الثانوية العامة 2026الاستعلام عن النتيجةاعرف الكليات المناسبة لمجموعكتنسيق 2026
ذاكر مصر

الفيزياء · الصف الثاني الثانوي · الترم الثاني

القوة المؤثرة على تيار كهربي بواسطة مجال مغناطيسي

حساب القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك يمر به تيار كهربي وموجود داخل مجال مغناطيسي، وتحديد اتجاهها بقاعدة اليد اليمنى، والقوة المتبادلة بين سلكين متوازيين يحملان تيارًا، وعزم الدوران على ملف مستطيل.

آخر تحديث: · كيف نراجع المحتوى

معلومات الدرس

  • الشعبة: مسار الطب وعلوم الحياة (مادة تخصصية اختيارية: يختار الطالب بينها وبين الرياضيات)
  • الترم: الثاني
  • رقم الدرس: 4-2 (الفصل الرابع: المغناطيسية والحث الكهرومغناطيسي)

المحتوى الرئيسي

القوة على سلك مستقيم داخل مجال مغناطيسي

إذا وُضع سلك طوله LL يمر به تيار II داخل مجال مغناطيسي منتظم BB، بحيث يصنع السلك زاوية θ\theta مع اتجاه المجال، فإن المجال يؤثر على السلك بقوة مقدارها:

F=BILsin⁡θF = B I L \sin\theta

تكون القوة عظمى عندما يكون السلك عموديًا على المجال (θ=90°\theta = 90°، فتصبح F=BILF = BIL)، وتنعدم تمامًا عندما يكون السلك موازيًا للمجال (θ=0°\theta = 0°).

اتجاه القوة: قاعدة اليد اليمنى

اتجاه القوة F⃗\vec{F} عمودي دائمًا على كلٍّ من اتجاه التيار واتجاه المجال المغناطيسي معًا، أي أنها تُعطى بحاصل الضرب الاتجاهي:

F⃗=I L⃗×B⃗\vec{F} = I\,\vec{L}\times \vec{B}

حيث L⃗\vec{L} متجه يمثل طول السلك في اتجاه التيار. عمليًا تُحدَّد الاتجاه بقاعدة اليد اليمنى: تُمدّ أصابع اليد في اتجاه التيار، ثم تُلوى نحو اتجاه المجال المغناطيسي، فيشير الإبهام إلى اتجاه القوة. تُستخدَم هذه القاعدة في تفسير عمل المحركات الكهربية.

القوة المتبادلة بين سلكين متوازيين

كل سلك يمر به تيار يُنتج حوله مجالًا مغناطيسيًا (كما في الدرس السابق)، فإذا وُضع سلكان متوازيان يحملان تيارين I1I_1 و I2I_2 ويفصل بينهما مسافة dd، فإن كل سلك يقع داخل المجال المغناطيسي الناتج عن السلك الآخر، وبالتالي تؤثر عليه قوة. القوة لكل وحدة طول من السلك تُعطى بالعلاقة:

FL=μ0I1I22πd\frac{F}{L} = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d}

إذا كان التياران في نفس الاتجاه، يتجاذب السلكان، وإذا كانا في اتجاهين متعاكسين يتنافران. هذا التأثير هو الأساس الذي استُخدم تاريخيًا لتعريف وحدة الأمبير قبل إعادة تعريفها بدلالة الشحنة الأولية.

عزم الدوران على ملف مستطيل (أساس المحرك الكهربي)

إذا وُضع ملف مستطيلي الشكل من NN لفة، مساحة كل لفة AA، يحمل تيارًا II، داخل مجال مغناطيسي منتظم BB، بحيث يصنع العمود المقام على مستوى الملف زاوية θ\theta مع اتجاه المجال، فإن المجال يؤثر بزوج قوتين متساويين ومتضادين على الضلعين المتقابلين من الملف، ينتج عنهما عزم دوران مقداره:

τ=NIABsin⁡θ\tau = N I A B \sin\theta

يكون العزم أعظميًا عندما يكون مستوى الملف موازيًا للمجال (أي العمود المقام عموديًا على المجال، θ=90°\theta = 90°)، وينعدم عندما يكون مستوى الملف عموديًا على المجال. هذا المبدأ هو أساس عمل المحرك الكهربي وجهاز الجلفانومتر ذي الملف المتحرك.

النقاط الرئيسية

  • القوة على سلك يحمل تيارًا داخل مجال مغناطيسي: F=BILsin⁡θF = BIL\sin\theta، وتكون عظمى عند θ=90°\theta = 90°.
  • اتجاه القوة عمودي على مستوى L⃗\vec{L} و B⃗\vec{B} معًا، ويُحدَّد بقاعدة اليد اليمنى.
  • القوة بين سلكين متوازيين لكل وحدة طول: F/L=μ0I1I2/(2πd)F/L = \mu_0 I_1 I_2/(2\pi d) — تجاذب إذا كان التياران في نفس الاتجاه، وتنافر إذا كانا متعاكسين.
  • عزم الدوران على ملف من NN لفة: τ=NIABsin⁡θ\tau = NIAB\sin\theta، وهو أساس عمل المحرك الكهربي.

تطبيقات / أمثلة

مثال 1: سلك طوله 0.5 م يمر به تيار 4 أمبير، موضوع عموديًا على مجال مغناطيسي منتظم مقداره 0.2 تسلا. أوجد مقدار القوة المؤثرة عليه.

الحل: بما أن السلك عمودي على المجال فإن θ=90°\theta = 90° و sin⁡90°=1\sin90° = 1:

F=BILsin⁡θ=0.2×4×0.5×1=0.4 نيوتنF = BIL\sin\theta = 0.2\times4\times0.5\times1 = 0.4 \text{ نيوتن}

مثال 2: سلكان متوازيان طول كل منهما 2 م، يفصل بينهما 5 سم، ويمر بكل منهما تيار مقداره 3 أمبير في نفس الاتجاه. أوجد مقدار القوة بينهما ونوعها.

الحل: بتحويل المسافة إلى المتر: d=0.05d = 0.05 م.

FL=μ0I1I22πd=4π×10−7×3×32π×0.05\frac{F}{L} = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d} = \frac{4\pi\times10^{-7}\times3\times3}{2\pi\times0.05}

بتبسيط π\pi من البسط والمقام يصبح البسط 2×10−7×9=1.8×10−62\times10^{-7}\times9 = 1.8\times10^{-6}، وبقسمة هذه القيمة على 0.050.05 ينتج F/L=3.6×10−5F/L = 3.6\times10^{-5} نيوتن/متر. وبما أن طول كل سلك 2 متر:

F=3.6×10−5×2=7.2×10−5 نيوتنF = 3.6\times10^{-5}\times2 = 7.2\times10^{-5} \text{ نيوتن}

وبما أن التيارين في نفس الاتجاه، فإن القوة تجاذب بين السلكين.

مثال 3 (عزم الدوران): ملف مستطيلي من 50 لفة، مساحة كل لفة 0.02 م²، يحمل تيارًا 2 أمبير، موضوع بحيث يكون مستوى الملف موازيًا لمجال مغناطيسي منتظم مقداره 0.5 تسلا. أوجد عزم الدوران المؤثر عليه.

الحل: بما أن مستوى الملف موازٍ للمجال، فإن العمود المقام على الملف عمودي على المجال، أي θ=90°\theta = 90°:

τ=NIABsin⁡θ=50×2×0.02×0.5×1=1 نيوتن.متر\tau = NIAB\sin\theta = 50\times2\times0.02\times0.5\times1 = 1 \text{ نيوتن.متر}

ملاحظات

  • في المثال الثاني تم حساب البسط والمقام رقميًا بشكل منفصل قبل القسمة، تجنبًا لأي كسر مركّب داخل النص.
  • عزم الدوران τ=NIABsin⁡θ\tau = NIAB\sin\theta يتناقص كلما دار الملف نحو الوضع الذي يوازي فيه مستواه العمودَ على المجال، وهذا سبب استخدام “المبدّل” (commutator) في المحركات العملية للحفاظ على اتجاه الدوران رغم تغيّر العزم.
الأهداف العامة
  • أن يستنتج الطالب أن سلكًا يمر به تيار كهربي ويوجد داخل مجال مغناطيسي تؤثر عليه قوة.
  • أن يحسب الطالب مقدار هذه القوة ويحدد اتجاهها بقاعدة اليد اليمنى.
  • أن يحسب الطالب القوة المتبادلة بين سلكين متوازيين يحملان تيارين كهربيين.
  • أن يستنتج الطالب عزم الدوران المؤثر على ملف مستطيل يحمل تيارًا وموجود داخل مجال مغناطيسي منتظم.
حلّ أسئلة هذا الدرساختبر فهمك بأسئلة اختيار من متعدد وأسئلة مقالية مع نموذج إجابة، أو خض اختبارًا تفاعليًا سريعًا
أبلغ عن خطأ في هذا الدرس