نسخة الفيديو النصية
يتحرك قضيب موصل للكهرباء خلال مجال مغناطيسي منتظم، كما هو موضح في الشكل. أي طرف من القضيب جهده أكبر؟
في البداية، علينا تذكر أن الجهد الكهربي عند نقطة ما يساعدنا في معرفة مقدار الشغل المطلوب بذله لتحريك شحنة اختبار نقطية؛ أي جسيم واحد موجب الشحنة، إلى هذه النقطة. بوجه عام، يكون الجهد الكهربي أكبر بالقرب من شحنة موجبة عن قيمته بالقرب من شحنة سالبة؛ إذ يتطلب دفع شحنة اختبار موجبة لتصير أقرب إلى شحنة موجبة أخرى، بذل شغل أكبر من الذي يتطلبه دفع شحنة اختبار موجبة لتصير أقرب إلى شحنة سالبة.
إذن ما علاقة ذلك بقضيب يتحرك خلال مجال مغناطيسي؟ حسنًا، يجب أن نتذكر أيضًا أنه عندما يتحرك موصل مستقيم خلال مجال مغناطيسي منتظم، تكون هناك قوة دافعة كهربية، أو emf، مستحثة عبره مقدارها 𝑙𝑣𝐵 sin 𝜃؛ حيث 𝑙 طول الموصل، و𝑣 السرعة، و𝐵 شدة المجال المغناطيسي، و𝜃 الزاوية المحصورة بين سرعة الموصل والمجال المغناطيسي.
في هذا السؤال، لدينا قضيب يتحرك يمينًا خلال مجال مغناطيسي يشير إلى داخل الشاشة. إذن اتجاه حركة القضيب عمودي على المجال المغناطيسي، و𝜃 تساوي 90 درجة. نعلم أن sin 90 درجة يساوي واحدًا. إذن يمكن هنا تبسيط صيغة القوة الدافعة الكهربية المستحثة إلى 𝑙𝑣𝐵. نعلم أن طول القضيب وسرعته وشدة المجال المغناطيسي جميعها قيم غير صفرية. لذا نعلم أنه سيكون هناك بالفعل قوة دافعة كهربية مستحثة عبر هذا القضيب.
ومن ثم، عندما يتحرك القضيب خلال المجال، ستتسارع الشحنات الحرة في القضيب إلى أعلاه أو أسفله. هذا التراكم للشحنة السالبة عند أحد الطرفين والشحنة الموجبة عند الطرف الآخر، يشكل فرق جهد عبر القضيب. لذا، إذا كان بإمكاننا تحديد إشارة الشحنة عند أي من الطرفين، فسيمكننا مقارنة الجهد الكهربي عند أي منهما، والإجابة عن هذا السؤال. لفعل ذلك، دعونا أولًا نحدد القوة المغناطيسية المؤثرة على الإلكترونات الحرة في القضيب باستخدام قاعدة اليد اليمنى.
لتحديد القوة المؤثرة على جسيم في القضيب، علينا أولًا تحديد اتجاه 𝑞𝑣؛ حيث 𝑞 شحنة الجسيم و𝑣 سرعته. نعلم أن 𝑣 وحدها تشير إلى اليمين. لكن بما أننا نفكر الآن في القوة المؤثرة على إلكترون، فحد 𝑞 هذا يعطي 𝑞𝑣 إشارة سالبة. وبذلك، يشير 𝑞𝑣 يسارًا. والآن باستخدام يدنا اليمنى، نشير بأصابعنا في اتجاه 𝑞𝑣، ثم نلفها في اتجاه المجال المغناطيسي. يشير المجال المغناطيسي هنا إلى داخل الشاشة. لذا علينا أن نقلب يدنا لكي نلف أصابعنا بهذه الطريقة. ومن ثم، يشير الإبهام في اتجاه القوة المؤثرة على الجسيم.
وبما أن يدنا اليمنى تتخذ شكل الإبهام المشير إلى أسفل هنا، فإننا نعلم أن الإلكترونات الحرة في السلك تتعرض لقوة مغناطيسية تسرعها لأسفل. هذا يعني أنه مع تحرك القضيب، تتراكم شحنة سالبة عند الطرف السفلي للقضيب B. وبالمثل، تتراكم شحنة موجبة عند الطرف العلوي للقضيب A.
وأخيرًا: علينا فقط المقارنة بين قيمتي الجهد الكهربي عند طرفي القضيب. بما أن الجهد الكهربي يكون، بوجه عام، أكبر بالقرب من شحنة موجبة مقارنة به بالقرب من شحنة سالبة، فإننا نعلم أن الطرف A جهده أكبر. إذن للإجابة عما إذا كان الطرف A أو الطرف B لهذا القضيب جهده أكبر، نختار A.
