🎯 نواتج التعلم
🎯 Learning Outcomes
بعد هذه التجربة ستكون قادرًا على أن:
After this experiment you will be able to:
- تشرح كيف يحوّل المولد الطاقة الميكانيكية إلى كهربية بتغيير التدفق المغناطيسي عبر ملف.Explain how a generator converts mechanical energy into electrical energy by changing the magnetic flux through a coil.
- تربط بين زاوية الملف والتدفق \(\Phi=BA\cos\theta\) والقوة المحركة المستحثة \(e=NBA\omega\sin\theta\).Relate the coil angle to the flux \(\Phi=BA\cos\theta\) and to the induced emf \(e=NBA\omega\sin\theta\).
- تحدد العوامل التي تعتمد عليها القيمة العظمى \(e_{max}\) وتحسب القيمة الفعالة.Identify the factors that \(e_{max}\) depends on and calculate the rms value.
🎬 شاهد الفيديو
🎬 Watch the Video
⚡ مولد التيار المتردد
⚡ The AC Generator
المولد جهاز يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية. يدور ملف داخل مجال مغناطيسي منتظم فيتغير التدفق المغناطيسي خلاله، فتنشأ بين طرفيه قوة محركة كهربية مستحثة (قانون فاراداي). وتتغير هذه القوة جيبيًّا مع الزمن وتتبدل إشارتها كل نصف دورة، لذلك يكون التيار متناوبًا. يوصَل الملف بالدائرة الخارجية بحلقتين منزلقتين.
A generator converts mechanical energy into electrical energy. A coil rotates in a uniform magnetic field so the magnetic flux through it changes and an induced emf appears between its ends (Faraday’s law). The emf varies sinusoidally with time and changes sign every half turn so the current is alternating. The coil is connected to the external circuit through two slip rings.
📘 القوانين
📘 The laws
\[\Phi=BA\cos\theta\qquad e=-N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}=NBA\omega\sin\theta\qquad \theta=\omega t\]
\[e_{max}=NBA\omega=2\pi f\,NBA\qquad e_{rms}=\dfrac{e_{max}}{\sqrt2}\qquad T=\dfrac{1}{f}\]
💡 ملاحظات
💡 Notes
- \(\theta\) هي الزاوية بين العمودي على مستوى الملف والمجال \(B\).\(\theta\) is the angle between the normal to the coil’s plane and the field \(B\).
- عندما يكون الملف عموديًّا على المجال (\(\theta=0\)) يكون التدفق أكبر ما يمكن والقوة المحركة صفرًا، وعندما يوازيه (\(\theta=90^\circ\)) العكس.When the coil is perpendicular to the field (\(\theta=0\)) the flux is maximum and the emf zero; when parallel (\(\theta=90^\circ\)) it is the opposite.
- زيادة \(N\) أو \(B\) أو \(A\) أو التردد تزيد \(e_{max}\) بالنسبة نفسها.Increasing \(N\), \(B\), \(A\) or the frequency increases \(e_{max}\) by the same factor.
🧪 تجربة 1: دوّر الملف وراقب القوة المحركة
🧪 Experiment 1: Rotate the coil and watch the emf
اسحب رأس السهم الأحمر (العمودي على الملف) لتدوير الملف، أو حرّك مؤشر \(\theta\)، أو اضغط «▶ دوّر» (دوران بطيء ×0.2 للعرض). لاحظ أن \(e=NBA\omega\sin\theta\) تساوي صفرًا عند \(\theta=0^\circ\) وتبلغ أقصاها عند \(90^\circ\)، ويتوهج المصباح بحسب \(|e|\). غيّر \(B\) و\(N\) والمساحة والتردد. (لا يدور شيء إلا بطلبك.)
Drag the red arrow head (the normal to the coil) to rotate the coil, move the \(\theta\) slider, or press “▶ Rotate” (slow display ×0.2). Notice that \(e=NBA\omega\sin\theta\) is zero at \(\theta=0^\circ\) and maximum at \(90^\circ\), and the bulb glows with \(|e|\). Change \(B\), \(N\), the area and the frequency. (Nothing rotates unless you ask.)
🧪 تجربة 2: حاسبة: مولد التيار المتردد
🧪 Experiment 2: Calculator: the AC generator
مسألة جديدة في كل مرة. أدخل الجواب.
A new problem every time. Enter the answer.
✍️ أمثلة محلولة
✍️ Worked Examples
ملف \(N=100\) مساحته \(200\ \mathrm{cm^2}\) يدور في مجال \(0.5\ \mathrm{T}\) بتردد \(50\ \mathrm{Hz}\). احسب \(e_{max}\).
A coil with \(N=100\) turns of area \(200\ \mathrm{cm^2}\) rotates in a \(0.5\ \mathrm{T}\) field at \(50\ \mathrm{Hz}\). Find \(e_{max}\).
ما القيمة الفعالة في المثال السابق؟
What is the rms value in the previous example?
\(e_{max}=20\ \mathrm{V}\). احسب \(e\) عندما \(\theta=30^\circ\).
\(e_{max}=20\ \mathrm{V}\). Find \(e\) when \(\theta=30^\circ\).
إذا تضاعف تردد دوران الملف فماذا يحدث لـ \(e_{max}\)؟
If the rotation frequency of the coil doubles what happens to \(e_{max}\)?
تكون القوة المحركة المستحثة أكبر ما يمكن عندما يكون مستوى الملف:
The induced emf is maximum when the plane of the coil is:
عندما يكون التدفق أكبر ما يمكن تكون القوة المحركة:
When the flux is maximum the emf is:
تتغير إشارة القوة المحركة في المولد مرة كل:
The sign of the emf in the generator changes once every:
وظيفة الحلقتين المنزلقتين:
The function of the two slip rings is:
📚 ملخص
📚 Summary
| الكميةQuantity | القانونLaw |
|---|---|
| التدفقFlux | \(\Phi=BA\cos\theta\)\(\Phi=BA\cos\theta\) |
| القوة المحركةemf | \(e=NBA\omega\sin\theta\)\(e=NBA\omega\sin\theta\) |
| القيمة الفعالةrms value | \(e_{rms}=e_{max}/\sqrt2\)\(e_{rms}=e_{max}/\sqrt2\) |
⚠️ أخطاء شائعة
⚠️ Common mistakes
- نسيان تحويل المساحة من \(\mathrm{cm^2}\) إلى \(\mathrm{m^2}\).Forgetting to convert the area from \(\mathrm{cm^2}\) to \(\mathrm{m^2}\).
- الخلط بين التردد \(f\) والسرعة الزاوية \(\omega=2\pi f\).Confusing the frequency \(f\) with the angular velocity \(\omega=2\pi f\).
- اعتبار القيمة الفعالة تساوي العظمى.Taking the rms value equal to the maximum.
🔗 محاكيات GeoGebra للاستعانة بها عند اللزوم
🔗 GeoGebra Simulations to Use When Needed
اضغط «تشغيل» لتعمل المحاكاة هنا داخل الدرس؛ ويمكن للطالب الرجوع إليها لتجربة الفكرة بطريقة أخرى.
Press “Run” to run the simulation right here inside the lesson; the student can use it to try the idea in another way.
