(4-4-3) القوة على شحنة؛ (24-3)؛ شكل (3-21) — الفيزياء — الصف الثالث الثانوي، الطبعة الثانية ٢٠٠٥

(4-4-3) القوة المؤثرة على شحنة متحركة في مجال مغنطيسي :

عرفنا مما سبق أن المجال المغنطيسي يؤثر على سلك يحمل تياراً بقوة عمودية على اتجاه المجال والتيار . وهذا التيار هو في حقيقته تيار الكتروني عبارة عن سيل من الالكترونات المشحونة بشحنة سالبة . ويمكن حساب القوة المؤثرة على الكترون واحد مشحون بشحنة مقدارها (ش) باستخدام قانون القوة المؤثرة على سلك في المعادلة (23-3) .

الشكل (3-20) : القوة المؤثرة على شحنة متحركة .

الشكل (3-20) : القوة المؤثرة على شحنة متحركة .

تسميات: ج (أعلى)، ش (أسفل)، أسهم المجال إلى أعلى نحو ج، سلك وفيه الكترونات تتحرك يميناً، مقطع، القوة ( إلى أسفل )، المسافة = ع × ثانية واحدة = ع = ل.

فإذا كان الالكترون يتحرك بسرعة (ع) في الموصل فإن طول السلك (ل) الذي يقطعه الالكترون في الثانية الواحدة يساوي (ع) شكل ( (20-3)) ). أي أن :

ل = ع متر في ثانية

فإذا كان عدد الالكترونات الحرة الموجودة في السلك يساوي (عد) فإن شدة التيار (ت) تساوي :

ت = مقدار الشحنة المارة عبر مقطع السلك في الثانية

= شحنة الالكترون الواحد × عدد الالكترونات المارة في ثانية

= ش × عد

ت = ش × عد

\therefore\quad\text{القوة المؤثرة على السلك} = \text{ق} = \text{ب} \times \text{ل} \times \text{ت}

وبما أن ل = ع ، ت = ش × عد

\therefore\quad \text{ق} = \text{ب} \times \text{ع} \times \text{ش} \times \text{عد}

ولكن القوة المؤثرة على عدد من الالكترونات = القوة المؤثرة علىالسلك

= ب × ع × ش × عد

\therefore\quad\text{القوة المؤثرة على الكترون واحد} = \frac{\text{القوة المؤثرة على كل الالكترونات}}{\text{عدد الالكترونات}}

= \frac{\text{ب} \times \text{ع} \times \text{ش} \times \text{عد}}{\text{عد}} = \text{ب} \times \text{ع} \times \text{ش}

وهذا يعني أن القوة المؤثرة على جسيم واحد مشحون بشحنه ش هي:

(24-3)

\boxed{ \text{ق} = \text{ب} \times \text{ع} \times \text{ش} }

حيث ب -كثافة الفيض المغنطيسي ؛ ع -سرعة الجسيم ؛ ش - شحنة الجسيم وهذه قاعدة عامة حيث يمكن أن يكون هذا الجسيم إلكترون في سلك أو في الفراغ أو بروتون أو أي جسم آخر له شحنة يمر في مجال مغنطيسي. واضح أن هذه القوة تكون موجبة أو سالبة (في الإتجاه المعاكس) حسب شحنة الجسيم.

الشكل (3-21) : اتجاه شدة المجال والسرعة والقوة للكترون وبروتون.

الشكل (3-21)

(أ) (يمين): الكترون (شحنة سالبة) وبروتون (شحنة موجبة) مع اتجاهات شدة المجال وع والقوة المغناطيسية (متعامدة).

(ب) (يسار): سطح الحركة، مسار منحني لبروتون ولكترون.

شكل (3-21) (أ) يوضح اتجاه شدة المجال والسرعة والقوة (المتعامدة على بعضها) في حالتي الكترون (سالب الشحنة) وبروتون (موجب الشحنة) حسب المعادلة (24-3) . ولأن الشحنتين مختلفتين فنجد أن اتجاه القوة المغناطيسية على الالكترون في عكس اتجاه القوة على البروتون . هذه القوة تؤثر على كل من الشحنتين بحيث تنحرف أثناء حركتها في المجال المغناطيسي لتسير في مسار منحن كما في الشكل (3-21) (ب) .