المغناطيسية والشحنات المتحركة
مُقدَّميمكن للمغناطيس ثني حزمة من الشحنات المتحركة
- في شاشات التلفاز القديمة، توجه المغناطيس حزمة من الإلكترونات لرسم الصورة.
- يسحب المجال المغناطيسي شحنة متحركة ويدفعها جانبياً.
- القوة غريبة: تعمل عمودياً على كل من الحركة والمجال.
- هذه القوة الجانبية المغناطيسية تشغيل المحركات، وأجهزة تحليل الطيف الكتلي، وكواشف الجسيمات.
القوة المغناطيسية على شحنة
- شحنة $q$ تتحرك بسرعة $v$ عبر مجال $B$ تشعر بقوة $F = qvB$.
- القوة تكون عمودية على كل من السرعة والمجال.
- شحنة تتحرك على طول خطوط المجال لا تشعر بأي قوة على الإطلاق.
- تكون القوة أكبر عندما تتحرك الشحنة بزاوية قائمة على المجال.
مجال في الفضاء
شاهد المجال المغناطيسي الذي يخلقه مغناطيس — المجال الذي يقطع شحنة متحركة.
شحنة $2\ \text{C}$ تتحرك بسرعة $3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ عبر مجال $4\ \text{T}$ (بزاوية قائمة). ما القوة التي تشعر بها، بـ $\text{N}$؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$F = qvB = 2 \times 3 \times 4 = 24\ \text{N}$.
القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة متحركة تكون موجهة:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
القوة عمودية على كل من السرعة والمجال.
شحنة تتحرك تماماً على طول خطوط المجال تشعر بقوة قدرها:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الحركة على طول المجال لا تولد قوة جانبية؛ القوة تتطلب حركة عبر المجال.
قاعدة اليد اليمنى
- وجه أصابع يدك اليمنى على طول $v$، وثنيها نحو $B$؛ سيبين إصبع الإبهام اتجاه القوة (لشحنة موجبة).
- بالنسبة لشحنة سالبة، تكون القوة في الاتجاه المعاكس.
- وبما أن القوة دائماً جانبية، فإنها تغير اتجاه الشحنة دون تغيير سرعتها.
- لذلك تسير شحنة تتحرك عبر مجال منتظم في مسار دائري.
لأنها تعمل عمودياً على الحركة، فإن القوة المغناطيسية لا تقوم بـ ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
القوة العمودية لا تقوم بعمل، لذا يبقى السرعة دون تغيير.
الحركة الدائرية في مجال مغناطيسي
- تعمل القوة الجانبية كقوة مركزية، مما ينحني المسار إلى دائرة.
- الشحنات الأسرع أو المجالات الأضعف تنتج دوائر أكبر.
- هذه هي آلية عمل جهاز مطياف الكتلة في فرز الجسيمات حسب كتلتها وشحنتها.
- لا تقوم القوة المغناطيسية بـ أداء أي شغل (لأنها عمودية على الحركة)، لذا تظل السرعة ثابتة.
الشحنة الساكنة في مجال مغناطيسي لا تشعر بأي قوة مغناطيسية.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
القوة المغناطيسية تتطلب حركة: $F = qvB$ تساوي صفراً عندما $v = 0$.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
القوة تتطلب حركة، وهي عمودية، وتثني المسار إلى دائرة — لكنها لا تقوم بعمل، لذا لا تغير السرعة أبداً.
تحتاج القوة المغناطيسية إلى أن تكون الشحنة متحركة — فالشحنة الساكنة لا تشعر بأي قوة مغناطيسية. والقوة عمودية على السرعة، لذا لا تُنجز أي شغل ولا تغير سرعة الشحنة أبداً، بل توجه مساره فقط.
شحنة مقدارها $q = 2\ \text{C}$ تتحرك بسرعة $v = 3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ عبر مجال مقداره $B = 4\ \text{T}$ (بزاوية قائمة).
- $F = qvB = 2 \times 3 \times 4 = 24\ \text{N}$، عمودية على الحركة.
إذا قمت بمحاذاة السرعة على طول المجال بدلاً من ذلك، تنخفض القوة إلى الصفر.
شحنة متحركة في مجال مغناطيسي تشعر بقوة $F = qvB$، عمودية على كل من سرعتها والمجال (استخدم قاعدة اليد اليمنى). أما الشحنة المتحركة على طول المجال فلا تشعر بأي قوة. القوة لا تُنجز أي شغل — فهي تنحني المسار إلى دائرة دون تغيير السرعة.