فيديو السؤال: إيجاد شدة التيار المار في سلك موضوع في مجال مغناطيسي منتظم الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

وضع سلك طوله 50 سنتيمترًا بحيث يصنع زاوية قياسها 90 درجة مع اتجاه مجال مغناطيسي كثافة فيضه 0.2 تسلا. يتأثر السلك نتيجة لذلك بقوة مقدارها 0.25 نيوتن. ما شدة التيار المار في السلك؟

لنبدأ برسم شكل. لنفترض أن هذا هو السلك الذي يمر فيه التيار الكهربي. نعرف أن طوله 50 سنتيمترًا. ولنفترض أيضًا أن التيار الذي يمر في السلك يمر لأعلى. نعرف أيضًا أن السلك موضوع في مجال مغناطيسي. لنفترض أن اتجاه المجال المغناطيسي إلى اليسار.

بوجه عام، بإمكاننا اختيار الاتجاهات كما نشاء ما دمنا نراعي معطيات السؤال، وهو ما فعلناه هنا. أخبرنا السؤال أن السلك الذي يمر فيه التيار يصنع زاوية قياسها 90 درجة مع اتجاه المجال المغناطيسي. يشير السهم الأحمر إلى اتجاه السلك. ويشير السهم الأزرق إلى اتجاه المجال المغناطيسي.

وبالطبع. فقد رسمناهما بحيث تكون الزاوية بينهما 90 درجة. وبذلك نكون قد حققنا جميع الظروف المعطاة في السؤال. والآن، يمكننا اختيار اتجاه التيار الكهربي للأعلى أو للأسفل، وكذلك المجال المغناطيسي لليمين أو لليسار. لكن هذا لا يصنع فارقًا. المهم أننا نعرف أن كثافة الفيض المغناطيسي تساوي 0.2 تسلا. ونعرف أيضًا أن السلك الذي يمر فيه التيار يتأثر بقوة.

الآن، نريد معرفة اتجاه هذه القوة. في الواقع، هذا غير مهم للإجابة عن هذا السؤال تحديدًا. لكن من المهم إدراك أن القوة لها اتجاه. يعتمد اتجاه القوة المؤثرة على سلك يمر فيه تيار وموضوع في مجال مغناطيسي على اتجاه التيار واتجاه المجال المغناطيسي. لقد حددنا بالفعل اتجاه التيار واتجاه المجال المغناطيسي.

وهذا يحدد تلقائيًّا اتجاه الكمية الثالثة. وهذه الكمية الثالثة هي القوة. كيف نحدد اتجاه القوة إذن؟ سنستخدم ما يعرف بقاعدة اليد اليسرى لفلمنج. ها هي اليد اليسرى. تخيل أنها كذلك.

ها هي السبابة تشير إلى اليسار، وتشير الوسطى إلى الأعلى، ويشير الإبهام إلى خارج الصفحة. عليك معرفة أن الدائرة التي تحتوي على نقطة بداخلها تعني أن الكمية تشير إلى خارج الشاشة. هكذا نمثلها.

والآن، يمثل كل إصبع من هذه الأصابع الثلاثة واحدة من الكميات الثلاثة الموجودة في الشكل. تمثل السبابة المجال المغناطيسي ‪𝐵‬‏، وتمثل الوسطى التيار ‪𝐼‬‏، ويمثل الإبهام القوة التي تؤثر على السلك ‪𝐹‬‏.

بمعلومية اتجاهي المجال المغناطيسي والتيار، وباستخدام قاعدة اليد اليسرى لفلمنج، نجد أن القوة تشير إلى خارج الشاشة. وبذلك، نكون قد حددنا اتجاه القوة. مرة أخرى، تحديد اتجاه القوة غير مهم لهذا السؤال بعينه. لكن بغض النظر عن ذلك، من الجيد معرفة اتجاهها.

المطلوب منا هو إيجاد شدة التيار الكهربي المار في السلك. لإيجاد شدة التيار الكهربي المار في السلك، علينا أن نسترجع العلاقة بين القوة المؤثرة على السلك، وشدة التيار المار في السلك، وكثافة فيض المجال المغناطيسي الموجود فيه، وطول السلك.

إليك هذه العلاقة. القوة ‪𝐹‬‏ تساوي كثافة فيض المجال المغناطيسي ‪𝐵‬‏ في شدة التيار ‪𝐼‬‏ وطول السلك ‪𝐿‬‏. احرص على أن تتذكر أن هذا لا يكون صحيحًا إلا عندما تكون اتجاهات التيار والمجال المغناطيسي والقوة متعامدة. كما يجب أن تتفق تلك الاتجاهات مع قاعدة اليد اليسرى لفلمنج إذا أردنا تطبيق المعادلة الموضحة باللون الأخضر. وهذه الاتجاهات تحقق ذلك بالفعل؛ لذا يمكننا تطبيق المعادلة.

ما نريد إيجاده هو شدة التيار ‪𝐼‬‏. لذا، علينا إعادة ترتيب المعادلة قليلًا. نقسم طرفي المعادلة على ‪𝐵𝐿‬‏. وهذا يؤدي إلى حذف بعض الكميات من الطرف الأيمن، ليتبقى لنا ‪𝐹‬‏ على ‪𝐵𝐿‬‏ يساوي ‪𝐼‬‏. وبذلك نكون قد جعلنا شدة التيار في الطرف الأيمن بمفردها، كما نريد تمامًا.

وهذا يعني أن بإمكاننا الآن التعويض بالقيم التي لدينا. لكن أولًا، علينا النظر إلى طول السلك. أخبرنا السؤال بأن طوله 50 سنتيمترًا. وهذه مشكلة. فنحن لا نريد الطول بوحدة السنتيمتر. بل نريده بوحدة النظام الدولي للوحدات، وهي المتر. لذا علينا تحويله من السنتيمتر إلى المتر. نفعل ذلك بتذكر أن كلمة «سنتي» ليست سوى بادئة تعني واحدًا من مائة.

بعبارة أخرى، السنتيمتر يساوي واحدًا على مائة من المتر. لدينا 50 سنتيمترًا. أو بعبارة أخرى، لدينا 50 في واحد على مائة من المتر. يبسط ذلك إلى 0.5 متر، أو نصف متر. والآن بعد أن انتهينا من التحويل، نعوض بالقيم التي لدينا.

شدة التيار تساوي القوة التي مقدارها 0.25 نيوتن على كثافة فيض المجال المغناطيسي التي تبلغ 0.2 تسلا في طول السلك الذي يساوي 0.5 متر، ويمكننا حساب ذلك بالآلة الحاسبة. أو يمكننا حتى حسابها دون الآلة الحاسبة. ‏0.5 يعني نصفًا. إذن، نحن نضرب 0.2 في نصف.

بعبارة أخرى، نصف 0.2 يساوي 0.1 في المقام. إذن، نحصل على 0.25 مقسومًا على 0.1. ‏0.1 يساوي واحدًا على 10. إذن، نحصل على 0.25 مقسومًا على واحد على 10، أو بعبارة أخرى، 0.25 في 10. و0.25 في 10 يساوي 2.5. وأخيرًا، علينا التحقق من وحدة القياس. وحدة قياس شدة التيار هي الأمبير. إذن، الإجابة النهائية هي أن شدة التيار الكهربي المار في السلك تساوي 2.5 أمبير.