Physics
📄 اطبع pdf
00971504825082
القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك ( قوة لورنتز) - وتأثير هول ,
Magnetic force on a wire (Lorentz force) - and the Hall effect
إذا كان لدينا سلك موصل يمر به تيار، والسلك خاضع لمجال كهربائي لا يوازي طول السلك، فإن السلك يتأثر بقوة. هل تعرف السبب؟
\[ I = \frac{q}{t} \]
\[ q = I \cdot t = I \cdot \frac{L}{v} \]
الشحنات موجودة في مجال مغناطيسي فهي تتأثر بقوة:
\[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ F = I \cdot \frac{L}{v} \cdot v \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ F = I \cdot L \cdot B \cdot \sin\theta \]
في هذه المحاكاة: قوة لورنتز التي يتم بذلها من المجال المغناطيسي لمغناطيس حدوة حصان على سلك على شكل أرجوحة يمر به تيار مستمر.
اجعل الأصابع الثلاث متعامدة على بعضها: السبابة مع المجال، الإبهام اتجاه التيار الاصطلاحي (من القطب الموجب للبطارية إلى القطب السالب)، القوة المغناطيسية اتجاه الوسطى.
إذا كان التيار إلكتروني، اعكس النتيجة للقوة واجعل اتجاهها عكس الاتجاه الذي نتج معك، أو استخدم أصابع يدك اليسرى فيكون الاتجاه للقوة صحيحاً.
مثال (1): ثلاث أسلاك A, C, D
وضعت داخل مجال منتظم لها نفس الطول ويمر بها نفس التيار واتجاهها محدد على الرسم.
أي من الأسلاك لم يتأثر بقوة مغناطيسية؟
............................................................
أي من الأسلاك تأثر بأكبر قوة مغناطيسية؟
............................................................
احسب النسبة بين القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك (C) إلى القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك (D).
............................................................
تطبيقات على قوة لورنتز
🔊 مكبر الصوت
مثال (2): مكبر الصوت
مكبر صوت على شكل مخروط من الورق المقوى ملفوف عليه سلك من النحاس 50 لفة، نصف قطر اللفة الواحدة 2 سم. موضوع في مجال مغناطيسي، يمر به تيار شدته 3 ملي أمبير، فتأثر السلك بقوة مغناطيسية مقدارها 0.02 نيوتن.
فإن أقل مقدار لشدة المجال المغناطيسي التي تحقق ذلك تعادل؟
العزم المؤثر في حلقة يمر بها تيار مستمر (المحرك الكهربائي)
في المجال المغناطيسي تكون قوة لورنتز أكبر ما يمكن عندما يكون اتجاه حركة الشحنة (التيار الكهربائي) عمودياً على خطوط المجال المغناطيسي أي طول السلك عمودي على المجال. وإذا تحركت الشحنة (التيار الكهربائي) في اتجاه موازي لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي أي طول السلك موازي للمجال فلا تنشأ قوة لورنتز. وتعمل قوة لورنتز دائماً عمودياً على اتجاه حركة الشحنة وعلى خطوط المجالات المغناطيسية.
\[ F = I \cdot a \cdot B \] (a طول السلك)
\[ 𝜏 = I \cdot a \cdot B \cdot \frac{a}{2} \cdot \sin\theta + I \cdot a \cdot B \cdot \frac{a}{2} \cdot \sin\theta \]
\[ 𝜏 = I \cdot a^2 \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ A = a \cdot a \] (مساحة الحلقة)
\[ 𝜏 = I \cdot A \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ 𝜏 = N \cdot I \cdot A \cdot B \cdot \sin\theta \] (للملف المكون من N لفات)
\[ 𝜇 = N \cdot I \cdot A \] (عزم ثنائي القطب المغناطيسي)
\[ 𝜏 = 𝜇 \cdot B \cdot \sin\theta \]
(θ هي الزاوية بين المجال والعمود على سطح الملف)
تأثير هول (Hall Effect)
إذا كان لدينا سلك موصل يمر به تيار، ارتفاعه h، عرضه d، طوله L، والسلك خاضع لمجال كهربائي عمودي على السلك. ماذا تتوقع أن يحدث بعد فترة من الزمن؟
الإلكترونات تتحرك عكس التيار الاصطلاحي. تتأثر الإلكترونات بقوة مغناطيسية وتندفع نحو أحد أطراف السلك حسب قاعدة الأصابع لليد اليمنى.
\[ F_B = I \cdot L \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ F_E = q \cdot E \]
\[ F_B = F_E \] بعد زمن
\[ q \cdot E = q \cdot v_d \cdot B \]
\[ \Delta V = E \cdot d \]
\[ B = \frac{E}{v_d} = \frac{\Delta V_H}{d \cdot v_d} \]
\[ I = n \cdot e \cdot A \cdot v_d \quad (A = h \cdot d) \]
\[ B = \frac{\Delta V_H \cdot n \cdot e \cdot (h \cdot d)}{I \cdot d} \]
\[ B = \frac{\Delta V_H \cdot n \cdot e \cdot h}{I} \]
If we have a current-carrying wire and the wire is subjected to an electric field not parallel to its length, the wire is affected by a force. Do you know why?
\[ I = \frac{q}{t} \]
\[ q = I \cdot t = I \cdot \frac{L}{v} \]
Charges in a magnetic field experience a force:
\[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ F = I \cdot \frac{L}{v} \cdot v \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ F = I \cdot L \cdot B \cdot \sin\theta \]
In this simulation: Lorentz force exerted by the magnetic field of a horseshoe magnet on a swing-shaped current-carrying wire.
Make the three fingers perpendicular to each other: index finger = magnetic field direction, thumb = conventional current direction (from battery positive to negative), middle finger = magnetic force direction.
If dealing with electron current, reverse the force direction, or use your left hand for correct direction.
Example (1): Three wires A, C, D
Placed in a uniform magnetic field, same length, same current, directions as shown.
Which wire experiences no magnetic force?
............................................................
Which wire experiences the greatest magnetic force?
............................................................
Calculate the ratio of magnetic force on wire (C) to magnetic force on wire (D).
............................................................
Applications of Lorentz Force
🔊 Loudspeaker
Example (2): Loudspeaker
A paper cone loudspeaker with 50 turns of copper wire, each turn radius 2 cm. Placed in a magnetic field, carrying a current of 3 mA, experiencing a magnetic force of 0.02 N.
Find the minimum magnetic field strength that produces this force.
\[ ...................................................... \]
Torque on a Current-Carrying Loop (Electric Motor)
Lorentz force is maximum when charge motion (current) is perpendicular to magnetic field lines. When parallel, no Lorentz force occurs. Lorentz force always acts perpendicular to both charge motion and magnetic field lines.
\[ F = I \cdot a \cdot B \]
\[ 𝜏 = I \cdot a \cdot B \cdot \frac{a}{2} \cdot \sin\theta + I \cdot a \cdot B \cdot \frac{a}{2} \cdot \sin\theta \]
\[ 𝜏 = I \cdot a^2 \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ A = a \cdot a \]
\[ 𝜏 = I \cdot A \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ 𝜏 = N \cdot I \cdot A \cdot B \cdot \sin\theta \]
\[ \mu = N \cdot I \cdot A \]
\[ 𝜏 = \mu \cdot B \cdot \sin\theta \]
Hall Effect
القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك ( قوة لورنتز) - وتأثير هول ,
|
إذا كان لدينا سلك موصل يمر به تيار، والسلك خاضع لمجال كهربائي لا يوازي طول السلك، فإن السلك يتأثر بقوة. هل تعرف السبب؟
|
|
\[ I = \frac{q}{t} \] |
الشحنات موجودة في مجال مغناطيسي فهي تتأثر بقوة:
في هذه المحاكاة: قوة لورنتز التي يتم بذلها من المجال المغناطيسي لمغناطيس حدوة حصان على سلك على شكل أرجوحة يمر به تيار مستمر.
اجعل الأصابع الثلاث متعامدة على بعضها: السبابة مع المجال، الإبهام اتجاه التيار الاصطلاحي (من القطب الموجب للبطارية إلى القطب السالب)، القوة المغناطيسية اتجاه الوسطى.
إذا كان التيار إلكتروني، اعكس النتيجة للقوة واجعل اتجاهها عكس الاتجاه الذي نتج معك، أو استخدم أصابع يدك اليسرى فيكون الاتجاه للقوة صحيحاً.
مثال (1): ثلاث أسلاك A, C, D
وضعت داخل مجال منتظم لها نفس الطول ويمر بها نفس التيار واتجاهها محدد على الرسم.
أي من الأسلاك لم يتأثر بقوة مغناطيسية؟
............................................................
أي من الأسلاك تأثر بأكبر قوة مغناطيسية؟
............................................................
احسب النسبة بين القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك (C) إلى القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك (D).
............................................................
تطبيقات على قوة لورنتز
🔊 مكبر الصوت
مثال (2): مكبر الصوت
مكبر صوت على شكل مخروط من الورق المقوى ملفوف عليه سلك من النحاس 50 لفة، نصف قطر اللفة الواحدة 2 سم. موضوع في مجال مغناطيسي، يمر به تيار شدته 3 ملي أمبير، فتأثر السلك بقوة مغناطيسية مقدارها 0.02 نيوتن.
فإن أقل مقدار لشدة المجال المغناطيسي التي تحقق ذلك تعادل؟
العزم المؤثر في حلقة يمر بها تيار مستمر (المحرك الكهربائي)
في المجال المغناطيسي تكون قوة لورنتز أكبر ما يمكن عندما يكون اتجاه حركة الشحنة (التيار الكهربائي) عمودياً على خطوط المجال المغناطيسي أي طول السلك عمودي على المجال. وإذا تحركت الشحنة (التيار الكهربائي) في اتجاه موازي لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي أي طول السلك موازي للمجال فلا تنشأ قوة لورنتز. وتعمل قوة لورنتز دائماً عمودياً على اتجاه حركة الشحنة وعلى خطوط المجالات المغناطيسية.
(θ هي الزاوية بين المجال والعمود على سطح الملف)
تأثير هول (Hall Effect)
إذا كان لدينا سلك موصل يمر به تيار، ارتفاعه h، عرضه d، طوله L، والسلك خاضع لمجال كهربائي عمودي على السلك. ماذا تتوقع أن يحدث بعد فترة من الزمن؟
الإلكترونات تتحرك عكس التيار الاصطلاحي. تتأثر الإلكترونات بقوة مغناطيسية وتندفع نحو أحد أطراف السلك حسب قاعدة الأصابع لليد اليمنى.
If we have a current-carrying wire and the wire is subjected to an electric field not parallel to its length, the wire is affected by a force. Do you know why?
|
|
\[ I = \frac{q}{t} \] |
Charges in a magnetic field experience a force:
In this simulation: Lorentz force exerted by the magnetic field of a horseshoe magnet on a swing-shaped current-carrying wire.
Make the three fingers perpendicular to each other: index finger = magnetic field direction, thumb = conventional current direction (from battery positive to negative), middle finger = magnetic force direction.
If dealing with electron current, reverse the force direction, or use your left hand for correct direction.
Example (1): Three wires A, C, D
Placed in a uniform magnetic field, same length, same current, directions as shown.
Which wire experiences no magnetic force?
............................................................
Which wire experiences the greatest magnetic force?
............................................................
Calculate the ratio of magnetic force on wire (C) to magnetic force on wire (D).
............................................................
Applications of Lorentz Force
🔊 Loudspeaker
Example (2): Loudspeaker
A paper cone loudspeaker with 50 turns of copper wire, each turn radius 2 cm. Placed in a magnetic field, carrying a current of 3 mA, experiencing a magnetic force of 0.02 N.
Find the minimum magnetic field strength that produces this force.
Torque on a Current-Carrying Loop (Electric Motor)
Lorentz force is maximum when charge motion (current) is perpendicular to magnetic field lines. When parallel, no Lorentz force occurs. Lorentz force always acts perpendicular to both charge motion and magnetic field lines.
Hall Effect
No comments:
Post a Comment