مفهوم میدان مغناطیسی + نحوه محاسبه و مثال‌های کاربردی (فیلم آموزش رایگان)

همان‌گونه که ذره‌های باردار در اطراف خود میدان الکتریکی ایجاد می‌کنند، یک آهنربا نیز می‌تواند در اطراف خود یک میدان مغناطیسی ایجاد کند. به‌طورکلی آهنربا دارای دو قطب شمال و جنوب می‌باشد. قطب شمال آهنربا را با N و قطب جنوب آن را با S نشان می‌دهند. میدان الکتریکی را با نماد E و میدان مغناطیسی را با نماد B نشان می‌دهند. اگر در نزدیکی یک آهنربا یک قطب‌نما قرار دهیم، با حرکت قطب‌نما، جهت میدان مغناطیسی B نیز تغییر می‌کند. در این حالت خطوط میدان مغناطیسی در اطراف آهنربا به این‌صورت است که این خطوط از قطب N آهنربا خارج می‌شوند و به قطب S آهنربا وارد می‌شوند. میدان‌های مغناطیسی در قطب‌های آهنرباین مقدار را دارند. چنانچه فرض کنیم بار q با سرعت v در حال حرکت در میدان مغناطیسی B باشد، در این حالت حرکت ذره در میدان مغناطیسی باعث وارد شدن نیرو به آن می‌شود. اندازه و جهت این نیروی مغناطیسی وارد به ذره باردار، به سرعت حرکت ذره و میدان مغناطیسی وابسته است. از طرفی دیگر بردار نیروی مغناطیسی بر صفحه‌ای که بردارهای سرعت و میدان مغناطیسی در آن قرار دارند عمود می‌باشد. پس بردار نیرو از حاصل‌ضرب بار در بردار سرعت در بردار میدان مغناطیسی به‌دست می‌آید. علاوه بر این می‌توان گفت که اندازه نیرو با حاصل‌ضرب بار در میزان سرعت v، در میدان مغناطیسی B ضرب در سینوس زاویه بین بردار سرعت و میدان مغناطیسی برابر است. چنانچه یک سیم حاوی جریان الکتریکی داشته باشیم نیز می‌توانیم نیروی وارد بر سیم حامل جریان را به‌دست آوریم. به مجموعه‌ای از ذرات که در حال حرکت در سیم می‌باشند جریان می‌گویند. اگر سیم حامل جریان الکتریکی را در میدان مغناطیسی قرار دهیم باعث می‌شود که به سیم نیرو وارد شود. چنانچه بخشی از سیم به طول l و سطح مقطع A در نظر بگیریم به‌گونه‌ای که جهت بردارهای میدان مغناطیسی به سمت داخل صفحه باشد و سرعت میانگین ذرات برابر با vd باشد، در این حالت با در نظر گرفتن مقدار بار در سطح مقطع سیم می‌توانیم نیروی وارد بر سیم حامل جریان را به‌دست آوریم. با استفاده از روابط مربوطه، نیروی واردشده بر یک سیم حامل جریان الکتریکی برابر است با حاصل‌ضرب جریان الکتریکی در بردار طول در بردار میدان مغناطیسی. اگر یک سیم بسته داشته باشیم، به این دلیل که انتگرال روی یک مسیر برداری برابر با صفر است، نیروی وارد بر سیم بسته نیز برابر با صفر خواهد بود. واحد اندازه‌گیری میدان مغناطیسی در سیستم SI برابر با تسلا است. تسلا را با نماد T نشان می‌دهند. در واقع یک تسلا برابر با یک نیوتن بر کولن ضرب در متر بر ثانیه می‌باشد. از طرف دیگر برای اندازه‌گیری میدان مغناطیسی از واحد گاوس استفاده می‌کنند. هر یک تسلا برابر با ده به توان چهار گاوس است. با استفاده از روابط به‌دست‌آمده برای محاسبه مقدار نیروی واردشده بر بار الکتریکی در میدان مغناطیسی، همچنین مقدار نیروی وارد بر سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی می‌توان مسائل مختلف در این زمینه را حل نمود و میدان مغناطیسی را مورد بحث و بررسی قرار داد. در این آموزش برای درک کامل مباحث و موارد مربوطه می‌خواهیم با همدیگر با میدان مغناطیسی آشنا شویم. بنابراین در ابتدا مفهوم میدان مغناطیسی را توضیح می‌دهیم. سپس به نحوه محاسبه نیروی وارد بر بار الکتریکی متحرک در میدان مغناطیسی اشاره می‌کنیم. نحوه محاسبه نیروی وارد بر سیم حامل جریان الکتریکی در میدان مغناطیسی را بیان می‌کنیم. در نهایت با ذکر مثال کاربردی نحوه محاسبه میدان مغناطیسی و نیروی وارد بر بار در حال حرکت در میدان مغناطیسی را مورد تحلیل و بررسی قرار می‌دهیم.

فرادرس

ساره شفیعی