المجال المغناطيسي لتيار كهربائي ثلاثي الأبعاد – سلك مستقيم وملف دائري وملف لولبي

ماذا تعرض

ينتج التيار الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا يتوقف شكله على شكل الموصل. حول سلك مستقيم طويل تكون خطوط المجال دوائر متحدة المركز، و B = 2·10⁻⁷ I/r، فتقل B إلى النصف عندما تتضاعف المسافة. وفي مركز الملف الدائري B = 2π·10⁻⁷ I/R، أما داخل ملف لولبي طويل فالمجال منتظم، B = 4π·10⁻⁷ nI، وخارجه يشبه مجال مغناطيس مستقيم. تُرسم خطوط مجال الملف الدائري والملف اللولبي باستخدام قانون بيو–سافار، وتحدد قاعدة قبضة اليد اليمنى اتجاهها، وتصطف إبر البوصلة الصغيرة مع B عند كل نقطة.

طريقة الاستخدام

ابدأ بخيار «سلك مستقيم طويل»، واضبط التيار واسحب الكرة الصفراء لتغيير r، وسجّل B عند عدة مسافات لاختبار العلاقة B ∝ 1/r. قبل الضغط على «اعكس التيار»، اطلب من الطلاب أن يتوقعوا بقاعدة قبضة اليد اليمنى كيف ستدور إبر البوصلة. ثم اختر «ملف دائري» و«ملف لولبي» من قائمة المصدر، وغيّر «نصف القطر R» و n و I، وقارن أنماط المجال. اسحب لتدوير المشهد ثلاثي الأبعاد واستخدم «إعادة ضبط العرض» للرجوع.

المعاملات القابلة للتغيير

• مصدر المجال المغناطيسي سلك مستقيم طويل, ملف دائري, ملف لولبي
• شدة التيار I 0.5–20 A
• اتجاه التيار أمامي (السلك المستقيم: إلى الأعلى), عكسي (السلك المستقيم: إلى الأسفل)
• المسافة r عن السلك المستقيم / نصف قطر الملف الدائري R 1–10 cm
• عدد لفات الملف اللولبي في المتر n 100–5000 لفة/m

أسئلة للاستكشاف

1. عندما تتضاعف المسافة r عن السلك المستقيم، ماذا يُظهر المجس عن تغيّر B؟
2. باستخدام قاعدة قبضة اليد اليمنى، أي طرفي الملف اللولبي هو القطب الشمالي، وما الذي يتغير عند عكس التيار؟
3. لماذا تكون إبر البوصلة داخل الملف اللولبي كلها متوازية، بينما تشكّل دوائر حول السلك المستقيم؟