نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل سلكًا طويلًا مستقيمًا يمر به التيار 𝐼. نتيجة لذلك، يمكن قياس مجال مغناطيسي أقوى بكثير من المجال المغناطيسي للأرض عند النقطة 𝑃، التي تبعد مسافة قصيرة عن السلك. إذا وضعت بوصلة صغيرة عند النقطة 𝑃، ووجهها يشير إلى الاتجاه المعاكس للتيار، فما الاتجاه الذي ستشير إليه الإبرة؟ أ: إلى اليمين، ب: إلى اليسار، ج: إلى داخل الشاشة، د: إلى خارج الشاشة.
توضح خيارات الإجابة هذه أربع طرق مختلفة يمكن أن تشير بها إبرة البوصلة. نلاحظ أنه على الرغم من أن الإبرة لها شكل متماثل، فإن الجانب الأحمر يعتبر الرأس الحقيقي للإبرة. لعلنا نتذكر أن البوصلة ترشدنا عادة باستخدام المجال المغناطيسي للأرض. لكننا نعلم أن المجال المغناطيسي الناتج عن السلك أقوى بكثير من المجال المغناطيسي للأرض. هذا يعني أن علينا تجاهل أي مجال مغناطيسي لا ينتج عن هذا السلك الذي يمر به التيار.
كيف نعرف الاتجاه الذي ستشير إليه الإبرة إذن؟ حسنًا، لنتخيل أن لدينا مجالًا مغناطيسيًّا منتظمًا مثل هذا. ستبدو البوصلة بهذا الشكل إذا وضعناها في منتصف هذا المجال. أما إذا كان المجال يشير إلى الاتجاه المعاكس، فستبدو البوصلة بهذا الشكل. يوضح لنا ذلك أن الإبرة ستشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي، كما هو موضح بخطوط المجال التي رسمناها هنا باللون الوردي.
بالعودة إلى هذا السؤال، لتحديد الاتجاه الذي ستشير إليه الإبرة إذا كانت البوصلة موضوعة عند النقطة 𝑃، علينا تحديد الاتجاه الذي يشير إليه المجال المغناطيسي نفسه. لاحظ أن البوصلة موضوعة عند النقطة 𝑃 مع توجيه وجهها في الاتجاه المعاكس للتيار المار في السلك. إذن، البوصلة موجهة لأعلى. بما أن الإبرة ستشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي، يفترض خيار الإجابة أ أن المجال المغناطيسي عند النقطة 𝑃 يشير إلى اليمين. في حين يفترض خيار الإجابة ب أن المجال يشير إلى اليسار، ويفترض خيار الإجابة ج أن المجال يشير إلى داخل الشاشة، ويفترض خيار الإجابة د أن المجال يشير إلى خارج الشاشة.
الآن، لنفرغ بعض المساحة على الشاشة، لكننا سنكتب ملاحظة لنتذكر أن البوصلة موضوعة ووجهها لأعلى عند النقطة 𝑃. بعد ذلك، لتحديد اتجاه المجال المغناطيسي عند هذه النقطة، دعونا نسترجع قاعدة اليد اليمنى للمجال المغناطيسي الناتج عن تيار يمر في سلك مستقيم، كما هو الحال هنا. تنص القاعدة على أنه باستخدام اليد اليمنى، إذا وجهنا الإبهام إلى اتجاه التيار، ولففنا أصابعنا حول محور السلك كما لو كنا نمسكه، يكون الاتجاه الذي تلتف فيه الأصابع مناظرًا لاتجاه المجال المغناطيسي.
لنجرب ذلك الآن. إذا أمسكنا بالسلك مع توجيه الإبهام الأيمن لأسفل، فسيبدو هكذا. لاحظ أنه نظرًا لأن الأصابع تلتف حول السلك، فعلى الجانب الأيسر من السلك، تشير الأصابع إلى داخل الشاشة. لكن على الجانب الأيمن من السلك، حيث تقع النقطة 𝑃، تشير الأصابع إلى خارج الشاشة. من ثم، عند النقطة 𝑃، يشير المجال المغناطيسي إلى خارج الشاشة. بما أننا حددنا بالفعل أن إبرة البوصلة ستشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي نفسه، فإننا نعلم أن الإبرة ستشير إلى خارج الشاشة أيضًا. إذن، الخيار د هو الصحيح. إذا وضعت بوصلة صغيرة ووجهها لأعلى عند النقطة 𝑃، فستشير الإبرة إلى خارج الشاشة.
