15\,m/s\) through a uniform field with horizontal and vertical components \(B_x=0.2\,T\), \(B_y=0.3\,T\) (the wire itself is horizontal, perpendicular to its direction of motion). The induced emf between the wire's ends is
سلك أفقي متحرك في مجال له مركبتان أفقية ورأسية
\(EMF=2.25\,V\)
\(EMF=1.75\,V\)
\(EMF=1.5\,V\)
\(EMF=0.75\,V\)
الحلSolution
📌 الفكرة: بما أن السلك وسرعته كلاهما أفقيان، فإن مركّبة المجال الأفقية \(B_x\) موازية لخط حركة السلك ولا تُسهم في القوة الدافعة (لأن \(\vec v\times\vec B_x\) يقع خارج مستوى السلك)؛ فقط المركّبة الرأسية \(B_y\) (العمودية على المستوى الأفقي بأكمله) تُسهم فعليًا.
📌 الحساب: \(EMF=B_yLv=(0.3)(0.5)(15)=2.25\,V\)
✅ \(EMF=2.25\,V\)
📌 Idea: since both the wire and its velocity are horizontal, the horizontal field component \(B_x\) lies along the wire's line of motion and contributes nothing (\(\vec v\times\vec B_x\) falls outside the wire's own line); only the vertical component \(B_y\) (perpendicular to the entire horizontal plane) actually contributes.
📌 Calculation: \(EMF=B_yLv=(0.3)(0.5)(15)=2.25\,V\)
✅ \(EMF=2.25\,V\)
\[17\,\star\star\star\]
ملف متصل بجلفانوميتر، وبجواره مغناطيس يُبعَد عنه (قطبه الشمالي N هو الأقرب للملف). أي الخيارات التالية تُعبّر بشكل صحيح عن قطبَي الملف المغناطيسيين واتجاه التيار المستحث؟A coil is connected to a galvanometer, with a nearby magnet being pulled away (its north pole N is nearest the coil). Which option correctly shows the coil's induced magnetic poles and the direction of the induced current?
أربعة خيارات لأقطاب مغناطيس مُبعَد عن ملف واتجاه التيار المستحث
A
B
C
D
الحلSolution
📌 قانون لنز: المغناطيس يبتعد (قطبه N الأقرب للملف)، فيقل التدفق الداخل إلى الملف من جهة N. التيار المستحث يعاكس هذا النقصان، أي "يحاول" جذب المغناطيس للبقاء — فيصبح طرف الملف المواجه للمغناطيس قطبًا جنوبيًا S (لأن S تجذب N).
✅ D (القطب المواجه للمغناطيس المُبعَد هو S)
📌 Lenz's law: the magnet moves away (N pole nearest the coil), so the flux into the coil from that side decreases. The induced current opposes this decrease, i.e. it "tries" to attract the magnet back — so the coil's end facing the magnet becomes a south pole S (since S attracts N).
✅ D (the end facing the departing magnet is S)
\[18\,\star\star\]
يُعتبر قانون لنز نتيجةً لقانون الحفاظ علىLenz's law is a direct consequence of the conservation of
الزخم والطاقة معًاMomentum and energy together
الزخم فقطMomentum only
الشحنة فقطCharge only
الطاقة فقطEnergy only
الحلSolution
📌 الفكرة: لو كان التيار المستحث يُعزّز التغيّر المسبّب له بدل معاكسته، لتولّدت طاقة من العدم (تغذية ذاتية متسارعة بلا مصدر خارجي) — وهذا يخالف قانون حفظ الطاقة. لذا فإن "المعاكسة" التي ينص عليها قانون لنز شرط ضروري لحفظ الطاقة.
✅ الطاقة فقط
📌 Idea: if the induced current reinforced the change causing it instead of opposing it, energy would be created from nothing (a runaway self-amplifying feedback with no external source) — violating energy conservation. The "opposition" stated by Lenz's law is thus a necessary condition for energy conservation.
✅ Energy only
\[19\,\star\]
أي القوانين التالية يُستخدم لإيجاد اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في ملف؟Which of the following laws is used to find the direction of the induced emf in a coil?
قانون فارادايFaraday's law
قانون لنزLenz's law
قانون نيوتنNewton's law
قانون أومOhm's law
الحلSolution
📌 الفرق: قانون فاراداي يحدّد المقدار (\(\varepsilon=-d\Phi/dt\))، بينما الإشارة السالبة فيه (أي الاتجاه) هي بالضبط ما ينص عليه قانون لنز.
✅ قانون لنز
📌 The distinction: Faraday's law gives the magnitude (\(\varepsilon=-d\Phi/dt\)), while the negative sign in it (i.e. the direction) is exactly what Lenz's law specifies.
✅ Lenz's law
\[20\,\star\star\star\]
سلك موصل ضمن دائرة مغلقة يتحرك بسرعة ثابتة نحو اليسار، ويقطع خطوط مجال مغناطيسي متجه نحو داخل الصفحة. أي الأشكال التالية يُمثّل بشكل صحيح اتجاه التيار المستحث في السلك والقوة المغناطيسية المؤثرة عليه؟A conducting wire in a closed circuit moves at constant velocity to the left, cutting field lines directed into the page. Which figure correctly shows the induced current's direction in the wire and the magnetic force acting on it?
أربعة أشكال لسلك متحرك نحو اليسار في مجال داخل الصفحة مع اتجاهات مختلفة للتيار والقوة
الشكل AFigure A
الشكل BFigure B
الشكل CFigure C
الشكل DFigure D
الحلSolution
📌 قانون لنز أولًا: القوة المغناطيسية الناتجة عن التيار المستحث يجب أن تعاكس حركة السلك (تعيقها)، أي يجب أن تتجه لليمين (عكس السرعة المتجهة لليسار). هذا وحده يستبعد أي شكل تكون فيه القوة بنفس اتجاه السرعة.
📌 اتجاه التيار: بتطبيق \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) على الشحنات الموجبة (\(\vec v\) لليسار، \(\vec B\) للداخل)، ينتج اتجاه تيار محدد في السلك نفسه يتوافق مع الشكل B فقط عند دمجه مع شرط اتجاه القوة الصحيح.
✅ الشكل B
📌 Lenz's law first: the magnetic force from the induced current must oppose the wire's motion (retard it), i.e. point rightward (opposite the leftward velocity). This alone rules out any figure where the force points the same way as the velocity.
📌 Current direction: applying \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) to positive charges (\(\vec v\) left, \(\vec B\) into the page) gives a specific current direction in the wire that matches figure B once combined with the correct force-direction condition.
✅ Figure B
\[21\,\star\star\]
نواة حديدية لُفّت أسلاكها على طرفيها، وُصل أحد الملفين بمصدر طاقة والآخر بجهاز. أي الأشكال التالية لا يُعتبر محولًا كهربائيًا فعليًا؟An iron core has wires wound on both ends, one coil connected to a power source and the other to a device. Which of the following configurations is NOT actually a functioning transformer?
أربعة أشكال لملفين حول نواة، ثلاثة منها متصلة بمصدر تيار متردد وواحد متصل ببطارية
الشكل AFigure A
الشكل BFigure B
الشكل CFigure C
الشكل DFigure D
الحلSolution
📌 الفكرة: المحوّل يعتمد على الحث المتبادل، الذي يتطلب تدفقًا مغناطيسيًا متغيّرًا باستمرار — وهذا لا يتحقق إلا بمصدر تيار متردد. الشكل B هو الوحيد المتصل ببطارية (تيار مستمر ثابت)، فلا ينتج تدفقًا متغيّرًا (إلا لحظيًا عند التشغيل/الإيقاف)، وبالتالي لا يعمل كمحوّل فعلي أثناء التشغيل المستمر.
✅ الشكل B (مصدره بطارية تيار مستمر)
📌 Idea: a transformer relies on mutual induction, which requires a continuously changing magnetic flux — only possible with an AC source. Figure B is the only one connected to a battery (constant DC), which produces no continuously changing flux (except momentarily at switch-on/off), so it doesn't function as an actual transformer during steady operation.
✅ Figure B (its source is a DC battery)
\[22\,\star\star\]
من أهم ميزات أسلاك نقل الطاقة من محطة التوليد إلى المدينة أن تكونOne of the most important features of power transmission wires (from the generating station to the city) is that they should have
مقاومة نوعية منخفضة ومساحة مقطع صغيرةLow resistivity and a small cross-sectional area
مقاومة نوعية مرتفعة ومساحة مقطع كبيرةHigh resistivity and a large cross-sectional area
مقاومة نوعية منخفضة ومساحة مقطع كبيرةLow resistivity and a large cross-sectional area
مقاومة نوعية مرتفعة ومساحة مقطع صغيرةHigh resistivity and a small cross-sectional area
الحلSolution
📌 الفكرة: مقاومة السلك \(R=\rho L/A\)؛ لتقليل الطاقة المُبدَّدة حرارةً (\(P_{loss}=I^2R\)) يجب تقليل \(R\)، أي معامل مقاومة نوعية \(\rho\) منخفض ومساحة مقطع \(A\) كبيرة.
✅ مقاومة نوعية منخفضة ومساحة مقطع كبيرة
📌 Idea: wire resistance \(R=\rho L/A\); to minimize power lost as heat (\(P_{loss}=I^2R\)), \(R\) must be minimized — i.e. low resistivity \(\rho\) and large cross-sectional area \(A\).
✅ Low resistivity and a large cross-sectional area
\[23\,\star\star\]
لنقل الطاقة من محطة التوليد إلى المدن، تُوضع محولات لتقليل الطاقة الضائعة. يكون نوع المحوّلات الموضوعةTo transmit power from the generating station to cities, transformers are placed to reduce power loss. The types of transformers used are
عند المحطة: خافضة للجهد ورافعة للتيار. عند المدينة: رافعة للجهد وخافضة للتيارAt the station: step-down voltage, step-up current. At the city: step-up voltage, step-down current
عند المحطة: رافعة للجهد وخافضة للتيار. عند المدينة: خافضة للجهد ورافعة للتيارAt the station: step-up voltage, step-down current. At the city: step-down voltage, step-up current
عند المحطة: خافضة للجهد وخافضة للتيار. عند المدينة: رافعة للجهد وخافضة للتيارAt the station: step-down voltage, step-down current. At the city: step-up voltage, step-down current
عند المحطة: رافعة للجهد وخافضة للتيار. عند المدينة: رافعة للجهد ورافعة للتيارAt the station: step-up voltage, step-down current. At the city: step-up voltage, step-up current
الحلSolution
📌 الفكرة: رفع الجهد عند المحطة (وبالتالي خفض التيار، لأن \(P=IV\) ثابتة تقريبًا) يقلّل الفاقد الحراري \(I^2R\) في أسلاك النقل الطويلة. عند وصول الطاقة للمدينة، تُخفَّض الجهد (وترفع التيار) إلى مستوى آمن للاستخدام المنزلي.
✅ رافعة للجهد عند المحطة، خافضة للجهد عند المدينة
📌 Idea: stepping up the voltage at the station (and thus stepping down the current, since \(P=IV\) is roughly constant) reduces the \(I^2R\) heat loss along the long transmission lines. Upon reaching the city, voltage is stepped back down (and current up) to a safe level for household use.
✅ Step-up at the station, step-down at the city
\[24\,\star\]
يعتمد المحوّل الكهربائي في عمله علىThe electrical transformer relies in its operation on
محول كهربائي بملفين حول نواة حديدية
ظاهرة الحث الذاتيSelf-induction
القوة المغناطيسية المؤثرة على سلكMagnetic force on a wire
ظاهرة الحث المتبادلMutual induction
القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنةMagnetic force on a charge
الحلSolution
📌 الفكرة: التيار المتردد في الملف الابتدائي يولّد تدفقًا مغناطيسيًا متغيّرًا في النواة المشتركة، وهذا التدفق يحث بدوره قوة دافعة كهربائية في الملف الثانوي — وهذا هو تعريف الحث المتبادل بالضبط.
✅ ظاهرة الحث المتبادل
📌 Idea: the alternating current in the primary coil produces a changing magnetic flux in the shared core, and this flux in turn induces an emf in the secondary coil — this is exactly the definition of mutual induction.
✅ Mutual induction
\[25\,\star\star\]
ملفان متجاوران على نواة مشتركة، عند إغلاق المفتاح في الملف الأول. أي مما يلي يتحقق فعليًا في الملفين؟Two adjacent coils share a common core; the switch in coil 1 is closed. Which of the following actually occurs in the two coils?
ملفان متجاوران على نواة مشتركة، الأول متصل ببطارية ومفتاح، والثاني بجلفانوميتر
يحدث الحث الذاتي في الملف الثاني والمتبادل في الملف الأولSelf-induction occurs in coil 2, mutual induction in coil 1
يحدث الحث الذاتي في الملف الأول والمتبادل في الملف الثانيSelf-induction occurs in coil 1, mutual induction in coil 2
يحدث الحث الذاتي والمتبادل في كلا الملفين معًاBoth self- and mutual induction occur in both coils
يحدث الحث الذاتي فقط في الملف الأول، ولا يحدث أي حث في الملف الثانيOnly self-induction occurs in coil 1, and nothing happens in coil 2
الحلSolution
📌 الفكرة: عند إغلاق المفتاح، يتغيّر تيار الملف الأول من صفر إلى قيمته المستقرة، فيغيّر تدفقه الخاص — وهذا التغيّر يحث فيه هو نفسه قوة دافعة معاكسة (حث ذاتي)، وفي الوقت ذاته يُحدث تغيّرًا في التدفق عبر الملف الثاني المجاور (المشارك بنفس النواة)، فيحث فيه قوة دافعة (حث متبادل).
✅ حث ذاتي في الملف الأول، وحث متبادل في الملف الثاني
📌 Idea: when the switch closes, coil 1's current changes from zero to its steady value, changing its own flux — this change induces a back-emf in coil 1 itself (self-induction), while simultaneously changing the flux through the adjacent coil 2 (sharing the same core), inducing an emf there too (mutual induction).
✅ Self-induction in coil 1, mutual induction in coil 2
\[26\,\star\star\]
ملف مكوّن من \(N=50\) لفة، مساحة كل لفة \(A=0.02\,m^2\)، عمودي على مجال مغناطيسي يتناقص انتظاميًا من \(0.3\,T\) إلى \(0.1\,T\) خلال \(0.4\,s\). متوسط القوة الدافعة المستحثة يعادلA coil of \(N=50\) turns, each of area \(A=0.02\,m^2\), lies perpendicular to a magnetic field that uniformly decreases from \(0.3\,T\) to \(0.1\,T\) over \(0.4\,s\). The average induced emf is
\(\varepsilon=0.2\,V\)
\(\varepsilon=0.5\,V\)
\(\varepsilon=1\,V\)
\(\varepsilon=2.5\,V\)
الحلSolution
📌 القانون: \(\varepsilon=N\dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}=N A\dfrac{|\Delta B|}{\Delta t}=50\times0.02\times\dfrac{0.3-0.1}{0.4}\)
📌 الحساب: \(=50\times0.02\times0.5=0.5\,V\)
✅ \(\varepsilon=0.5\,V\)
📌 Formula: \(\varepsilon=N\dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}=N A\dfrac{|\Delta B|}{\Delta t}=50\times0.02\times\dfrac{0.3-0.1}{0.4}\)
📌 Calculation: \(=50\times0.02\times0.5=0.5\,V\)
✅ \(\varepsilon=0.5\,V\)
\[27\,\star\star\star\]
ملف دائري مكوّن من \(N=200\) لفة، نصف قطر كل لفة \(r=0.05\,m\)، يتعامد مع مجال مغناطيسي يزداد انتظاميًا من الصفر إلى \(0.8\,T\) خلال \(0.2\,s\). متوسط القوة الدافعة المستحثة يعادلA circular coil of \(N=200\) turns, each of radius \(r=0.05\,m\), is perpendicular to a magnetic field that uniformly increases from zero to \(0.8\,T\) over \(0.2\,s\). The average induced emf is
\(\varepsilon=3.14\,V\)
\(\varepsilon=6.28\,V\)
\(\varepsilon=1.57\,V\)
\(\varepsilon=12.56\,V\)
الحلSolution
📌 مساحة اللفة: \(A=\pi r^2=\pi(0.05)^2\approx7.854\times10^{-3}\,m^2\)
📌 القانون: \(\varepsilon=NA\dfrac{\Delta B}{\Delta t}=200\times7.854\times10^{-3}\times\dfrac{0.8}{0.2}\)
📌 الحساب: \(=200\times7.854\times10^{-3}\times4\approx6.28\,V\)
✅ \(\varepsilon\approx6.28\,V\)
📌 Turn area: \(A=\pi r^2=\pi(0.05)^2\approx7.854\times10^{-3}\,m^2\)
📌 Formula: \(\varepsilon=NA\dfrac{\Delta B}{\Delta t}=200\times7.854\times10^{-3}\times\dfrac{0.8}{0.2}\)
📌 Calculation: \(=200\times7.854\times10^{-3}\times4\approx6.28\,V\)
✅ \(\varepsilon\approx6.28\,V\)
\[28\,\star\]
أي مما يلي لا يؤثر في مقدار القوة الدافعة الحركية المستحثة \(EMF=BLv\sin\theta\) لسلك متحرك؟Which of the following does NOT affect the magnitude of the motional emf \(EMF=BLv\sin\theta\) of a moving wire?
شدة المجال المغناطيسي \(B\)The magnetic field strength \(B\)
سرعة السلك \(v\)The wire's speed \(v\)
كتلة السلكThe wire's mass
الزاوية \(\theta\) بين السرعة والمجالThe angle \(\theta\) between velocity and field
الحلSolution
📌 الفكرة: الصيغة \(EMF=BLv\sin\theta\) لا تحتوي على الكتلة إطلاقًا — القوة الدافعة المستحثة كمية كهرومغناطيسية بحتة، تعتمد على الهندسة والحركة النسبية فقط، لا على القصور الذاتي للسلك.
✅ كتلة السلك (لا تؤثر)
📌 Idea: the formula \(EMF=BLv\sin\theta\) contains no mass term at all — the induced emf is a purely electromagnetic quantity, depending only on geometry and relative motion, not on the wire's inertia.
✅ The wire's mass (has no effect)
\[29\,\star\star\]
سلك طوله \(L=0.4\,m\) يتحرك بسرعة \(v=5\,m/s\) تصنع زاوية \(\theta=30°\) مع مجال مغناطيسي منتظم شدته \(B=0.6\,T\). القوة الدافعة المستحثة تعادلA wire of length \(L=0.4\,m\) moves at speed \(v=5\,m/s\), making an angle \(\theta=30°\) with a uniform \(B=0.6\,T\) field. The induced emf is
\(EMF=1.2\,V\)
\(EMF=0.6\,V\)
\(EMF=1.04\,V\)
\(EMF=0.3\,V\)
الحلSolution
📌 القانون: \(EMF=BLv\sin\theta=(0.6)(0.4)(5)\sin(30°)=1.2\times0.5=0.6\,V\)
✅ \(EMF=0.6\,V\)
📌 Formula: \(EMF=BLv\sin\theta=(0.6)(0.4)(5)\sin(30°)=1.2\times0.5=0.6\,V\)
✅ \(EMF=0.6\,V\)
\[30\,\star\star\star\]
سلك موصل مستقيم رأسي (يمتد من الأعلى إلى الأسفل) يتحرك أفقيًا نحو اليمين، داخل مجال مغناطيسي منتظم متجه نحو داخل الصفحة. اتجاه التيار المستحث داخل السلك يكونA straight vertical conducting wire (extending top to bottom) moves horizontally to the right, within a uniform magnetic field directed into the page. The direction of the induced current inside the wire is
من الأسفل إلى الأعلىFrom bottom to top
من الأعلى إلى الأسفلFrom top to bottom
لا يتولد أي تيارNo current is induced
يتذبذب بلا اتجاه ثابتIt oscillates with no fixed direction
الحلSolution
📌 القاعدة: على الشحنات الموجبة تؤثر قوة \(\vec F=q\vec v\times\vec B\). بأخذ \(\hat x\) لليمين، \(\hat y\) للأعلى، \(\hat z\) خارج الصفحة: \(\vec v=v\hat x\)، \(\vec B=-B\hat z\) (للداخل).
📌 الحساب: \(\vec v\times\vec B=v\hat x\times(-B\hat z)=-vB(\hat x\times\hat z)=-vB(-\hat y)=vB\hat y\) — أي القوة على الشحنات الموجبة للأعلى (\(+\hat y\)).
✅ من الأسفل إلى الأعلى
📌 Rule: positive charges feel a force \(\vec F=q\vec v\times\vec B\). Taking \(\hat x\) right, \(\hat y\) up, \(\hat z\) out of the page: \(\vec v=v\hat x\), \(\vec B=-B\hat z\) (into the page).
📌 Calculation: \(\vec v\times\vec B=v\hat x\times(-B\hat z)=-vB(\hat x\times\hat z)=-vB(-\hat y)=vB\hat y\) — the force on positive charges points upward (\(+\hat y\)).
✅ From bottom to top
\[31\,\star\star\]
قضيب مغناطيسي يقترب بقطبه الشمالي N من ملف موصل مغلق. القوة التي يشعر بها القضيب المغناطيسي بسبب التيار المستحث في الملف تكونA bar magnet approaches a closed conducting coil, north pole first. The force felt by the magnet due to the induced current in the coil is
تجاذبية دائمًاAlways attractive
تنافرية (تعاكس اقتراب المغناطيس)Repulsive (opposing the magnet's approach)
معدومة تمامًاExactly zero
عمودية على اتجاه الحركةPerpendicular to the direction of motion
الحلSolution
📌 قانون لنز: اقتراب القطب N يزيد التدفق الداخل عبر الملف من جهته. يعاكس التيار المستحث هذه الزيادة، فيصبح الوجه المواجه للمغناطيس قطبًا شماليًا N أيضًا (ليُنافر) — وبما أن قطبين متشابهين يتنافران، فالقوة على المغناطيس تنافرية، تعيق اقترابه (تمامًا كما يقتضي حفظ الطاقة: يجب بذل شغل لتقريب المغناطيس).
✅ تنافرية
📌 Lenz's law: the approaching N pole increases the flux entering the coil from that side. The induced current opposes this increase, so the face nearest the magnet also becomes a north pole N (to repel it) — and since like poles repel, the force on the magnet is repulsive, resisting its approach (exactly as energy conservation requires: work must be done to push the magnet closer).
✅ Repulsive
\[32\,\star\star\]
مغناطيس يقترب من ملف بسرعة \(v\) فيولّد قوة دافعة مستحثة مقدارها \(2\,V\). إذا تضاعفت سرعة اقتراب المغناطيس لتصبح \(3v\) (مع بقاء بقية الظروف كما هي)، فإن القوة الدافعة الجديدة تعادلA magnet approaches a coil at speed \(v\), inducing an emf of \(2\,V\). If the magnet's approach speed increases to \(3v\) (all else unchanged), the new induced emf is
\(2\,V\)
\(4\,V\)
\(6\,V\)
\(9\,V\)
الحلSolution
📌 الفكرة: القوة الدافعة المستحثة تتناسب طرديًا مع معدل تغيّر التدفق، وهذا المعدل يتناسب طرديًا مع سرعة الاقتراب (بثبات الهندسة). إذن \(\varepsilon\propto v\).
📌 الحساب: \(\varepsilon_2=\varepsilon_1\times\dfrac{3v}{v}=2\times3=6\,V\)
✅ \(6\,V\)
📌 Idea: the induced emf is directly proportional to the rate of flux change, which itself is directly proportional to the approach speed (geometry unchanged). So \(\varepsilon\propto v\).
📌 Calculation: \(\varepsilon_2=\varepsilon_1\times\dfrac{3v}{v}=2\times3=6\,V\)
✅ \(6\,V\)
\[33\,\star\star\]
تيار متردد شدته العظمى \(I_m=6\,A\) يمر خلال مقاوم \(R=4\,\Omega\). متوسط القدرة المبدَّدة في المقاوم يعادلAn alternating current with peak value \(I_m=6\,A\) passes through a resistor \(R=4\,\Omega\). The average power dissipated in the resistor is
\(P=144\,W\)
\(P=72\,W\)
\(P=36\,W\)
\(P=24\,W\)
الحلSolution
📌 القانون: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m^2 R=\dfrac12(6)^2(4)=\dfrac12(36)(4)=72\,W\)
✅ \(P=72\,W\)
📌 Formula: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m^2 R=\dfrac12(6)^2(4)=\dfrac12(36)(4)=72\,W\)
✅ \(P=72\,W\)
\[34\,\star\star\]
مصدر تيار متردد قيمته الفعّالة \(V_{rms}=100\,V\) متصل بمقاوم \(R=20\,\Omega\). متوسط القدرة المبدَّدة يعادلAn AC source with rms value \(V_{rms}=100\,V\) is connected to a resistor \(R=20\,\Omega\). The average power dissipated is
\(P=250\,W\)
\(P=500\,W\)
\(P=1000\,W\)
\(P=5\,W\)
الحلSolution
📌 القانون: \(P_{avg}=\dfrac{V_{rms}^2}{R}=\dfrac{100^2}{20}=\dfrac{10000}{20}=500\,W\)
✅ \(P=500\,W\)
📌 Formula: \(P_{avg}=\dfrac{V_{rms}^2}{R}=\dfrac{100^2}{20}=\dfrac{10000}{20}=500\,W\)
✅ \(P=500\,W\)
\[35\,\star\star\]
محوّل خافض للجهد، عدد لفات ملفه الابتدائي \(N_p=1000\) وعدد لفات ملفه الثانوي \(N_s=100\). إذا كان الجهد الابتدائي \(V_p=220\,V\)، فإن الجهد الثانوي يعادلA step-down transformer has \(N_p=1000\) primary turns and \(N_s=100\) secondary turns. If the primary voltage is \(V_p=220\,V\), the secondary voltage is
\(V_s=2200\,V\)
\(V_s=22\,V\)
\(V_s=220\,V\)
\(V_s=110\,V\)
الحلSolution
📌 القانون: \(V_s=V_p\left(\dfrac{N_s}{N_p}\right)=220\times\dfrac{100}{1000}=220\times0.1=22\,V\)
✅ \(V_s=22\,V\)
📌 Formula: \(V_s=V_p\left(\dfrac{N_s}{N_p}\right)=220\times\dfrac{100}{1000}=220\times0.1=22\,V\)
✅ \(V_s=22\,V\)
\[36\,\star\star\star\]
لنفس المحوّل السابق (\(N_p=1000\)، \(N_s=100\))، إذا كان التيار في الملف الابتدائي \(I_p=0.5\,A\)، فإن التيار في الملف الثانوي يعادل (بافتراض محوّل مثالي بلا فاقد)For the same transformer (\(N_p=1000\), \(N_s=100\)), if the primary current is \(I_p=0.5\,A\), the secondary current is (assuming an ideal, lossless transformer)
\(I_s=0.05\,A\)
\(I_s=5\,A\)
\(I_s=0.5\,A\)
\(I_s=50\,A\)
الحلSolution
📌 حفظ القدرة الظاهرية: \(V_pI_p=V_sI_s \Rightarrow I_s=I_p\left(\dfrac{N_p}{N_s}\right)=0.5\times\dfrac{1000}{100}=0.5\times10=5\,A\)
📌 تحقّق: \(V_pI_p=220\times0.5=110\,W\)، و\(V_sI_s=22\times5=110\,W\) ✓ (متطابقتان، كما يلزم لمحوّل مثالي)
✅ \(I_s=5\,A\)
📌 Apparent power conservation: \(V_pI_p=V_sI_s \Rightarrow I_s=I_p\left(\dfrac{N_p}{N_s}\right)=0.5\times\dfrac{1000}{100}=0.5\times10=5\,A\)
📌 Check: \(V_pI_p=220\times0.5=110\,W\), and \(V_sI_s=22\times5=110\,W\) ✓ (they match, as required for an ideal transformer)
✅ \(I_s=5\,A\)
\[37\,\star\]
وفق قانون فاراداي، يعتمد مقدار القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بشكل أساسي علىAccording to Faraday's law, the magnitude of the induced emf fundamentally depends on
القيمة المطلقة للتدفق المغناطيسي \(\Phi_B\)The absolute value of the magnetic flux \(\Phi_B\)
معدل تغيّر التدفق المغناطيسي \(d\Phi_B/dt\)The rate of change of magnetic flux \(d\Phi_B/dt\)
مقاومة الملف الكهربائيةThe coil's electrical resistance
القيمة المطلقة للمجال المغناطيسي \(B\) فقطThe absolute value of the field \(B\) alone
الحلSolution
📌 الفكرة: \(\varepsilon=-d\Phi_B/dt\) — تدفق ثابت مهما كانت قيمته الكبيرة لا يولّد أي قوة دافعة (مثل حلقة ساكنة داخل مجال منتظم قوي جدًا لكن ثابت). المهم هو معدّل التغيّر، لا القيمة المطلقة.
✅ معدل تغيّر التدفق المغناطيسي
📌 Idea: \(\varepsilon=-d\Phi_B/dt\) — a constant flux, no matter how large, induces no emf at all (e.g. a stationary loop in a very strong but unchanging uniform field). What matters is the rate of change, not the absolute value.
✅ The rate of change of magnetic flux
\[38\,\star\star\]
التيارات الدوامية (Eddy Currents) تُستغَل بشكل مقصود ومفيد (وليست فاقدًا غير مرغوب) في أي من التطبيقات التالية؟Eddy currents are deliberately and beneficially exploited (rather than being an unwanted loss) in which of the following applications?
نواة المحوّل الكهربائيThe core of an electrical transformer
الموقد الحثي (induction cooktop)An induction cooktop
نواة المولد الكهربائيThe core of an electric generator
دوّار المحرك الكهربائيThe rotor of an electric motor
الحلSolution
📌 الفكرة: في المحوّلات والمولدات والمحركات، التيارات الدوامية داخل الأنوية المعدنية فاقد غير مرغوب (لذلك تُصنع الأنوية من صفائح معزولة لتقليلها). أما الموقد الحثي فيعمل بمبدأ توليد تيارات دوامية مقصودة داخل قاع الإناء المعدني نفسه، والتي تُسخّنه مباشرة بفعل مقاومته الكهربائية — استخدام إيجابي ومباشر لظاهرة التيارات الدوامية.
✅ الموقد الحثي
📌 Idea: in transformers, generators, and motors, eddy currents in the metal cores are an unwanted loss (which is why cores are laminated to reduce them). An induction cooktop, however, works by deliberately generating eddy currents inside the metal cookware itself, which heat it directly via its own electrical resistance — a direct, beneficial use of eddy currents.
✅ Induction cooktop
\[39\,\star\star\]
قضيب موصل طوله \(L=0.25\,m\) ينزلق على قضيبين موصلين متوازيين متصلين بمقاوم \(R=2\,\Omega\)، داخل مجال مغناطيسي منتظم عمودي عليه شدته \(B=0.8\,T\)، بسرعة \(v=6\,m/s\). شدة التيار المستحث في الدائرة تعادلA conducting rod of length \(L=0.25\,m\) slides on two parallel conducting rails connected to a resistor \(R=2\,\Omega\), within a uniform \(B=0.8\,T\) field perpendicular to it, at speed \(v=6\,m/s\). The induced current in the circuit is
\(I=0.6\,A\)
\(I=1.2\,A\)
\(I=2.4\,A\)
\(I=0.3\,A\)
الحلSolution
📌 القوة الدافعة: \(EMF=BLv=(0.8)(0.25)(6)=1.2\,V\)
📌 التيار: \(I=\dfrac{EMF}{R}=\dfrac{1.2}{2}=0.6\,A\)
✅ \(I=0.6\,A\)
📌 EMF: \(EMF=BLv=(0.8)(0.25)(6)=1.2\,V\)
📌 Current: \(I=\dfrac{EMF}{R}=\dfrac{1.2}{2}=0.6\,A\)
✅ \(I=0.6\,A\)
\[40\,\star\star\]
الفرق الجوهري بين المحرك الكهربائي والمولد الكهربائي من حيث المبدأ الفيزيائي هوThe fundamental difference between an electric motor and an electric generator, in terms of physical principle, is
المحرك يعتمد على قوة مغناطيسية على تيار (تأثير المحرك)، والمولد يعتمد على الحث الكهرومغناطيسي (حركة تُنتج تيارًا)The motor relies on a magnetic force on a current (motor effect), while the generator relies on electromagnetic induction (motion producing current)
المحرك يعمل بالتيار المستمر فقط، والمولد بالتيار المتردد فقطThe motor only works with DC, and the generator only with AC
لا فرق بينهما، فهما جهاز واحد بمسمّيين مختلفينThere is no difference; they are the same device with two names
المحرك لا يحتاج مغناطيسًا، والمولد يحتاج مغناطيسًاThe motor needs no magnet, while the generator does
الحلSolution
📌 الفكرة: المحرك يُدخَل إليه تيار كهربائي، فتنشأ قوة \(F=IL\times B\) على ملفه داخل المجال فيدور (تحويل كهربائي إلى ميكانيكي). المولد، بالعكس، يُدار ميكانيكيًا فيدور ملفه داخل مجال، فيتغيّر التدفق ويُحث تيار عبر قانون فاراداي (تحويل ميكانيكي إلى كهربائي). كلا الجهازين قد يُبنى بنفس التركيب الفيزيائي تقريبًا (ملف بين قطبي مغناطيس)، لكن المبدأ التشغيلي معكوس تمامًا.
✅ المحرك: تأثير المحرك (قوة على تيار) | المولد: الحث الكهرومغناطيسي
📌 Idea: a motor is fed electrical current, producing a force \(F=IL\times B\) on its coil within the field, causing it to spin (electrical→mechanical). A generator, conversely, is driven mechanically, spinning its coil within a field so the flux changes and a current is induced via Faraday's law (mechanical→electrical). Both devices can have nearly identical physical construction (a coil between magnetic poles), but their operating principle is exactly reversed.
✅ Motor: motor effect (force on current) | Generator: electromagnetic induction

📝 مسائل محلولة📝 Solved Problems

المسألة 1Problem 1
سلك موصل AB (جزء من دائرة مغلقة) يتحرك للأسفل كما في الشكل، فيقطع خطوط مجال مغناطيسي عموديًا عليه، ويمر تيار مستحث اتجاهه داخل السلك من A إلى B (كما يوضّح السهم الأحمر). (أ) حدد أي طرفَي السلك موجب وأيّهما سالب، وحدد اتجاه المجال المغناطيسي (للداخل أم للخارج) الذي يفسّر هذا الاتجاه للتيار. (ب) إذا تولّدت بين طرفي السلك قوة دافعة كهربائية مستحثة \(EMF=0.15\,V\)، وكان طول السلك \(L=0.2\,m\) وسرعته \(v=3\,m/s\)، أوجد أقل شدة ممكنة للمجال المغناطيسي المسبّب لهذه القوة الدافعة.A conducting wire AB (part of a closed circuit) moves downward as shown, cutting magnetic field lines perpendicular to it, with an induced current flowing inside the wire from A to B (as the red arrow shows). (a) Determine which end of the wire is positive and which is negative, and determine the magnetic field's direction (into or out of the page) that explains this current direction. (b) If the induced emf between the wire's ends is \(EMF=0.15\,V\), with wire length \(L=0.2\,m\) and speed \(v=3\,m/s\), find the minimum possible magnetic field strength that could cause this emf.
سلك AB متحرك للأسفل، والتيار المستحث داخله يتجه من A إلى B
الحلSolution
📌 (أ) الأقطاب: التيار داخل السلك (مصدر القوة الدافعة) يتجه من A إلى B، والقاعدة أن التيار داخل المصدر يسري من القطب السالب إلى الموجب — إذن A سالب وB موجب.
📌 اتجاه المجال: بأخذ \(\hat x\) من A إلى B، \(\hat y\) للأعلى: السرعة \(\vec v=-v\hat y\) (للأسفل). لتفسير قوة على الشحنات الموجبة باتجاه \(+\hat x\) (نحو B)، يجب أن يحقق \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) ذلك: بتجربة \(\vec B=-B\hat z\) (للداخل، حيث \(\hat z\) للخارج): \(\vec v\times\vec B=(-v\hat y)\times(-B\hat z)=vB(\hat y\times\hat z)=vB\hat x\) ✓ يطابق الاتجاه المطلوب.
📌 (ب) الصيغة العامة: \(EMF=BLv\sin\theta\)
📌 شرط أقل شدة مجال: لأي قيمة معطاة لـ\(EMF\)، تكون \(B\) أصغر ما يمكن عندما \(\sin\theta=1\) (\(\theta=90°\)).
📌 الحساب: \(B_{min}=\dfrac{EMF}{Lv}=\dfrac{0.15}{(0.2)(3)}=0.25\,T\)
✅ A سالب، B موجب، والمجال للداخل | \(B_{min}=0.25\,T\)
📌 (a) Terminals: the current inside the wire (the emf source) flows from A to B, and inside a source current flows from the negative to the positive terminal — so A is negative and B is positive.
📌 Field direction: taking \(\hat x\) from A to B, \(\hat y\) up: velocity \(\vec v=-v\hat y\) (downward). To get a force on positive charges along \(+\hat x\) (toward B), test \(\vec B=-B\hat z\) (into the page, \(\hat z\)=out of page): \(\vec v\times\vec B=(-v\hat y)\times(-B\hat z)=vB(\hat y\times\hat z)=vB\hat x\) ✓ matches the required direction.
📌 (b) General formula: \(EMF=BLv\sin\theta\)
📌 Minimum-field condition: for any given \(EMF\), \(B\) is smallest when \(\sin\theta=1\) (\(\theta=90°\)).
📌 Calculation: \(B_{min}=\dfrac{EMF}{Lv}=\dfrac{0.15}{(0.2)(3)}=0.25\,T\)
✅ A negative, B positive, field into the page | \(B_{min}=0.25\,T\)
المسألة 2Problem 2
صنع أحد المتعلّمين محوّلًا: عدد لفات ملفه الابتدائي 4 لفات، وعدد لفات ملفه الثانوي 8 لفات. (أ) وصل الملف الابتدائي بمصدر تيار مستمر (بطارية) كما في الشكل الأول — هل يعمل المحوّل؟ فسّر السبب. (ب) ثم استبدل المصدر بمصدر تيار متردد (الشكل الثاني) جهده الفعّال \(V_{rms}=110\,V\) ويمرّر تيارًا فعّالًا \(I_{rms}=2\,A\) في الملف الابتدائي. ما نوع هذا المحوّل؟ واحسب الجهد والتيار الفعّالين في الملف الثانوي (بافتراض محوّل مثالي، بلا فاقد).A student built a transformer: the primary coil has 4 turns, and the secondary has 8 turns. (a) The primary was connected to a DC source (battery), as in the first figure — does the transformer work? Explain why. (b) The source was then replaced with an AC source (second figure) of rms voltage \(V_{rms}=110\,V\), driving an rms current \(I_{rms}=2\,A\) in the primary. What type of transformer is this? Calculate the rms voltage and current in the secondary coil (assuming an ideal, lossless transformer).
محول بملف ابتدائي 4 لفات متصل ببطارية (تيار مستمر) وملف ثانوي 8 لفات متصل بجهاز نفس المحول بملف ابتدائي متصل بمصدر تيار متردد
الحلSolution
📌 (أ) مع البطارية: لا يعمل المحوّل. التيار المستمر لا يُنتج تدفقًا مغناطيسيًا متغيّرًا (بعد الوصول لقيمته المستقرة)، والحث المتبادل يتطلب تدفقًا متغيّرًا باستمرار — فلا تتولّد أي قوة دافعة في الملف الثانوي في التشغيل المستمر.
📌 (ب) نوع المحوّل: نسبة اللفات \(N_s/N_p=8/4=2>1\)، إذن هو محوّل رافع للجهد (Step-up).
📌 الجهد الثانوي: \(V_s=V_p\left(\dfrac{N_s}{N_p}\right)=110\times2=220\,V\)
📌 التيار الثانوي: \(I_s=I_p\left(\dfrac{N_p}{N_s}\right)=2\times\dfrac12=1\,A\)
✅ محوّل رافع للجهد؛ \(V_s=220\,V\)، \(I_s=1\,A\)
📌 (a) With the battery: the transformer does not work. Direct current produces no continuously changing magnetic flux (once it settles), and mutual induction requires a continuously changing flux — so no emf is induced in the secondary during steady operation.
📌 (b) Type of transformer: turns ratio \(N_s/N_p=8/4=2>1\), so it's a step-up transformer.
📌 Secondary voltage: \(V_s=V_p\left(\dfrac{N_s}{N_p}\right)=110\times2=220\,V\)
📌 Secondary current: \(I_s=I_p\left(\dfrac{N_p}{N_s}\right)=2\times\dfrac12=1\,A\)
✅ Step-up transformer; \(V_s=220\,V\), \(I_s=1\,A\)
المسألة 3Problem 3
مولد تيار متردد متصل بمقاوم، رُسمت العلاقتان بين شدة التيار والزمن وبين فرق الجهد والزمن كما في الشكل (القيمة العظمى للتيار \(I_m=2\,A\)، والقيمة العظمى لفرق الجهد \(V_m=6\,V\)). احسب: (أ) القيمة الفعّالة لفرق الجهد، (ب) القدرة المتوسطة المبدَّدة في الدائرة.An AC generator is connected to a resistor; the current-time and voltage-time graphs are shown (peak current \(I_m=2\,A\), peak voltage \(V_m=6\,V\)). Calculate: (a) the rms voltage, (b) the average power dissipated in the circuit.
خطان بيانيان: شدة التيار مقابل الزمن (قمة 2A) وفرق الجهد مقابل الزمن (قمة 6V)
الحلSolution
📌 من الرسمين: \(I_m=2\,A\)، \(V_m=6\,V\)
📌 (أ) القيمة الفعّالة: \(V_{rms}=\dfrac{V_m}{\sqrt2}=\dfrac{6}{\sqrt2}\approx4.24\,V\)
📌 (ب) القدرة المتوسطة: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m V_m=\dfrac12(2)(6)=6\,W\). تحقّق: \(P_{avg}=I_{rms}V_{rms}=(I_m/\sqrt2)(V_m/\sqrt2)=\dfrac{I_mV_m}{2}=6\,W\) ✓ (يطابق)
✅ \(V_{rms}\approx4.24\,V\)، \(P_{avg}=6\,W\)
📌 From the graphs: \(I_m=2\,A\), \(V_m=6\,V\)
📌 (a) rms value: \(V_{rms}=\dfrac{V_m}{\sqrt2}=\dfrac{6}{\sqrt2}\approx4.24\,V\)
📌 (b) Average power: \(P_{avg}=\dfrac12 I_m V_m=\dfrac12(2)(6)=6\,W\). Check: \(P_{avg}=I_{rms}V_{rms}=(I_m/\sqrt2)(V_m/\sqrt2)=\dfrac{I_mV_m}{2}=6\,W\) ✓ (matches)
✅ \(V_{rms}\approx4.24\,V\), \(P_{avg}=6\,W\)
المسألة 4Problem 4
(أ) سلك (جزء من دائرة مغلقة، الشكل الأول) داخل مجال مغناطيسي منتظم متجه للداخل. إذا تحرك هذا السلك بشكل موازٍ تمامًا لخطوط المجال (أي بحركة داخل/خارج الصفحة لا داخل مستواها)، هل تتولّد قوة دافعة كهربائية بين طرفيه؟ فسّر. ثم إذا تحرك السلك نحو اليمين بدلًا من ذلك (الشكل الثاني، عمودي على المجال)، حدد اتجاه التيار المستحث فيه، وقارن اتجاه المجال الناتج عن هذا التيار مع المجال الأصلي المسبِّب له، واذكر اسم العالم الذي حدد قاعدة هذا الاتجاه. (ب) لماذا تُصنع أنوية المحوّلات الكهربائية على شكل صفائح رقيقة معزولة عن بعضها (الشكل الثالث)، بدل قطعة معدنية واحدة مصمتة؟(a) A wire (part of a closed circuit, first figure) sits in a uniform magnetic field directed into the page. If this wire moves exactly parallel to the field lines (i.e. into/out of the page rather than within its plane), is an emf induced between its ends? Explain. Then, if the wire instead moves to the right (second figure, perpendicular to the field), determine the induced current's direction, compare the field produced by this current to the original field that caused it, and name the scientist who established the rule for this direction. (b) Why are transformer cores made of thin, mutually insulated laminated sheets (third figure) instead of one solid metal block?
سلك ثابت ضمن دائرة مغلقة داخل مجال متجه للداخل نفس السلك يتحرك نحو اليمين، عموديًا على المجال نواة محوّل مصنوعة من صفائح معزولة، بملفين ابتدائي وثانوي
الحلSolution
📌 (أ) الحركة الموازية: لا تتولّد أي قوة دافعة. بما أن \(EMF=BLv\sin\theta\) والزاوية بين السرعة والمجال هنا \(\theta=0°\) (متوازيان تمامًا)، فإن \(\sin(0°)=0\)، ومهما كانت شدة المجال أو السرعة كبيرة، تبقى \(EMF=0\).
📌 عند الحركة لليمين (عمودي على المجال): بتطبيق \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) على الشحنات الموجبة (\(\vec v\) لليمين، \(\vec B\) للداخل)، يتولّد تيار مستحث في السلك؛ والمجال المغناطيسي الناتج عن مرور هذا التيار المستحث نفسه (حول السلك) يكون معاكسًا في تأثيره لاتجاه تغيّر المجال الأصلي — أي يقاوم الزيادة في التدفق الناتجة عن حركة السلك، طبقًا لقانون لنز.
📌 اسم العالم: هاينريش لنز (Heinrich Lenz)، الذي ينسب إليه قانون لنز لتحديد اتجاه التيار/المجال المستحث.
📌 (ب) الصفائح المعزولة: التدفق المغناطيسي المتغيّر داخل النواة المعدنية نفسها يُحدث فيها أيضًا تيارات دوامية (Eddy currents) غير مرغوبة، تبدّد طاقة كحرارة (فاقد). تقسيم النواة إلى صفائح رقيقة معزولة يقطع مسارات هذه التيارات الدوامية ويحصرها في مساحات أصغر بكثير، فتقل شدتها وبالتالي يقل الفاقد الحراري في النواة.
✅ (أ) EMF=0 عند الحركة الموازية (sin(0°)=0)؛ عند الحركة العمودية يتولّد تيار يعاكس التغيّر (لنز) | (ب) لتقليل فاقد التيارات الدوامية (Eddy currents) في النواة
📌 (a) Parallel motion: No emf is induced at all. Since \(EMF=BLv\sin\theta\) and the angle between the velocity and the field here is \(\theta=0°\) (exactly parallel), \(\sin(0°)=0\), so regardless of how strong the field or speed is, \(EMF=0\).
📌 Moving right (perpendicular to the field): applying \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) to positive charges (\(\vec v\) right, \(\vec B\) into the page) induces a current in the wire; the magnetic field produced by this induced current itself (around the wire) opposes the change in the original field caused by the wire's motion — i.e. it resists the increase in flux, per Lenz's law.
📌 Scientist's name: Heinrich Lenz, after whom Lenz's law (for the direction of the induced current/field) is named.
📌 (b) Laminated sheets: the changing magnetic flux within the metal core itself also induces unwanted eddy currents, which dissipate energy as heat (loss). Splitting the core into thin, insulated laminations breaks up the paths available to these eddy currents, confining them to much smaller loops, reducing their magnitude and hence the core's heat loss.
✅ (a) EMF=0 during parallel motion (sin(0°)=0); perpendicular motion induces a current opposing the change (Lenz) | (b) To reduce eddy-current losses in the core
لاحظت خطأ؟ أو عندك سؤال عن التجربة؟ اكتبه بالتعليقات وحدد مكانه بالضبط. Noticed an error? Or have a question? Write it in the comments and specify exactly where.