القوة المغناطيسية على سلك وملف: السلكان المتوازيان وعزم الازدواج
التيار يصنع مجالًا (الدرسان السابقان) والمجال يؤثر بقوة على أي تيار، فالقوة هنا هي الوجه الآخر لنفس الظاهرة. ثلاث حالات تغطي الدرس: سلك في مجال، سلكان متجاوران، وملف يدور في مجال. وباقي الأسئلة في صفحة الأسئلة.
القوة على سلك
F=BIℓsinθ
حيث θ الزاوية بين السلك (اتجاه التيار) والمجال.
عمودي على المجال: F=BIℓ أكبر ما يمكن. موازٍ للمجال: F=0.
السلك المنحني أو المائل: المهم هو المركبة العمودية على المجال من الطول، فجزء السلك الموازي للمجال لا تؤثر عليه قوة.
اتجاه القوة: عمودية على كل من التيار والمجال، وتُحدد بقاعدة اليد اليمنى للقوة (الأصابع مع المجال والإبهام مع التيار والقوة عمودية على راحة اليد). فتيار لأعلى ومجال إلى اليسار يعطي قوة إلى الخارج.
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
السلك عمودي على المجال:
ℓF=BIsin90∘=0.1×10=1N/m
الإجابة (أ).
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
السلك عمودي على المجال:
F=BIℓ=0.4×5×2=4N
التيار لأعلى والمجال إلى اليسار: بقاعدة اليد اليمنى تكون القوة إلى خارج الصفحة
الإجابة (ج).
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
السلك cd يميل 30∘ على اتجاه المجال (لأن 60∘ مع الرأسي):
F=BIℓsin30∘=0.15×5×0.32×0.5=0.12N
الإجابة (د).
الدائرة والقوة معًا
كثيرًا ما يُعطى فرق جهد بدل التيار، فنحسب I=RV أولًا. وإذا كان السلك من مادة معينة فـ R=Aρℓ:
F=BIℓ=BρℓVAℓ=ρBVA
فالقوة لا تعتمد على طول السلك عند ثبات الجهد، وتتناسب مع مساحة مقطعه. ومن القوة نحسب العجلة بقانون نيوتن a=mF.
وإذا كان السلك معلقًا أو مربوطًا بخيوط أو ميزان، فنكتب اتزان القوى: القوة المغناطيسية مع الوزن والشد، وعكس التيار يعكس القوة.
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
I=RV=26=3A
F=BIℓ=0.1×3×0.2=0.06N
a=mF=0.40.06=0.15m/s2
الإجابة (ج).
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
F=BIℓ=BρℓVAℓ=ρBVA
F=2.8×10−810−3×3×10×10−6=1.07N
الإجابة (ج).
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
لتنعدم قوة الشد يجب أن تكون القوة المغناطيسية لأعلى مساوية للوزن:
BIℓ=mg⇒I=Bℓmg=0.2×0.40.05×10=6.25A
المجال إلى داخل الصفحة والقوة لأعلى: التيار من b إلى a
الإجابة (أ).
سلكان متوازيان
كل سلك يصنع مجالًا 2πdμ0I عند السلك الآخر، فيؤثر عليه بقوة لكل وحدة طول:
ℓF=2πdμ0I1I2=d2×10−7I1I2
نفس اتجاه التيار: تجاذب. اتجاهان متضادان: تنافر.
القوتان المتبادلتان متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه مهما اختلف التياران (القانون الثالث لنيوتن).
القوة تتناسب مع حاصل ضرب التيارين، وعكسيًا مع المسافة.
مع ثلاثة أسلاك أو أكثر نحسب القوة على كل سلك من كل جار وحده (بالاتجاه) ثم نجمع كمتجهات.
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل
القوتان المتبادلتان بين السلكين فعل ورد فعل وفق القانون الثالث لنيوتن: متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه
FyFx=11
الإجابة (أ).
سؤال من درس «القوة المغناطيسية و عزم الازدواج»اعرض الحل