مجالات التيار المار في الأسلاك وقانون بيو-سابار
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| permeability/ˌpɜːməˈbɪlɪti/ | النفاذية المغناطيسية |
| Biot–Savart law/ˈbɪɒt ˈsævɑːt lɔː/ | قانون بيو-ساڤار |
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | الملف الحلزوني |
السلك المار به تيار يصبح مغناطيسًا
- في عام 1820، رصد أورستد اهتزازًا في بوصلة بجانب سلك موصل بكهرباء.
- الشحنة المتحركة — أي التيار — تولد مجالها المغناطيسي الخاص بها.
- لذا فإن الكهرباء والمغناطيسية وجهان لشيء واحد.
- تكتشف هذه الدرس الحقل الذي يولده التيار.
السلك الحامل للتيار ينتج مجاله المغناطيسي الخاص.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
أظهر أورستيد أن التيار يحرف بوصلة — إنه يُنشئ مجالًا.
يحيط بالحقل المستقيم الدوائر
- حول سلك مستقيم طويل، يُشكّل الحقل دوائر: $B = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}$.
- $\mu_0$ هي النفاذية الفراغية.
- المجال أقوى قرب السلك ويضعف مع $1/r$.
- وجه إبهام يدك اليمنى في اتجاه التيار؛ وستلتف أصابعك في اتجاه سير $\vec B$.
يشكل المجال المغناطيسي حول سلك مستقيم طويل:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
خطوط المجال تحيط بالسلك؛ $B = \mu_0 I/2\pi r$.
يتناقص شدة مجال السلك المستقيم مع المسافة كـ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$B = \mu_0 I/2\pi r$ — تناقص $1/r$.
سلك يحمل $10\ \text{A}$. عند $r = 0.2\ \text{m}$، $B = \mu_0 I/2\pi r$ مع $\mu_0 = 4\pi\times10^{-7}$. أوجد $B$ (بوحدة ميكرو تسلا).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$B = \dfrac{(4\pi\times10^{-7})(10)}{2\pi(0.2)} = 1\times10^{-5}\ \text{T} = 10\ \mu\text{T}$.
قانون بيو-سابير
- لإيجاد الحقل الناتج عن أي شكل، اجمع مساهمات أجزاء صغيرة من التيار.
- يُنتج كل عنصر ⟨$I\,d\vec\ell$⟩ حقلًا صغيرًا ⟨$d\vec B$⟩ — وهذا هو قانون بيو-سابير.
- ينخفض الحقل بمقدار $1/r^2$ من كل عنصر، تمامًا مثل قانون كولوم.
- قم بالتكامل على طول السلك الكامل للحصول على الحقل الكلي.
الحلقات والملفات المكثفة تُركز الحقل
- ثنِّ السلك إلى حلقة وتتجمع خطوط الحقل عبر مركزها.
- رتب عددًا كبيرًا من الحلقات في شكل ملف (سولينويد)، ليصبح الحقل الداخلي قويًا ومتجانسًا.
- يتصرف الملف تمامًا كمغناطيس قضيب، بأطراف N وS.
- زيادة عدد اللفات أو شدة التيار يُنتج مغناطيسًا كهربائيًا أقوى.
المجال المغناطيسي للسلك
يضعف المجال المغناطيسي حول سلك مستقيم طويل كمقلوب المسافة منه.
تتشكل عدد كبير من حلقات التيار معًا形成 ____، الذي يعمل كمغناطيس قضيبي.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
يركز الملف اللولبي المجال داخل قوي وموحد.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول المجال المغناطيسي للتيار.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
خطوط دائرية، تكامل بيو-سافار، الملف الحلزوني = مغناطيس قضيبي. المجال يلتف حول السلك، لا يتجه للخارج.
الحقول تُجمَع كمتجهات
- عندما تكون عدة تيارات قريبة، فإن حقولها تتراكب.
- اجمع المتجهات $\vec B$ من كل مصدر عند النقطة المعنية.
- يمكن لسلكين متوازيين أن يعززا أو يلغي حقلهما فيما بينهما.
- هذا التراكب هو الطريقة التي نستخدمها لبناء أي حقل فعلي.
أوجد $0.1\ \text{m}$ الناتج عن سلك يحمل تيارا $5\ \text{A}$. ($\mu_0 = 4\pi\times10^{-7}$.)
- $B = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r} = \dfrac{(4\pi\times10^{-7})(5)}{2\pi(0.1)}$.
- $B = 1\times10^{-5}\ \text{T}$، يدور حول السلك.
يقلل مجال السلك المستقيم مع $1/r$ (وليس $1/r^2$)، وينحني حول السلك بدلاً من أن يتجه بعيداً عنه. لا تتخيل خطوط المجال المغناطيسي تنطلق للخارج كخطوط المجال الكهربائي لشحنة — بل تكون دوائر مغلقة.
التيار يولد مجالا مغناطيسيا: يعطي السلك المستقيم خطوطا دائرية مع $B = \mu_0 I / 2\pi r$ (قاعدة قبضة اليد اليمنى، النفاذية $\mu_0$). يجمع قانون بيو-سافار كل عنصر تيار؛ الملفات الحلقية تركّز المجال في شكل قضيب مغناطيسي. المجالات تتراكب.