القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك يمر به تيار

كيف تتولد القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك يمر به تيار

القوة الكهروطيسية (القوة الكهربائية المغناطيسية) هي القوة التي تولد حقل مغناطيسي عن طريق التيار الكهربائي فتسير كما يسير التيار الكهربائي في السلك ويحدث الحقل المغناطيسي من تبادل القوى المغناطيسية عن طريق المغانط التي تتأثر بمجال مغناطيسي خارجي و

القوى الناتجة عن المجالات المغناطيسية

.

كما أنه حقل فيزيائي ينشأ عن الجسيمات المشحونة بشحنات كهربائية بحيث أي شحنة تخترقه تمر من هذا المجال فتعطي قوة مغناطيسية ذات اتجاه عمودي على اتجاه سرعتها بالإضافة إلى قوته الكهربائية بنفس الاتجاه.

تعريف المجال الكهربائي المنتظم

المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الذي تكون قيمته ثابتة في جميع النقاط وهي حالة خاصة من المجال ويحصل عليه من خلال صفيحتين متوازيتين مساحتهما كبيرة والمسافة التي بينهما صغيرة ويجب أن تكون الصفيحتين مشحونتين بنفس مقدار الشحنة شريطة أن يكون الشحنتين مختلفتين أي الأولى موجبة والثانية سالبة أو بالعكس.

قانون القوة المغناطيسية المؤثرة في سلك

قوانين القوة المغناطيسية:[1]

• 
  حركة جيم مشحون في مجال مغناطيسي منتظم:
  
  عندما يسير جسم مشحون بشحنة كهربائية في مجال مغناطيسي منتظم فالقوة المغناطيسية تصبح ثابتة وذلك بسبب ثبوت كل من الشحنة والسرعة والمجال المغناطيسي كما أن تتجه القوة شمالأ في بداية الحركة ويبقى اتجاه القوة متغيراً كما الجسم يتحرك ويكون الاتجاه عمودياً على السرعة والمجال المغناطيسي فبذلك يكون مسار الجسم دائري وبعكس عقارب الساعة.
• 
  القوة المغناطيسية التي تؤثر بمادة موصلة يسري فيها التيار الكهربائي:
  
  يسير التيار الكهربائي في نهر متتابع من الشحنات الكهربائية وكل شحنة منها تتأثر بقوة عامودية على اتجاه سيرها ومن هذا محصلة القوة هي التي التي يسير فيها التيار الكهربائي.
• 
  القوة المتوازية بين سلكين متوازيين طويلين يحملان التيار الكهربائي:
  
  إذا كان هناك سكتين لمادة موصلة ويحملان هاتين السكتين التيار الكهربائي فإنهما يؤثران على بعضها بقوة مغناطيسية تكون متنافرة في حال كان اتجاه السلكين متوافق وتتجاذب في حال كان اتجاه السلكين مختلف.
• 
  قوة لورنتز وحركة الشحنات في مجال كهربائي ومغناطيسي:
  
  فعند تحريك جسم مشحون في محيط يحوي على قوة مغناطيسية وكهربائية فإنه يتأثر في كلا القوتين وتكون محصلة هذه القوة تساوي مجموع هاتين القوتين المغناطيسية والكهربائية معاً وأطلق عليها اسم لورنتز نسبةً إلى العالم الذي اخترعها.

العوامل التي يتوقف عليها المجال المغناطيسي في سلك

تتوقف القوة المؤثرة عل السلك الذي يمر فيه تياراً كهربائياً في المجال المغناطيسي على عدة عوامل:[2]

• 
  طول السلك
  
  
  L
  
  
  :
  
  بحيث أن هذه القوة تتناسب طرداً مع طول السلك الذي يمر منه التيارالكهربائي.
• 
  شدة التيار الكهربائي
  
  
  I
  
  : تتناسب القوة الكهروطيسية (الكهربائية المغناطيسية) طرداً مع شدة التيار الكهربائي.
• 
  شدة الحقل المغناطيسي
  
  B : تتناسب القوة طرداً مع شدة الحقل المغناطيسي عندما يمر منه التيار الكهربائي.
• 
  اتجاه المجال الكهربائي
  
  
  :
  
  فيكون اتجاه المجال الكهربائي في الشحنة الموجبة في نفس اتجاه القوة واتجاه المجال الكهربائي في الشحنة السالبة معاكس لاتجاه القوة.
• 
  تمثيل المجال الكهربائي:
  
  يمثل المجال الكهربائي بسهم فيكون طول السهم لبيان شدة المجال الكهربائي واتجاه السهم يمثل اتجاه المجال الكهربائي.
• 
  شدة المجال الكهربائي:
  
  فيعطى بقسيم القوة المؤثرة في شحنة الاختبار على مقدار شحنة الاختبار وشدة المجال تحدد المقدار والاتجاه سويتاً.
• 
  مقدار القوة التي تؤثر في شحنة الاختبار وموقع الشحنة وشدة المجال:
  
  كل هذه المقادير لا تعتمد على مقدار الشحنة.
• 
  شحنة الاختبار صغيرة جداً:
  
  حتى لا تؤثر بأي شحنة من القوة الأخرى.

العوامل التي يعتمد عليها شدة المجال الكهربائي في نقطة ما

• 
  مقدار الشحنة المولدة للمجال:
  
  تتناسب طرداً مع شدة المجال الكهربائي في نقطة.
• 
  بعد النقطة عن الشحنة المولدة للمجال:
  
  فتكون العلاقة هنا عكسية فكل نقطة حول الشحنة لها مجال كهربائي حتى لو يكن لديها شحنة اختبار.
• 
  اتجاه شدة المجال:
  
  بعيد عن الشحنة الموجبة للمجال ومتجه نحو الشحنة السالبة المولدة للمجال.
• 
  المجال عند نقطة وناشئ من شحنين:
  
  نجد أولاً المجال الناشئ عند كل نقطة على انفراد بعدها نقوم بجمع هذين المجالين معاً بشرط أن يكون المجالين من نفس الاتجاه وطرهما عندما يكونان من اتجاهين مختلفين.
• 
  القوة الناتجة عن المجال الكهربائي:
  
  وتكون ناتجة عن أي قوة كهربائية تؤثر في المجال الكهربائي ومن أي نقطة داخلة.

العوامل المؤثرة في مقدار القوة الناتجة عن المجال الكهربائي

• شدة المجال الكهربائي الناتج.
• مقدار الشحنة الكهربائية التي تكون موضوعة داخل هذا المجال.
• نوع الشحنة الكهربائية الموضوعة داخل المجال الكهربائي.
• خط المجال الكهربائي وهو عبارة عن خط لتمثيل المجال الكهربائي في الفراغ أو في الوسط المحيط بالشحنة.

العلاقة بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي

عندما يتحرك الشحنة الكهربائية لا تقتصر على المجال الكهربائي فقط إنما يتولد لديها مجالاً مغناطيسياً أيضاً فإن المجالين الكهربائي والمغناطيسي يرتبطان ببعضهما ارتباط وثيق مع أنهما مجالان مختلفان فعندما تتحرك الشحنات في نفس الاتجاه ينتج عنها تياراً كهربائياً وحيثما يوجد تيار كهربائي يوجد حقل مغناطيسي ويعبر عن شدة الحقل المغناطيسي المتولد بواحدة التيسلا .

خصائص خطوط المجال الكهربائي

• تبدأ خطوط المجال الكهربائي بالشحنة الموجبة وتنتهي بالشحنة السالبة.
• تتناسب كثافة خطوط المجال الكهربائي طرداً مع مقدار الشحنة الكهربائية.
• تنتهي خطوط المجال الكهربائي على سطح الشحنة ولا تخترقها.
• يتناسب عدد خطوط المجال الكهربائي التي تقطع عمودية على وحدة المساحة تناسباً طردياً مع شدة المجال.
• خطوط المجال الكهربائي خطوط وهمية.
• في حال كانت الشحنة الكهربائية موجبة فسوف تتأثر بقوة وتتجه حركتها باتجاه المجال الكهربائي نفسه.
• تكون خطوط المجال الكهربائي خارجة من الشحنة الموجبة وداخلة باتجاه الشحنة السالبة.
• خطوط المجال الكهربائي مستمرة أي أنها لا تتقطع أبداً فلو تقاطعت شحنة المجال الكهربائي كان هناك اتجاهين للمجال الكهربائي وكان لهذا المجال قيمتان وهذا غير صحيح.
• يتناسب عدد خطوط المجال الكهربائي مع مقدار هذا المجال حيث تتكاثف خطوط المجال وهذا يدل أن التيار الكهربائي ذات شدة أقوى وتخترق الخطوط السطح وفي حال كانت الخطوط قليلة سوف تكون متباعدة عن بعضها في حال كان المجال الكهربائي ضعيف.
• تزداد شدة المجال الكهربائي كلما اقتربنا من الشحنة وتنقص كلما ابتعدنا عن الشحنة وتقل كثافتها (علاقة عكسية).

وحدة قياس شدة المجال الكهربائي

تقاس شدة المجال الكهربائي بواحدة الجملة الدولية الأمبير وهي من الواحدات الكبيرة نسبياً وهي واحدة من أكثر سبع واحدات الأكثر استعمالاً التي توجد في النظام المتري، ويرمز لهذه الواحدة بالرمز A، وتم تسمية هذه الواحدة بهذا الاسم نسبةً للعالم الفيزيائي الفرنسي آندري ماري أمبير الذي قام بالعديد من التجارب والأبحاث والدراسات الخاصة بالتيار الكهربائي وتستخدم واحدة الأمبير في المنازل على كثير من الأجهزة كالثلاجات والغسالات والتلفاز والمحول الكهربائي وغيرها.

استخدامات قانون شدة المجال الكهربائي

يوجد الكثير من الاستخدامات لقانون المجال الكهربائي، سوف نذكر بعض منها على هذا النحو:

• 
  أيجاد قيمة القوة الكهربائية:
  
  فيتم من خلال ضرب الشحنة الكهربائية في شدة المجال الكهربائي المتولد منها.
• 
  أيجاد قيمة شحنة الاختبار:
  
  ويتم من خلال قسمة كل من القوى الناتجة على شدة المجال الكهربائي المتولد.
• 
  اعتبار شدة المجال الكهربائي:
  
  ويتم ذلك من خلال وضع شحنة هذا الاختبار.
• 
  أيجاد حجم المجال الكهربائي:
  
  ويتم اعتماده من شحنة هذا المصدر.