يكون اتجاه التيار المستحث الناتج عن تغير التدفق المغناطيسي بحيث يولّد مجالًا مغناطيسيًا يعاكس التغير الذي سبّبه.
The direction of the induced current produced by a change in magnetic flux is such that it creates a magnetic field opposing the change that caused it.
وهو تطبيق لقانون حفظ الطاقة: لو ساعد التيار المستحث التغير لازداد التغير وتولد التيار أكثر… وتتضاعف الطاقة دون مصدر!
It is an application of conservation of energy: if the induced current helped the change, the change would grow and produce still more current… and energy would multiply with no source!
قاعدة لنز لا تقول إن المجال المستحث يعاكس المجال الأصلي دائمًا؛ بل يعاكس تغيّر التدفق: إن ازداد التدفق كان المجال المستحث عكس الأصلي، وإن تناقص كان بالاتجاه نفسه ليحاول إبقاء التدفق.
Lenz’s rule does not say the induced field always opposes the original field; it opposes the change of flux: if the flux increases the induced field is opposite to the original, and if it decreases it is in the same direction, trying to keep the flux.
(a) اقتراب القطب الشمالي: \(B_{ind}\) معاكس لـ \(B_{ext}\) والتيار عكس عقارب الساعة. (b) ابتعاده: \(B_{ind}\) بالاتجاه نفسه والتيار مع عقارب الساعة. (من جهة المغناطيس)
(a) The north pole approaches: \(B_{ind}\) opposes \(B_{ext}\) and the current is counter-clockwise. (b) It leaves: \(B_{ind}\) is in the same direction and the current is clockwise. (Seen from the magnet’s side.)
| الحالةCase | التدفقFlux | المجال المستحثInduced field | قطب وجه الملف المقابلPole of the facing coil face | القوةForce |
|---|---|---|---|---|
| يقترب القطب الشماليN pole approaches | يزدادincreases | عكس مجال المغناطيسopposite to the magnet’s | شمالي Nnorth N | تنافرrepulsion |
| يبتعد القطب الشماليN pole leaves | يتناقصdecreases | بالاتجاه نفسهsame direction | جنوبي Ssouth S | تجاذبattraction |
| يقترب القطب الجنوبيS pole approaches | يزدادincreases | عكس مجال المغناطيسopposite to the magnet’s | جنوبي Ssouth S | تنافرrepulsion |
| يبتعد القطب الجنوبيS pole leaves | يتناقصdecreases | بالاتجاه نفسهsame direction | شمالي Nnorth N | تجاذبattraction |
اضغط «اقترب» أو «ابتعد» ليتحرك المغناطيس بسرعة ثابتة (أو اسحبه بالفأرة). يتغير التدفق فتتولد قوة دافعة مستحثة تظهر في المخطط وفي الجلفانومتر، ويرتسم اتجاه التيار والمجال المستحث الذي يعاكس التغير. بدّل القطب لتعكس الاتجاهات.
Press “Approach” or “Leave” to move the magnet at a constant speed (or drag it). The flux changes so an induced EMF appears in the graph and in the galvanometer, and the current direction and the induced field that opposes the change are drawn. Switch the pole to reverse the directions.
يظهر مغناطيس يقترب من ملف أو يبتعد عنه بقطب معيّن. اختر اتجاه التيار (كما يُرى من جهة المغناطيس) وقطب وجه الملف المقابل للمغناطيس، ثم اضغط «تحقق». تذكّر: الاقتراب ⇒ المجال المستحث معاكس (تنافر)، والابتعاد ⇒ بالاتجاه نفسه (تجاذب).
A magnet with a given pole approaches a coil or leaves it. Choose the current direction (seen from the magnet’s side) and the pole of the coil face towards the magnet, then press “Check”. Remember: approaching ⇒ an opposing induced field (repulsion), leaving ⇒ the same direction (attraction).
يبتعد القطب الجنوبي لمغناطيس عن ملف. وجه الملف المقابل للمغناطيس يصير:
The south pole of a magnet moves away from a coil. The facing side of the coil becomes:
\[\varepsilon=-N\,\dfrac{d\Phi_B}{dt},\qquad \Phi_B=B\,A\cos\theta\]
حيث \(\varepsilon\) القوة الدافعة المستحثة (فولت)، و\(\Phi_B\) التدفق المغناطيسي (ويبر). الإشارة السالبة هي قاعدة لنز: القوة الدافعة تعاكس تغير التدفق. ويُحسب التيار \(I=\dfrac{\varepsilon}{R}\).
where \(\varepsilon\) is the induced EMF (volts) and \(\Phi_B\) the magnetic flux (webers). The minus sign is Lenz’s rule: the EMF opposes the change of flux. The current is \(I=\dfrac{\varepsilon}{R}\).
ملف عدد لفاته \(N=100\) ومقاومته \(R=5\ \Omega\) تغيّر التدفق خلاله من \(0.02\ \mathrm{Wb}\) إلى \(0.06\ \mathrm{Wb}\) خلال \(0.2\ \mathrm{s}\). احسب القوة الدافعة والتيار، وصف اتجاه المجال المستحث.
A coil of \(N=100\) turns and resistance \(R=5\ \Omega\) has the flux through it change from \(0.02\ \mathrm{Wb}\) to \(0.06\ \mathrm{Wb}\) in \(0.2\ \mathrm{s}\). Find the EMF and the current, and describe the direction of the induced field.
عند سحب سلك على سكتين في مجال \(B\) بقوة خارجية ثابتة \(F\) تتولد \(\varepsilon=BLv\) وتيار \(I=\dfrac{BLv}{R}\)، فيتأثر السلك بقوة \(F_m=BIL=\dfrac{B^2L^2v}{R}\) تعاكس حركته (قاعدة لنز). تزداد \(F_m\) مع \(v\) حتى تتساوى مع \(F\) فتثبت السرعة عند \(v_T=\dfrac{FR}{B^2L^2}\). وإذا زالت \(F\) بقيت \(F_m\) وأوقفت السلك.
When a rod on rails is pulled in a field \(B\) by a constant external force \(F\), an EMF \(\varepsilon=BLv\) and a current \(I=\dfrac{BLv}{R}\) appear, and the rod feels a force \(F_m=BIL=\dfrac{B^2L^2v}{R}\) that opposes its motion (Lenz’s law). \(F_m\) grows with \(v\) until it equals \(F\), so the speed becomes constant at \(v_T=\dfrac{FR}{B^2L^2}\). If \(F\) vanishes, \(F_m\) remains and stops the rod.
يُسحب السلك المعدني على سكتين بقوة ثابتة \(F\) داخل مجال \(B\) (إلى داخل الصفحة). حرّك شريط الزمن لترى كيف تتولد \(\varepsilon=BLv\) والتيار \(I\) وقوة مغناطيسية \(F_m=BIL\) تعاكس الحركة فتزداد حتى تساوي \(F\) فتثبت السرعة. فعّل «أزل القوة الخارجية» لترى توقف السلك.
A metal rod is pulled along rails by a constant force \(F\) in a field \(B\) (into the page). Move the time slider to see \(\varepsilon=BLv\), the current \(I\) and a magnetic force \(F_m=BIL\) that opposes the motion and grows until it equals \(F\), so the speed becomes constant. Tick “Remove the external force” to see the rod stop.
سلك طوله \(0.5\ \mathrm{m}\) يُسحب بقوة \(0.25\ \mathrm{N}\) في مجال \(1\ \mathrm{T}\) ومقاومة الدائرة \(2\ \Omega\). احسب السرعة الحدية.
A rod of length \(0.5\ \mathrm{m}\) is pulled by \(0.25\ \mathrm{N}\) in a \(1\ \mathrm{T}\) field with a circuit resistance of \(2\ \Omega\). Find the terminal speed.
سلك يتحرك في مجال ويمر فيه تيار مستحث؛ القوة المغناطيسية عليه:
A rod moving in a field carries an induced current; the magnetic force on it:
عند إسقاط مغناطيس في أنبوب من النحاس أو الألومنيوم يتغير التدفق عبر جدار الأنبوب، فتتولد فيه تيارات دوامية مغلقة تولّد مجالًا يعاكس الحركة (قاعدة لنز). النتيجة قوة كبح تزداد مع السرعة فيسقط المغناطيس ببطء بسرعة حدية، رغم أنه لا يلمس الجدران! أما أنبوب البلاستيك فلا توصل فلا تيارات فيه ويسقط المغناطيس سقوطًا حرًّا.
When a magnet is dropped in a copper or aluminium tube the flux through the tube’s wall changes, so closed eddy currents form in it and create a field that opposes the motion (Lenz’s law). The result is a braking force that grows with speed so the magnet falls slowly at a terminal speed, even though it touches nothing! A plastic tube does not conduct so no currents flow and the magnet falls freely.
اضغط «أسقط المغناطيسات» فيسقط مغناطيس في كل أنبوب. في الأنبوب المعدني يتغير التدفق عبر جداره فتتولد تيارات دوامية تولّد قوة تعاكس السقوط (قاعدة لنز) فتبلغ السرعة حدًّا ثابتًا، والنحاس أقوى توصيلًا فأبطأ. أما البلاستيك فلا تيارات فيه فيسقط سقوطًا حرًّا.
Press “Drop the magnets” and a magnet falls in each tube. In a metal tube the flux through its wall changes so eddy currents form and give a force that opposes the fall (Lenz’s law), so the speed reaches a limit; copper conducts better so it is slower. In plastic there are no currents so it falls freely.
يسقط مغناطيس في أنبوب نحاسي أبطأ منه في أنبوب بلاستيكي لأن:
A magnet falls more slowly in a copper tube than in a plastic tube because:
يعمل المولد بالحث الكهرومغناطيسي: تُحوَّل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية بتدوير ملف في مجال مغناطيسي. يتكون من جزء دوار (ملف) وجزء ثابت (مغانط)، وحلقتين انزلاقيتين وفرشاتين كربونيتين لنقل التيار.
The generator works by electromagnetic induction: mechanical energy is turned into electrical energy by rotating a coil in a magnetic field. It has a rotor (the coil), a stator (magnets), and slip rings with carbon brushes to carry the current.
\[\Phi_B=BA\cos\theta,\quad\theta=\omega t\;\Longrightarrow\;\varepsilon=NBA\omega\sin\omega t\]
أكبر قيمة \(\varepsilon_{max}=NBA\omega\) حين تقطع السلكان الجانبيان الخطوط عموديًا (\(\theta=90^\circ\))، وتنعدم حين تكون سرعتهما موازية للمجال. تنعكس إشارة \(\varepsilon\) كل نصف دورة فالتيار متردد، وقيمته الفعالة \(\varepsilon_{rms}=\dfrac{\varepsilon_{max}}{\sqrt2}\).
The maximum \(\varepsilon_{max}=NBA\omega\) occurs when the two side wires cut the lines perpendicularly (\(\theta=90^\circ\)); it vanishes when their velocity is along the field. The sign of \(\varepsilon\) reverses every half turn so the current is alternating, with rms value \(\varepsilon_{rms}=\dfrac{\varepsilon_{max}}{\sqrt2}\).
اضغط «أدِر الملف» (أو حرّك شريط الزاوية) ليدور ملف مستطيل في مجال مغناطيسي. \(\varepsilon=NBA\omega\sin\theta\): أعظم قيمة حين تقطع الأسلاك الخطوط (90° و270°) وصفر حين تكون موازية لها (0° و180°)، وتتغير الإشارة كل نصف دورة فالتيار متردد. عند وصل حمل يتولد عزم يعاكس الدوران (قاعدة لنز).
Press “Rotate the coil” (or move the angle slider) to turn a rectangular coil in a magnetic field. \(\varepsilon=NBA\omega\sin\theta\): it is maximum when the wires cut the lines (90° and 270°) and zero when they move along them (0° and 180°), and it changes sign every half turn so the current is alternating. With a load connected a torque opposing the rotation appears (Lenz’s law).
عند وصل حمل يمر تيار في الملف الدوار فيتأثر بعزم مغناطيسي يعاكس الدوران \(\tau=NBIA\sin\theta\). لذلك لا يدور المولد المحمَّل «مجانًا»: نبذل قدرة ميكانيكية تساوي القدرة الكهربائية التي يولّدها (مع الفاقد). وكلما زاد التيار المسحوب زاد العزم المقاوم.
When a load is connected a current flows in the rotating coil and it feels a magnetic torque opposing the rotation, \(\tau=NBIA\sin\theta\). So a loaded generator does not turn “for free”: we supply mechanical power equal to the electrical power it produces (plus losses). The more current drawn, the larger the opposing torque.
ملف مولد عدد لفاته \(N=100\) ومساحته \(A=100\ \mathrm{cm}^2\) يدور في مجال \(B=0.5\ \mathrm{T}\) بتردد \(f=50\ \mathrm{Hz}\). احسب \(\varepsilon_{max}\) و\(\varepsilon_{rms}\).
A generator coil has \(N=100\) turns and area \(A=100\ \mathrm{cm}^2\) and rotates in \(B=0.5\ \mathrm{T}\) at \(f=50\ \mathrm{Hz}\). Find \(\varepsilon_{max}\) and \(\varepsilon_{rms}\).
القوة الدافعة المستحثة في مولد تساوي صفرًا عندما يكون مستوى الملف:
The induced EMF in a generator is zero when the coil’s plane is:
| الفكرةIdea | القاعدةRule |
|---|---|
| قانون لنزLenz’s law | المجال المستحث يعاكس تغير التدفقthe induced field opposes the change of flux |
| الاقتراب / الابتعادApproach / departure | تنافر عند الاقتراب، تجاذب عند الابتعادrepulsion on approach, attraction on departure |
| فاراداي–لنزFaraday–Lenz | \(\varepsilon=-N\dfrac{d\Phi}{dt}\)\(\varepsilon=-N\dfrac{d\Phi}{dt}\) |
| سلك على سكتينRod on rails | \(\varepsilon=BLv,\ F_m=\dfrac{B^2L^2v}{R},\ v_T=\dfrac{FR}{B^2L^2}\)\(\varepsilon=BLv,\ F_m=\dfrac{B^2L^2v}{R},\ v_T=\dfrac{FR}{B^2L^2}\) |
| المولدGenerator | \(\varepsilon_{max}=NBA\omega,\ \varepsilon_{rms}=\dfrac{\varepsilon_{max}}{\sqrt2}\)\(\varepsilon_{max}=NBA\omega,\ \varepsilon_{rms}=\dfrac{\varepsilon_{max}}{\sqrt2}\) |
أنهِ الدرس بالاختبار التفاعلي التالي؛ أسئلته تجمع بين الفهم والحساب وتغطي جميع أقسام الدرس.
Finish with the interactive exam below; its questions mix understanding with calculation and cover every section of the lesson.
20 سؤالاً - اتجاه التيار المستحث وقانون لنز وتطبيقاته 20 Questions - direction of the induced current, Lenz’s law and its applications
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.

