فيديو السؤال: تحديد قياس الزاوية المحصورة بين ملف يمر به تيار ومجال مغناطيسي، التي لا ينتج عندها عزم دوران الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

بالنسبة إلى ملف يحمل تيارًا وموضوع في مجال مغناطيسي منتظم، ما قياس الزاوية بين مستوى الملف واتجاه المجال المغناطيسي، التي لا ينتج عندها عزم دوران مؤثر على الملف؟

للإجابة عن هذا السؤال، من المهم التمييز بين القوة المؤثرة التي يمكن أن ينتج عنها دوران الملف، والقوى التي تؤثر على أسلاك الملف بسبب التيار المار في هذه الأسلاك ووجود المجال المغناطيسي المنتظم، وهذا ما يتناوله هذا السؤال. سيكون من المفيد رسم شكل للمساعدة في توضيح ذلك.

يجب أن نتذكر أنه بالنسبة إلى ملف مستطيل يمر به تيار موضوع في مجال مغناطيسي، عزم الدوران ‪𝜏‬‏ يساوي ‪𝐵𝐼𝐴𝑁 sin 𝜃‬‏، حيث ‪𝐵‬‏ شدة المجال المغناطيسي، و‪𝐼‬‏ شدة التيار المار في الملف، و‪𝐴‬‏ مساحة الملف، و‪𝑁‬‏ عدد اللفات في الملف، و‪𝜃‬‏ الزاوية المحصورة بين العمودي على مساحة الملف واتجاه المجال المغناطيسي.

من المهم جدًّا أن نفهم أن اتجاه مستوى الملف ليس اتجاه العمودي على مساحة سطح الملف. مستوى الملف متعامد على العمودي على مساحة سطح الملف. وعليه، نلاحظ أن الزاوية ‪𝜃‬‏ ليست الزاوية التي يشير إليها السؤال. وإنما يشير السؤال إلى الزاوية المحصورة بين مستوى الملف والمجال المغناطيسي، وهي الزاوية ‪𝜑‬‏.

يذكر السؤال حالة لا يؤثر فيها أي عزم على الملف، ومن ثم فإن عزم الدوران ‪𝜏‬‏ يجب أن يساوي صفرًا. هذا يعني أن ‪𝐵𝐼𝐴𝑁 sin 𝜃‬‏ يساوي صفرًا. علاقة التساوي هذه لا تساوي صفرًا إلا إذا كانت ‪sin 𝜃‬‏ تساوي صفرًا؛ لأن جميع الكميات الأخرى في المعادلة لا تساوي صفرًا. وعليه، يمكننا استنتاج أن ‪𝜃‬‏ تساوي صفر درجة أو 180 درجة.

لهذا السبب، نعلم أن العمودي على المساحة ‪𝐴‬‏ يجب أن يكون موازيًا لاتجاه المجال المغناطيسي ‪𝐵‬‏. وكما ذكرنا سابقًا، يكون العمودي على المساحة ‪𝐴‬‏ — وفقًا لتعريفه — متعامدًا على المستوى الذي يحتوي على المساحة ‪𝐴‬‏. وعليه، نعلم أن قياس الزاوية المحصورة بين المستوى الذي يحتوي على ‪𝐴‬‏ والعمودي على سطح الملف يساوي 90 درجة. ومن ثم، فإن الزاوية ‪𝜑‬‏ المحصورة بين المستوى الذي يحتوي على المساحة ‪𝐴‬‏ وبين المجال المغناطيسي تكون عمودية عندما يساوي عزم الدوران صفرًا، أي عندما تكون ‪𝜑‬‏ قياسها 90 درجة. إذن، فالإجابة الصحيحة هي 90 درجة.