تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: تحديد اتجاهات التيار من محصلة المجال المغناطيسي الفيزياء

تتراص عدة أزواج أفقية من أسلاك موصلة متوازية رأسيًّا. شدة التيار متساوية في الأسلاك كلها. يوضح الشكل مقطعًا عرضيًّا لمحصلة المجال المغناطيسي الناتج عن التيارات. أي من توزيعات اتجاهات التيار الموضحة تولد المجال المغناطيسي الناتج؟

١٢:٢٢

‏نسخة الفيديو النصية

تتراص عدة أزواج أفقية من أسلاك موصلة متوازية رأسيًّا. شدة التيار متساوية في الأسلاك كلها. يوضح الشكل مقطعًا عرضيًّا لمحصلة المجال المغناطيسي الناتج عن التيارات. أي من توزيعات اتجاهات التيار الموضحة تولد المجال المغناطيسي الناتج؟ (أ) الأول، (ب) الثالث، (ج) الأول والثالث، (د) الأول والرابع، (هـ) الثالث والرابع.

في الشكل الذي لدينا، نلاحظ هذا الترتيب لأزواج أسلاك موصلة متراصة رأسيًّا. هذا زوج هنا، وهذا الزوج متراص فوق هذا الزوج، المتراص فوق هذا الزوج، وهكذا. كل سلك في أزواج الأسلاك هذه يمر به تيار إما إلى داخل الشاشة أو إلى خارجها. هذه الاتجاهات غير موضحة في الشكل. لكننا نرى مقطعًا عرضيًّا للمجال المغناطيسي الكلي الناتج عن الأسلاك كلها التي يمر بها تيار. على وجه التحديد، نحن نرى خطوط المجال المغناطيسي لهذا المجال.

بناء على شكل خطوط المجال المغناطيسي هذه، نريد أن نعرف أي من الخيارات الخمسة يوضح لنا اتجاه التيار الذي يولد مجالًا مغناطيسيًّا كهذا. للبدء في ذلك، دعونا نفرغ بعض المساحة في الجزء العلوي من الشاشة، ونذكر أنفسنا بالمجالات المغناطيسية التي تنتج عن أسلاك يمر بها تيار.

هنا، نتخيل سلكًا يمر به تيار إلى داخل الشاشة. هذا هو أحد الاحتمالين للأسلاك في الشكل. وهنا، لدينا سلك يمر به تيار إلى خارج الشاشة. بوجه عام، إذا كان لدينا سلك مستقيم يمر به تيار شدته ‪𝐼‬‏، وإذا أشرنا بإبهام اليد اليمنى في اتجاه هذا التيار، فإن أصابع هذه اليد ستلتف في اتجاه المجال المغناطيسي حول السلك. بالنسبة إلى هذا السلك، سيشير المجال المغناطيسي في هذا الاتجاه.

بتطبيق قاعدة اليد اليمنى نفسها على هذا السلك الذي يمر به تيار إلى داخل الشاشة، إذا أشرنا بإبهام اليد اليمنى في الاتجاه نفسه، نجد أن أصابع اليد اليمنى تلتف في هذا الاتجاه؛ أي في اتجاه عقارب الساعة حول السلك. إذن، هذا هو اتجاه المجال المغناطيسي حول تيار يشير في هذا الاتجاه. إذا تناولنا بعد ذلك المجال المغناطيسي الناتج عن سلك يمر به تيار إلى خارج الشاشة في اتجاهنا، بالإشارة بإبهامنا الأيمن في هذا الاتجاه، نجد أن أصابعنا تلتف بهذه الطريقة، في عكس اتجاه عقارب الساعة.

على الرغم من أننا لم نرسم سوى خط مجال واحد مغلق لكل تيار من هذين التيارين، جدير بالذكر أن المجال المغناطيسي الناتج عن أي من هذين التيارين يمتد إلى ما لا نهاية بعيدًا عن محور السلك. نعلم من هذا أن المجال المغناطيسي، على سبيل المثال، هنا بين السلكين مباشرة هو مزيج من المجال المغناطيسي المتولد عن هذا السلك والمجال المغناطيسي المتولد عن هذا السلك.

نظرًا لأن السلك الذي على اليسار يولد مجالًا مغناطيسيًّا يشير في اتجاه عقارب الساعة، فإن هذا المجال سيشير لأسفل عند الموضع الذي اخترناه. بالنسبة إلى التيار الآخر الذي يشير مجاله المغناطيسي في عكس اتجاه عقارب الساعة حول السلك، فإن هذا المجال سيشير أيضًا في الاتجاه نفسه رأسيًّا لأسفل عند هذا الموضع الذي اخترناه.

المجال المغناطيسي كمية متجهة؛ أي إن له مقدارًا واتجاهًا. إذا جمعنا متجهي المجال المغناطيسي هذين، فسنحصل على متجه كهذا. هذا المتجه يمثل المجال المغناطيسي الكلي في المنتصف بين هذين السلكين.

إذن، نلاحظ أنه إذا كان لدينا زوج أسلاك يمر بها تيار، فإن المجال المغناطيسي بينهما لن يساوي صفرًا، بل سيكون قويًّا جدًّا. في الشكل الذي لدينا، يشار إلى المناطق التي بها شدة مجال مغناطيسي أكبر نسبيًّا بخطوط مجال مغناطيسي أعلى كثافة. حيثما يوجد الكثير من خطوط المجال المتراصة معًا بعضها بالقرب من بعض، يكن المجال قويًّا نسبيًّا.

في الخطوة التالية، دعونا نرص زوج أسلاك متطابقًا يمر بها تيار أسفل هذا الزوج مباشرة. إذا كان لدينا زوج أسلاك آخر كهذا، فإن خطوط المجال المغناطيسي حول كل زوج منهما ستشير في الاتجاه السابق نفسه. ومن ثم، إذا تناولنا المجال المغناطيسي المتولد بين هذا الزوج من الأسلاك التي يمر بها تيار، فإن المجال المغناطيسي الكلي سيشير لأسفل بشدة كما هو الحال بالنسبة إلى زوج الأسلاك بالأعلى.

إذن، نلاحظ أنه عندما نرص أزواج أسلاك يمر بها تيار كهذا الزوج أحدها فوق الآخر، نحصل بينها على مجال مغناطيسي مضاعف الشدة. بعبارة أخرى، المجالان المغناطيسيان الناتجان عن كل زوج من الأسلاك يضافان إلى المجالات المغناطيسية الناتجة عن الأزواج الأخرى. إذا كان الشكل الذي لدينا يتكون من أسلاك يمر بها تيار كهذه الأزواج المتراصة بعضها فوق بعض، فإننا نتوقع عددًا كبيرًا من خطوط المجال المغناطيسي الطويلة والمستقيمة التي تمر عبر مراكز أزواج الأسلاك. لكننا، بدلًا من هذا، نلاحظ أن خطوط المجال المغناطيسي كأنها تشكل حلقات حول كل سلك يمر به تيار.

إذن، يمكننا القول إن اتجاهات التيار في التوزيع الذي لدينا لا تبدو كهذا النمط المتكرر. لاحظ أن هذا هو توزيع اتجاهات التيار الموضح في الخيار الثالث. نظرًا لأن خطوط المجال التي نراها في الشكل الذي لدينا لا تطابق خطوط المجال بين أزواج الأسلاك التي يمر بها تيار، التي نراها في التوزيع الموضح في الخيار الثالث، فبإمكاننا استبعاد هذا الخيار.

لتجربة توزيع مختلف للأسلاك التي يمر بها تيار، لنفترض أننا سنعكس اتجاه التيار في كل سلك من السلكين في زوج الأسلاك هذا. بعبارة أخرى، سنجعل التيار المار بالسلك الذي على اليسار يشير إلى خارج الشاشة. توضح لنا قاعدة اليد اليمنى أن هذا التيار سيولد مجالًا مغناطيسيًّا كهذا. وسنجعل التيار المار بالسلك الآخر يشير إلى داخل الشاشة. ينتج عن هذا مجال مغناطيسي يشير في اتجاه عقارب الساعة.

بتناول المجالين المغناطيسيين الناتجين عن زوج الأسلاك هذا فقط، دعونا نلاحظ المجال المغناطيسي الكلي عند نقطة المنتصف بين السلكين. السلك الذي على اليسار، ومجاله المغناطيسي في عكس اتجاه عقارب الساعة، سيولد مجالًا مغناطيسيًّا يشير لأعلى عند هذه النقطة. وبالمثل، يشير المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المار بالسلك الذي على اليمين في الاتجاه نفسه عند هذا الموضع. إذا جمعنا هذين المجالين المغناطيسيين معًا، نلاحظ أننا نحصل على مجال مغناطيسي أقوى نسبيًّا يشير لأعلى. نلاحظ أن المجال المغناطيسي المتولد عن زوج الأسلاك هذا والمجال المغناطيسي المتولد عن هذا الزوج بالأعلى متضادان، والتأثير الكلي هو أن المجالين المغناطيسيين الناتجين عن زوجي الأسلاك المتراصين هذين سينفصلان بشكل أو بآخر على طول الخط المتقطع هذا.

إذا نظرنا مرة أخرى إلى الشكل، نلاحظ حدوث هذا هناك. المجالات المغناطيسية الناتجة عن زوجي الأسلاك المتراصين هذين مقسمة فعليًّا بين كل زوج. نعلم من هذا أنه إذا حافظنا على هذا النمط المتناوب لأزواج الأسلاك التي يمر بها تيار؛ أي إذا كان الزوج التالي في التيارات المارة المتراصة هكذا، ثم الزوج التالي هكذا، فإن التأثير الكلي سيكون توليد مجال مغناطيسي موضح في الشكل الذي لدينا؛ أي مجال مقسم وفقًا لكل زوج.

إذا بحثنا عن هذا النمط للأسلاك التي يمر بها تيار بين الخيارات التي لدينا، نلاحظ أن هناك تطابقًا مع الخيار الأول. من ثم، أيًّا كان الحرف الذي ينتهي بنا الأمر إلى اختياره ليمثل إجابتنا النهائية، فإنه يجب أن يشتمل على هذا الخيار. هذا يعني أن بإمكاننا استبعاد الخيار (ب)، الذي لا يشمل الخيار الأول، وكذلك الخيار (هـ)، الذي لا يشمل هذا التوزيع أيضًا. بالإضافة إلى هذا، يمكننا استبعاد الخيار (ج). كان بإمكاننا أن نفعل هذا سابقًا؛ لأن هذا الخيار يشمل الخيار الثالث.

تثير الإجابتان المتبقيتان التساؤل عما إذا كان بإمكان التوزيع الرابع هنا أن يولد المجال المغناطيسي الذي نراه في الشكل. فيما يتعلق بهذا المجال، من المهم أن نلاحظ أننا لا نعرف اتجاهه عند أي نقطة. في رسومنا، رسمنا رءوس أسهم للإشارة إلى الاتجاه، لكن في الشكل الذي لدينا، لا نرى أي إشارة إلى الاتجاه. بالنظر إلى حلقة مغلقة لخط مجال مغناطيسي، على سبيل المثال، هذه الحلقة هنا، نحن لا نعرف إذا ما كانت هذه الحلقة تشير في اتجاه عقارب الساعة أو في عكس اتجاه عقارب الساعة. هذا يعني أنه بالنسبة إلى جميع أزواج الأسلاك التي يمر بها تيار، إذا بدلنا اتجاه التيار الأيسر مع اتجاه التيار الأيمن؛ أي إذا كانت اتجاهات التيار هكذا، فإننا سنحصل مرة أخرى على مجال مغناطيسي كلي مجزأ أو مقسم فعليًّا بواسطة كل زوج من الأزواج.

ستنعكس اتجاهات خطوط المجال في كل حالة، لكن تذكر أن هذه الاتجاهات غير مشار إليها هنا. وسيظل النمط الكلي لخطوط المجال كما هو. كل هذا لنقول إن الخيار الرابع توزيع صحيح لاتجاهات التيار. سواء كانت اتجاهات التيار في الأسلاك التي لدينا على هذا الشكل أو ذاك، فإننا لا نزال نحصل على مجال مغناطيسي كالمجال الذي نراه في الشكل الذي لدينا. إذن، إجابتنا النهائية هي الخيار (د).

قبل أن ننتهي، دعونا نتناول السبب في أن التوزيع الثاني ليس خيارًا صحيحًا. إذا كانت الأسلاك كلها في التوزيع الذي لدينا يمر بها تيار يشير إلى خارج الشاشة، فإن المجال المغناطيسي حول كل منها سيشير في عكس اتجاه عقارب الساعة. إذا تناولنا المجال المغناطيسي الناتج في المنتصف بين زوج من هذه الأزواج، نلاحظ أنه نتيجة للتيار المار بالسلك الذي على اليسار، يتولد مجال مغناطيسي يشير لأعلى، ويتولد مجال مغناطيسي مساو في المقدار ومعاكس في الاتجاه نتيجة للتيار المار بالسلك الذي على اليمين. سيندمج هذان المجالان لينتجا مجالًا مغناطيسيًّا كليًّا يساوي صفرًا. وسيحدث الشيء نفسه بالنسبة إلى كل زوج آخر في أزواج الأسلاك المتراصة لدينا.

إذا كان الشكل يطابق هذا التوزيع، فإننا نتوقع ألا نرى تقريبًا أيًّا من خطوط المجال المغناطيسي بين أزواج الأسلاك. ولأننا نراها، فإننا نعرف أن التوزيع الثاني لا يعد تمثيلًا للتيارات في هذه الأسلاك. إذن، التوزيعان الأول والرابع فقط هما اللذان يوضحان اتجاهات التيار التي ستولد المجال المغناطيسي الموضح.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.