فيديو السؤال: تحديد القطب الشمالي لمجال مغناطيسي مستحث الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل قضيبًا مغناطيسيًّا يتحرك مبتعدًا عن ملف لولبي. يؤدي ذلك لحث تيار كهربي في الملف، ينشئ بدوره مجاله المغناطيسي. أي من طرفي الملف يمثل القطب الشمالي للمجال المغناطيسي المستحث؟

يتناول هذا السؤال المجال المغناطيسي الناتج عن الملف اللولبي بسبب القضيب المغناطيسي المتحرك. ويسألنا تحديدًا إذا ما كان المجال المغناطيسي الناتج عن الملف اللولبي موجهًا بحيث يكون قطبه الشمالي عند الطرف الأيسر للملف اللولبي؛ أي عند النقطة ‪A‬‏، أم عند الطرف الأيمن للملف اللولبي؛ أي عند النقطة ‪B‬‏.

للإجابة عن هذا السؤال، دعونا نتذكر بعض المعلومات عن الحث الكهرومغناطيسي وقانون لنز. أولًا: نعلم أنه عندما يتعرض ملف لولبي لمجال مغناطيسي متغير تسببه حركة هذا القضيب المغناطيسي جهة اليسار، فسيولد ذلك تيارًا مستحثًّا في الملف اللولبي. هذا ما يسمى الحث الكهرومغناطيسي. نعلم أيضًا أنه عند مرور تيار في ملف لولبي، فإنه يولد مجاله المغناطيسي الخاص. هذا يقودنا إلى قانون لنز، الذي ينص على أنه عندما يتولد تيار بسبب الحث الكهرومغناطيسي، فإن اتجاه التيار يكون في الاتجاه الذي ينتج عنه تولد مجال مغناطيسي معاكس للتغير في المجال المغناطيسي الأصلي. هذا يعني أن المجال المغناطيسي الذي يولده الملف اللولبي لا بد أن يعاكس التغير في المجال المغناطيسي الأصلي. وفي هذه الحالة، نتذكر أن المجال المغناطيسي الأصلي ناتج عن هذا القضيب المغناطيسي.

للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد الاتجاه الذي يجب أن يوجه نحوه المجال المغناطيسي للملف اللولبي ليعاكس التغير في المجال المغناطيسي الأصلي للقضيب المغناطيسي. نعلم أن كل مجال مغناطيسي له قطب شمالي وآخر جنوبي، ولا نستثني من ذلك المجال المغناطيسي الناتج عن الملف اللولبي. ولكي يسهل علينا تصور قطبي المجال المغناطيسي للملف اللولبي، يمكننا تمثيل الملف اللولبي في صورة قضيب مغناطيسي له قطب شمالي وآخر جنوبي. وبذلك يصبح السؤال: هل يجب أن يتجه قطبه الشمالي ناحية الطرف الأيسر أم الأيمن؟

دعونا نتخيل كلتا الحالتين. لنفترض أولًا أن القطب الشمالي للملف اللولبي يقع عند الطرف الأيسر. نلاحظ في هذه الحالة أن هناك قطبين مغناطيسيين متشابهين يواجه أحدهما الآخر. ونعلم أن الأقطاب المغناطيسية المتشابهة تتنافر. وعليه، ستدفع قوة التنافر هذه القضيب المغناطيسي الأصلي أكثر جهة اليسار، بعيدًا عن الملف اللولبي، وهو الاتجاه الذي كان يتحرك نحوه من البداية. إذن، في هذه الحالة، بدلًا من معاكسة التغير الأصلي في المجال المغناطيسي، هذا التغير في المجال المغناطيسي الأصلي ستعززه قوة التنافر الناتجة عن القطبين المغناطيسيين المتشابهين. وهذا لا يتوافق مع قانون لنز.

والآن، دعونا نتخيل أن المجال المغناطيسي للملف اللولبي موجه في الاتجاه المعاكس؛ بحيث يكون قطبه الشمالي عند الطرف الأيمن. سنلاحظ في هذه الحالة أن لدينا قطبين مغناطيسيين متعاكسين يواجه أحدهما الآخر. ونعلم أن الأقطاب المغناطيسية المتعاكسة تتجاذب. وعليه، ستؤثر قوة التجاذب هذه على القضيب المغناطيسي بحيث تجذبه جهة اليمين، وهو الاتجاه المعاكس للاتجاه الذي كان يتحرك فيه في البداية. إذن، في هذه الحالة، المجال المغناطيسي للملف اللولبي يعاكس بالفعل التغير في المجال المغناطيسي الأصلي. وهذا يتوافق مع قانون لنز.

إذن، باستخدام ما نعرفه عن الحث الكهرومغناطيسي وقانون لنز، استطعنا استنتاج أن المجال المغناطيسي المستحث للملف اللولبي لا بد أن يوجه بحيث يكون قطبه الشمالي عند الطرف الأيمن للملف اللولبي. وبالرجوع إلى الشكل الأصلي المعطى لنا، نلاحظ أن ‪B‬‏ يمثل الطرف الأيمن للملف اللولبي. إذن، هذه الإجابة النهائية عن هذا السؤال. يقع القطب الشمالي للمجال المغناطيسي المستحث عند النقطة ‪B‬‏.