القوة المغناطيسية على التيار وعلى الجسيمات المشحونة – قوة لورنتز

ماذا تعرض

يؤثر المجال المغناطيسي بقوة في الشحنات المتحركة. فعلى سلك مستقيم طوله l يمر فيه تيار I في مجال B تكون القوة F = BIl·sinα: أكبر ما تكون عندما يكون السلك عموديًا على المجال، وتنعدم عندما يكون موازيًا له، ويُحدَّد اتجاهها بقاعدة اليد اليسرى. أما الجسيم المشحون المنفرد فتؤثر فيه قوة لورنتز f = |q|vB·sinθ، وهي عمودية دائمًا على سرعته، فتغيّر اتجاه حركته ولا تغيّر مقدار سرعته أبدًا. لذلك يتحرك جسيم يدخل عموديًا على B في دائرة نصف قطرها r = mv/(|q|B)، بزمن دوري لا يتعلق بسرعته.

طريقة الاستخدام

في وضع السلك، غيّر «شدة التيار I» و«كثافة الفيض المغناطيسي B» و«الزاوية α بين السلك وB» (أو اسحب طرف السلك)، وقارن القوة بالقيمة BIl·sinα متدربًا على قاعدة اليد اليسرى. اضغط «تبديل الوضع»، ثم غيّر «سرعة الجسيم v» وB ولاحظ نصف القطر؛ واستخدم زر الجسيم للتبديل بين البروتون والإلكترون ورؤية انعكاس اتجاه الدوران. ويتيح عرض 3D إمالة v بالنسبة إلى B لتكوين مسار حلزوني.

المعاملات القابلة للتغيير

• الوضع سلك يحمل تيارًا, جسيم مشحون
• كثافة الفيض المغناطيسي B 0.1–2 T
• شدة التيار I 0–10 A
• طول السلك l 0.1–1 m
• الزاوية α بين السلك وB 0–90 °
• سرعة الجسيم v 1–10 ×10⁵ m/s

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا لا تغيّر قوة لورنتز مقدار سرعة الجسيم أبدًا؟
2. إذا تضاعفت B، فكيف يتغير نصف قطر المسار الدائري للبروتون؟
3. كيف يجب وضع السلك في المجال حتى تنعدم القوة المغناطيسية المؤثرة فيه؟