القوة المؤثرة على تيار يمر في مجال مغناطيسي خارجي

ان الملامح الوصفية للمجال المغناطيسي وكيفية تحديد اتجاهه ولكي يكتمل الوصف لابد ان نبحث عن وسيلة لتحديد وقياس مقدار هذا المجال ويكمن الحل في ما لوحظ من ان السلك الحامل للتيار إذا وجد في منطقة بها مجال* مغناطيسي فإن السلك يتعرض لقوة ما.

يتعرض السلك الحامل لتيار منطقة بها مجال مغناطيسي خارجي لقوة بسبب ذلك المجال.

وكمثال على هذه الظاهرة دعنا نتدبر الموقف الموضح في الشكل (1 أ).

 الشكل ((1

وضع السلك الحامل للتيار I الذي يمر رأسياً إلى أعلى في مجال مغناطيسي خارجي موجود بين قطبي مغناطيس. وتدل التجارب على ان السلك يتعرض لقوة متعامدة مع كل من المجال المغناطيسي واتجاه التيار. وإذا عكس اتجاه التيار فإن اتجاه القوة ينعكس هو الآخر بحيث يكون خارجاً من الصفحة ويمكننا ملاحظة ذلك بوضوح أكبر إذا رسمنا الموقف في بعدين ، كما في الشكل (1 ب). ويلاحظ أن خط السلك وخط المجال المغناطيسي الذي يتقاطع معه يحددان مستوى ، وهو مستوى الصفحة. والقوة التي يتعرض لها السلك تكون متعامدة دائماً على هذا المستوى ؛ وفي هذه الحالة بالذات تتجه القوة إلى داخل الصفحة. وسنتناول اتجاه هذه القوة بمزيد من التفصيل في القسم التالي. أما الآن فسنركز على مقدار هذه القوة وتعريف مقدار المجال المغناطيسي.

وسنعتبر ــ من اجل البساطة ــ أن شدة المجال المغناطيسي الخارجي منتظمة على امتداد طول السلك L. فإذا كان التيار والمجال المغناطيسي متعامدين كم في الشكل (1) ، فقد وجد ان القوة المؤثرة على السلك تتناسب مع كل من التيار وطول السلك الموجود داخل المجال المغناطيسي. وسوف نستخدم الرمز B في الدلالة على المجال المغناطيسي ، ونعرف مقدار ( او شدة ) المجال كما يلي :

وتدل هذه المعادلة على أن وحدات B هي قوة لكل متر أمبير وتسمى تسلا (T) في النظام الدولي للوحدات (SI):

1 T = 1N/m . A  

وقد نقابل أحياناً وحدات غير وحدات SI للمجال المغناطيسي ، وتسمى هذه الوحدات جاوس (G) حيث تكون1G = 10^-4 T .ومن قبيل المقارنة فإن المجال المغناطيسي للأرض من الرتبة5×10^-5 T  ، في حين أن B بالقرب من قضيب مغناطيسي قوي قد يصل إلى  0.1 T.

أما اتجاه B فقد حددناه بالفعل على أنه الاتجاه الذي تشير إليه إبرة البوصلة. وهكذا يكتمل لدينا وصف متجه المجال المغناطيسي B.

وخطوط المجال ( ومن ثم B) في الشكل ( (1متعامدة مع اتجاه التيار (أي مع السلك). وسنحاول أن نعرف ما يحدث عندما لا يكون الاثنان متعامدين. سنفترض أن خطوط المجال تتوازى مع السلك. في هذه الحالة لا يتعرض السلك لأية قوة. أي أن التيار الموازي  (أو الموازي ومتضاد) لخط مجال مغناطيسي خارجي لا يتعرض لأية قوة ناتجة عن هذا المجال. ومن الواضح أن الاتجاه النسبي لخطوط المجال واتجاه التيار ذات تأثير بالغ.

إذا كانت الزاوية المحصورة بين I و B هي  θ ، فإن القانون العام للقوة التي يؤثر بها المجال على السلك هي

 F = BIL sin θ

فإن هذه العلاقة مكافئة للعلاقة:

(1)      F = B_┴ IL     

يلاحظ أن هذه العلاقة متفقة مع الحالتين الحديتين ؛ أي عندماF = 0) 0 = 0   )، ( وF = B/L) θ = 90^o).

__________________________________