القوة المؤثرة على موصل يمر به تيار
| English | العربية |
|---|---|
| magnetic flux density/mæɡˈnetɪk flʌks ˈdensɪti/ | كثافة التدفق المغناطيسي |
| Fleming's left-hand rule/ˈflemɪŋz left hænd ruːl/ | قاعدة اليد اليسرى لفلمنج |
| tesla/ˈteslə/ | تيسلا |
التعريف المخفي inside المحرك
- سلك يحمل تياراً across حقل مغناطيسي يقفز جانبياً. كل محرك كهربائي بُني ever هو ذلك القفز، مُرتباً ليستمر في التكرار.
- انظر للقوة closely وشيء آخر يظهر منها. لا أحد يمكنه قياس الحقل المغناطيسي مباشرة، لكن هذه القوة يمكن قياسها، وهي متناسبة طردياً مع $B$.
- لذا تأثير المحرك ليس فقط تطبيقاً؛ بل هو كيفية تعريف شدة الحقل المغناطيسي.
- هذه الدرس $F = BIL\sin\theta$، تعريف كثافة التدفق المغناطيسي، وقاعدة اليد اليسرى لفلمنج.
القوة على سلك يحمل تياراً
- سلك طوله $L$ يحمل تياراً $I$ بزاوية $\theta$ مع حقل كثافته $B$ يشعر بقوة:
- القوة تكون أكبر عند الزاوية القائمة، حيث $\sin\theta = 1$ و$F = BIL$، وتكون صفراً عندما يكون السلك موازياً للحقل، حيث $\sin\theta = 0$.
- القوة تكون عمودية على كلا من التيار والحقل، ولهذا السبب يدور المحرك بدلاً من تمزقه.
القوة المؤثرة على سلك يمر به تيار في مجال مغناطيسي هي:
العظمى عندما يكون السلك عمودياً على المجال ($\sin 90^{\circ} = 1$، لذا $F = BIL$).
تكون القوة المؤثرة على السلك صفرية عندما يوازي اتجاهه اتجاه المجال.
مع توازي السلك مع المجال، $\theta = 0$ و$\sin\theta = 0$، لذا لا توجد قوة.
سلك $0.10\ \text{m}$ يحمل تياراً $2.0\ \text{A}$ عمودياً على مجال $0.50\ \text{T}$. ما هي القوة؟
$F = BIL = 0.50 \times 2.0 \times 0.10 = 0.10\ \text{N}$.
كثافة التدفق المغناطيسي
- بإعادة الترتيب لسلك في زاوية قائمة، نفس المعادلة يُعرّف $B$:
- كثافة التدفق المغناطيسي هي القوة لكل وحدة تيار لكل وحدة طول على سلك في زاوية قائمة مع الحقل.
- وحدتها هي تسلا: $1\ \text{T} = 1\ \text{N/(A m)}$. تسلا واحدة مجال قوي؛ مجال الأرض حوالي 50 ميكروتسلا.
تُقاس الكثافة الفيضية المغناطيسية بوحدة ____.
$1\ \text{T} = 1\ \dfrac{\text{N}}{\text{A}\cdot\text{m}}$ — القوة لكل وحدة تيار لكل وحدة طول.
ما هي الكثافة الفيضية المغناطيسية؟
B = F/(IL) لسلك عمودي، بوحدة التيسلا. التعريف يأتي مباشرة من قوة تأثير المحرك، وهو كيفية قياس B.
قاعدة اليد اليسرى لفلمنج
- امسك الإبهام وأصبعيك الأولين من يدك اليسرى بشكل متعامد مع بعضهما.
- الأ指 First (الأول) هو الحقل Field، الأ指 Cond (الثاني) هو التيار Current، الإبهام thuMb هو القوة أو الحركة Motion.
- اليد اليسرى لتأثير المحرك، حيث ينتج التيار حركة. اليد اليمنى لتأثير المولد، حيث تنتج الحركة تياراً، وخلطهما يعكس كل إجابة.
كميات ثلاثة، اتجاهات ثلاثة، جميعها متعامدة مع بعضها
اشعر بالقوة المؤثرة على السلك
يتعرض تيار في مجال مغناطيسي لقوة F = BIL عمودياً على كلاهما — عكس التيار أو قلب المغناطيس وستعكس القوة اتجاهها.
في قاعدة اليد اليسرى لفلمنج، يشير الإبهام إلى:
الإصبع الأول = المجال، الإصبع الثاني = التيار، الإبهام = القوة/الحركة.
صل كل إصبع من قاعدة اليد اليسرى لفلمنج بما يمثله.
الأول-المجال، الثاني-التيار، الإبهام-الحركة. اليد اليسرى لتأثير المحرك؛ واليد اليمنى لتأثير المولد.
مثال محلول: قوة على سلك
- سلك طوله $0.10\ \text{m}$ يمر به تيار $2.0\ \text{A}$ في زاوية قائمة مع حقل كثافته $0.25\ \text{T}$. أوجد القوة، ثم القوة إذا تم تدوير السلك إلى زاوية $30°$ مع الحقل.
- في الزاوية القائمة: $F = BIL = (0.25)(2.0)(0.10) = 0.050\ \text{N}$.
- عند $30°$: $F = BIL\sin 30° = 0.050 \times 0.5 = 0.025\ \text{N}$، أي النصف.
- لو تم تدوير السلك ليكون موازياً للحقل ستكون القوة صفراً. تقاس الزاوية بين السلك والحقل، لا بين السلك وأي شيء آخر.
سلك طوله 0.10 م يمر به تيار 2.0 A بزاوية 30 درجة مع مجال 0.25 T. ما هي القوة المؤثرة عليه بالنيوتن؟
F = BIL sin30 = 0.25 × 2.0 × 0.10 × 0.5 = 0.025 N، نصف القيمة العمودية. لو كان موازياً للمجال لكانت القوة صفرية.
تياران متوازيان
- يقع كل سلك في حقل الآخر، لذا يشعر كل منهما بقوة. طبق قاعدة اليد اليسرى مرتين والناتج متماثل.
- التيارات في نفس الاتجاه تنجذب. التيارات في عكس الاتجاه تنافر.
- هذا يستحق التذكر لأنه عكس ما تفعله الشحنات: الشحنات المتشابهة تتنافر، لكن التيارات المتشابهة تنجذب.
سلكان متوازيان يمر بهما تياران في نفس الاتجاه يتجاذبان.
يقع كل سلك في مجال الآخر؛ بتطبيق قاعدة اليد اليسرى على كل منهما نحصل على التجاذب. هذا عكس الشحنات المتشابهة التي تتنافر.
مثال محلول: قياس حقل
- سلك صلب على ميزان كفتين يمر به تيار عبر حقل مغناطيسي. اشرح كيف يقيس هذا $B$.
- يتم وضع السلك في زاوية قائمة مع الحقل، لذا تكون القوة $F = BIL$.
- الموضع موجود على الميزان، وبحسب قانون نيوتن الثالث، القوة على الموضع مساوية ومعاكسة للقوة على السلك، لذا يتغير قراءة الميزان بمقدار $F/g$ كيلوجرام.
- بعد ذلك $B = F/(IL)$، باستخدام القوة المقاسة، والتيار من الأميتر وطول السلك الفعلي داخل الحقل.
- التفاصيل الأخيرة هي التي تقع فيها الناس: $L$ هو الطول داخل الحقل، وليس السلك بالكامل.
رتب خطوات قياس الكثافة الفيضية المغناطيسية باستخدام ميزان تيار.
قانون نيوتن الثالث هو ما يسمح للميزان بإحساس رد الفعل على القوة المؤثرة على السلك. L هو الطول الموجود داخل المجال وليس طول السلك كله.
علامات ضائعة
- $\theta$ هي الزاوية بين السلك والحقل. القوة تكون صفراً عندما يكونا متوازيين، وليست القصوى.
- $L$ هو طول السلك داخل الحقل.
- يد يسرى لتأثير المحرك، يد يمنى لتأثير المولد. قل أيهما تستخدم.
- التيارات المتوازية في نفس الاتجاه تنجذب، وهو عكس الشحنات المتشابهة.
لقد فهمت الأمر
- $F = BIL\sin\theta$: القصوى عند الزاوية القائمة، صفر موازياً للحقل، والقوة عمودية على كل من التيار والحقل
- بإعادة الترتيب، يُعرّف كثافة التدفق المغناطيسي: القوة لكل وحدة تيار لكل وحدة طول على سلك في زاوية قائمة، بوحدة تسلا
- قاعدة اليد اليسرى لفلمنج: الأ指 الأول Field، الأ指 الثاني Current، الإبهام Motion، لتأثير المحرك
- التيارات المتوازية تنجذب في نفس الاتجاه وتنافر في العكس