القوة المغناطيسية عند تحريك الشحنة: 7 حقائق ومشاكل الحل


القوة المغناطيسية على الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي ممكنة فقط بسبب وجود المجال الكهربائي الناتج عن الشحنات التي تنتقل من الطرف الموجب إلى الطرف السالب.الآن دعونا نرى كيف يتم إنشاء المجالات المغناطيسية.

عندما يكون هناك تيار يتدفق بسبب حركة الشحنات الكهربائية ، فإنها تنتج مجالات مغناطيسية. عندما تدور نواة الذرة بشكل مستمر ، يتم تحديد القوة المغناطيسية على الشحنات المتحركة في المجال المغناطيسي.القوة المؤثرة على الشحنة السالبة في بالضبط الاتجاه المعاكس على شحنة موجبة تتحرك.

بشكل أساسي ، عندما يتم تمرير تيار فوق عنصر حقل كهربائي نشاهدهنا هنا نعتبر أن العنصر هو ملف لولبي والذي بدوره يخلق المجال المغنطيسيفي المنطقة وحولها. ستؤثر هذه القوة المغناطيسية التي تمارس على جسيم الشحنة على أي جسيم يدخل المجال.

إنه معروف حقيقة أن مجال كهربائي يتم إنتاجه عن طريق الشحنات الساكنة وعندما يتم تقريب جسيم مشحون آخر ، فإنه إما ينجذب أو يتنافر. بهذه الطريقة ، يكون للمجال الكهربائي قوة ستؤثر على الشحنات الموجودة في المجال الكهربائي.

وبالمثل ، توجد قوة مغناطيسية على شحنة متحركة في المجالات المغناطيسية. هنا سوف نتعامل مع المحاثات لإظهار كيف أن القوة المؤثرة على الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي ممكنة. في المجال الكهربائي ، ستكون المكثفات هي سبب القوة المؤثرة على الشحنة المتحركة.

كيف يتحرك الجسيم المشحون في المجال المغناطيسي

نحن نعتبر خيطًا تيارًا حيث يتدفق التيار الكهربائي في اتجاه معين من المجال المغناطيسي يتم إنتاجه في شكل دائري. يمكن أن يكون هذا الخيط أيضًا ملفًا لولبيًا.

في هذه اللحظة ، تدخل شحنة منطقة المجال المغناطيسي بسرعة معينة. نظرًا لأن خطوط المجال المغناطيسي لا تشبه خط المجال الكهربائي، سوف يشكلون مسارًا دائريًا. ستنتقل الشحنة التي تدخل المجال المغناطيسي في المسار الدائري أيضًا.

القوة المؤثرة على شحنة متحركة على المجال المغناطيسي هي العملية التي تحدث أساسًا عندما تمر الشحنة عبر خطوط التدفق المغناطيسي. تمارس المجالات المغناطيسية قوى بواسطة خط التدفق المغناطيسي على شحنة تتحرك داخلها تصبح صفراً إذا كانت موازية لخطوط المجال المغناطيسي.

القوة على تحريك صيغة الشحنة

نحن ندرك جيدًا كيفية تأثير المجالات المغناطيسية على شحنة متحركة تأتي داخل خطوط التدفق. المجال المغناطيسي في زوايا قائمة على الشحنة التي تمر بالحركة.

يُشار إلى القوة المغناطيسية المؤثرة على الجسيم المتحرك في المجالات المغناطيسية بـ: F = q VB sineθ.

دعونا نحاول فهم الاشتقاق والتنفيذ:

لأن الشحنة لا تتعرض لأي تغيير في طاقتها الحركية ، لأن الجسيم المشحون يتحرك في حركة دائرية. لذلك ، عندما يكون أي شيء يمر بحركة دائرية ، لن يكون له أي إزاحة وستظل الطاقة الحركية كما هي.

بالنظر إلى ذلك ، سنحدد صيغة القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة متحركة في المجال المغناطيسي.

يوفر الفيض المغناطيسي يُشار إلى الخط أو الحقول المغناطيسية بالحرف B ، ويُشار إلى الشحنة التي تدخل وتتحرك داخل المجال المغناطيسي بالحرف q. يُشار إلى السرعة التي تتحرك بها الشحنة داخل المجال المغناطيسي بالحرف V.

عندما تتحرك الشحنة داخل المجال المغناطيسي ، يبذل المجال قوى على الشحنة. ترتبط هذه القوة المغناطيسية بمعلمات معينة. معلمة حجم القوة كما هو موضح ؛ يتناسب مع مقدار الشحنة ، وحجم سرعة الشحنة تحت الحركة ، والمجال المغناطيسي.

القوى المؤثرة بواسطة المجال المغناطيسي تتناسب مع الجيب. المعنى ، θ هي الزاوية التي تصنعها سرعة الشحنة التي تتحرك مع خطوط التدفق المغناطيسي.

صيغة القوة على تحريك الشحنة (التفسيرات):

الآن صيغة القوة المغناطيسية على الشحنة المتحركة is F = q VB sineθ.

كما في حالة القوة ، فهي في الأساس كمية متجهة لها حجم واتجاه. تُستخدم الصيغة المذكورة سابقًا لحساب مقدار القوة. اتجاه القوة المغناطيسية هو اتجاه الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي.

يكون اتجاه الشحنة المغناطيسية التي تنتقل داخل المجال المغناطيسي في زوايا قائمة لكل من السرعة والمجال المغناطيسي. صيغة هذا الشرط هي F = q VB sin θ an.

لذلك عندما تكون حركة الشحنة زوايا قائمة على السرعة والمجال المغناطيسي تتم مراجعة الصيغة وتعطى كـ F = q (VXB). لأن θ تصبح 90⁰ وجيب 90⁰ يساوي واحدًا.

ومن ثم فإن صيغة القوة المغناطيسية على الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي تُعطى بثلاثة شروط مختلفة ويمكن استخدامها وفقًا للمشكلات المقدمة.

الشحنة المتحركة في اشتقاق موحد للمجال المغناطيسي

ينتج مجال مغناطيسي موحد عندما يتم تمرير ملف لولبي يحمل تيارًا بتيار كهربائي. يمكن شرح ذلك بسهولة باستخدام قاعدة إبهام اليد اليمنى أو تسمى أيضًا قوة لورنتز.

تُستخدم الصيغة المذكورة أعلاه لحساب القوة المغناطيسية المستخدمة على الشحنة المتحركة داخل المجال المغناطيسي.

يتم تعريف قاعدة الإبهام الأيمن على النحو التالي ؛ يشير الإبهام إلى اتجاه السرعة ، ويشير السبابة إلى اتجاه المجال المغناطيسي (B) ، ويشير الإصبع الأوسط إلى اتجاه القوة الناتجة.

تُعرف قاعدة الإبهام اليمنى أيضًا باسم قوة لورنتز. صيغة قوة لورنتز هي F = q VB الجيب θ. هنا q هي الشحنة في المجال المغناطيسي ، V هي السرعة ، B هي المجال المغناطيسي و هي الزاوية المصنوعة بين السرعة والمجال المغناطيسي.

القوة الصفرية على الشحنة المتحركة:

من المعروف الآن أن الشحنة التي تتحرك داخل المجال المغناطيسي ستخضع لحركة دائرية. سيكون للقوة المؤثرة على هذا نتيجة مختلفة مقارنة بالنتيجة التقليدية.

عند وجود تيار كهربائي في ملف لولبي ، يتم إنشاء مغناطيسي في النهاية. تكون خطوط التدفق في حركة دائرية يتم إنتاجها حول الملف اللولبي.

ومن ثم عندما تتحرك الشحنة داخل منطقة المجال المغناطيسي فإنها تتبع اتجاه خطوط التدفق المغناطيسي. في النهاية يتم إنشاء حركة دائرية بالداخل. ستتحرك الشحنة في نفس الاتجاه ومن ثم لن يكون لها أي تغيير في الطاقة الحركية.

نظرًا لعدم وجود إزاحة في النظام بأكمله ، يُقال أن القوة تساوي صفرًا. والسبب هو أن الشحنة ستستمر وتتحرك في دوائر في اتجاه خطوط التدفق المغناطيسي.

السرعة التي تتحرك بها الشحنة داخل المجال المغناطيسي موازية للحقل المغناطيسي. لذا فإن القوة المغناطيسية المؤثرة على الشحنة المتحركة ستكون في النهاية صفرًا.

شحنة تتحرك بالتوازي في نفس اتجاه المجال المغناطيسي ، ثم القوة المغناطيسية المؤثرة في هذا المجال المغناطيسي المعين هي صفر.

في جوهر العمل المنجز على الشحنة في مجال مغناطيسي هو صفر أو الحد الأدنى. في المجال المغناطيسي ، إذا قيل أن الطاقة الحركية للشحنة تساوي صفرًا ، فإن النظام يتبع نظرية طاقة الشغل.

هنا في هذه الحالة عندما تصبح القوة المغناطيسية عمودية على السرعة ، قد لا يتغير الاتجاه ولكن سيتغير الحجم. إذن ، فإن الكلمة التي يتم إجراؤها على الشحنة ستكون صفرًا ، مما يجعل القوة المؤثرة على الشحنة صفرًا أيضًا.

اتجاه الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي:

يكون اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن الشحنة المتحركة عموديًا على اتجاه حركة الجسيم المشحون. ومن ثم فإن القوة المغناطيسية الناتجة عن المجال المغناطيسي تكون عمودية على اتجاه حركة الحركة وسرعة الجسيم المشحون.

المشاكل والحلول:

المشكلة 1: ضع في اعتبارك شحنة للتحرك في الاتجاه الشمالي بسرعة 3 × 106 م / ث. حجم 4.0T سوف يعمل في اتجاه الغرب. الآن احسب مقدار القوة المؤثرة على الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي؟ [الشحنة التي تتحرك داخل المجال المغناطيسي هي البروتون].

القوة المغناطيسية على الشحنة المتحركة في المجال المغناطيسي

حل:

دعونا ننظر في قاعدة إبهام اليد اليمنى. القوة الخارجة من اليد هي القوة المغناطيسية المؤثرة على الشحنة المتحركة.

مقدار القوة is F = q VB sineθ

F = (1.6 x 10-19C x 3 x 106 x 4 T x جيب 90 درجة)

القوة = 1.92 × 10-12 نيوتن

المشكلة 2: حساب المجال المغناطيسي للأرض عندما تكون سرعة الشحنة الموجبة في النظام 2 × 105 م / ث تتحرك في اتجاه الشمال وحجم القوة المؤثرة عليها هو 1.2 × 10-13 نيوتن في اتجاه الغرب.

حل:

الصيغة F = q VB الجيب θ

B = F / (qx V x جيب)

ب = (1.2 × 10-13) / (2 × 105 × 1.6 × 10-19 × جيب 90 درجة)

ب = 3.75 طن

لذلك من الواضح الآن أن القوة المغناطيسية المؤثرة على الشحنة المتحركة لها شروط مختلفة عن التفسير والصيغ.

كيرتانا سريكومار

مرحبًا ... أنا Keerthana Srikumar ، أتابع حاليًا درجة الدكتوراه. في الفيزياء ومجال تخصصي هو علم النانو. أكملت البكالوريوس والماجستير من كلية ستيلا ماريس وكلية لويولا على التوالي. لدي اهتمام كبير باستكشاف مهاراتي البحثية ولدي أيضًا القدرة على شرح موضوعات الفيزياء بطريقة أبسط. بصرف النظر عن الأكاديميين ، أحب قضاء وقتي في الموسيقى وقراءة الكتب. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/keerthana-s-91560920a/

آخر المقالات