المغناطيسية والشحنات المتحركة
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| right-hand rule/raɪt hænd ruːl/ | قاعدة اليد اليمنى |
المغناطيس يتجاهل شحنة ساكنة لكن يدفع شحنة متحركة جانبياً
- ضع شحنة في حالة سكون بالقرب من مغناطيس — لن يحدث شيء.
- أطلق عليها لتعبر الحقل — ستتنحى عن مسارها جانبًا.
- تعمل القوة المغناطيسية فقط على شحنة متحركة.
- وتدفعها بزاوية قائمة على اتجاه الحركة، وليس في اتجاهها.
يمارس المجال المغناطيسي قوة على شحنة فقط عندما تكون الشحنة:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
القوة المغناطيسية $F = qvB$ تحتاج إلى سرعة غير صفرية.
قانون القوة: F = qvB
- القوة المغناطيسية هي $F = qvB\sin\theta$، حيث $\theta$ هي الزاوية بين $\vec v$ و$\vec B$.
- تكون عظمى عندما تتحرك الشحنة عبر الحقل ($\theta = 90^\circ$).
- تكون صفرًا عندما تتحرك الشحنة موازيةً للحقل ($\theta = 0$).
- تعطي الشحنة الأسرع أو الحقل الأقوى دفعًا أكبر.
القوة المؤثرة على تيار
ضبط اتجاهات المجال والتيار واستخدام قاعدة اليد اليمنى للتنبؤ بالقوة.
شحنة $3\ \text{C}$ تتحرك بسرعة $4\ \text{m/s}$ عبر مجال $2\ \text{T}$ ($\theta = 90^\circ$). أوجد $F$ (بوحدة N).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$F = qvB = 3 \times 4 \times 2 = 24\ \text{N}$.
شحنة تتحرك بالضبط على طول المجال ($\theta = 0$) لا تشعر بقوة مغناطيسية.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\sin 0 = 0$، إذن $F = qvB\sin\theta = 0$.
قاعدة اليد اليمنى تحدد الاتجاه
- القوة عمودية على كلا السرعة والحقل.
- وجه أصابعك في اتجاه $\vec v$، وثنيها نحو $\vec B$: سيُشير الإبهام إلى اتجاه القوة (قاعدة اليد اليمنى).
- بالنسبة للشحنة السالبة، تكون القوة في الاتجاه العكسي.
- ولهذا السبب يكون هذان المتجهان دائمًا بزاوية قائمة على الحركة.
يتم إيجاد اتجاه القوة المغناطيسية باستخدام قاعدة يد ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
تعطي قاعدة اليد اليمنى القوة على شحنة موجبة.
قوة جانبية تُنتج مسارًا دائريًا
- القوة العمودية دائمًا على $\vec v$ لا تستطيع إلا تغيير اتجاه الشحنة دون زيادة سرعتها.
- لذلك تتحرك الشحنة داخل حقل منتظم في مسار دائري.
- نصف القطر هو $r = \dfrac{mv}{qB}$ — فكلما زادت السرعة أو الكتلة، زاد قطر الدائرة.
- هكذا تنحني أشعة مطياف الكتلة ومسرعات الجسيمات.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
تحتاج إلى حركة، عمودية، لا شغل. لا تسرع الشحنة أبدًا.
القوة المغناطيسية لا تبذل شغلاً
- نظرًا لأن $\vec F \perp \vec v$، فإن القوة لا تضيف شيئًا إلى السرعة.
- تغير فقط اتجاه الحركة، ولا الطاقة الحركية.
- لذا يمكن للمجال المغناطيسي توجيه الشحنة ولكن لا تسريعها أبدًا.
- التسريع يتطلب مجالًا كهربائيًا، وليس مغناطيسيًا.
القوة المغناطيسية على شحنة متحركة:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
بما أن $F \perp v$، فإنها لا تقوم شغلًا — يتغير الاتجاه فقط.
شحنة مقدارها $2\ \text{C}$ تتحرك بسرعة $3\ \text{m/s}$ عبر حقل $0.5\ \text{T}$ ($\theta = 90^\circ$).
- $F = qvB = 2 \times 3 \times 0.5 = 3\ \text{N}$.
- القوة عمودية على السرعة، لذا تنحني الشحنة.
القوة المغناطيسية لا تبذل أيّ شغل — بل تنحني المسار فقط دون تغيير السرعة. لذا فإن عبارة "المجال المغناطيسي يُسرّع الشحنة" خاطئة دائمًا. وأما الشحنة المتحركة موازيةً للحقل ($\theta = 0$) فلا تشعر بأيّ قوة على الإطلاق.
يقوم المجال المغناطيسي بدفع شحنة متحركة فقط: $F = qvB\sin\theta$، عمودية على كلاً من $\vec v$ و$\vec B$ (قاعدة اليد اليمنى). وبما أن القوة لا تبذل شغلًا، فإنها تنحني المسار إلى دائرة نصف قطرها $r = mv/qB$ دون تغيير السرعة.