قانون دست راست

ذرات باردار متحرک، هم دارای میدان الکتریکی اند و هم میدان مغناطیسی. میدان مغناطیسی در اثر حرکت بارالکتریکی به وجود می آید.

طبق قانون کولن نیروی بین دو ذره باردار به اندازه بار هر ذره و فاصله ذرات از هم بستگی دارد. اما وقتی ذرات باردار نسبت به هم در حرکت باشند، دیگر قانون کولن تمام ماجرا نیست. متوجه می شویم که علاوه بر نیروی الکتریکی، نیروی دیگری در اثر حرکت ذرات باردار به وجود می آید که آن را نیروی مغناطیسی می نامیم. نیروی مغناطیسی از حرکت ذرات باردار (معمولا الكترون ها) سرچشمه می گیرد. نیروهای مغناطیسی و الکتریکی، هر دو در واقع جنبه های متفاوت از پدیده الکترومغناطیس هستند.

نیروی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

بر هر ذره باردار، هنگامی که از داخل میدان مغناطیسی عبور می کند، نیرویی وارد می شود. هنگامی که حرکت ذره بر خط های میدان مغناطیسی عمود است مقدار این نیرو بیشینه است. در جهت های دیگر، مقدار این نیرو کم می شود و هنگامی که ذره در امتداد خط های میدان حرکت می کند مقدار آن به صفر می رسد. در همه موارد، جهت نیرو همواره بر خطهای میدان مغناطیسی و سرعت ذره باردار عمود است.

نیروی وارد بر سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی

بر ذرات باردار محبوس در سیم نیرویی وارد می شود که بر مسیر آنها در داخل سیم و بر خط های میدان عمود است. اما چون این ذرات نمی توانند تحت تاثیر این نیرو از سیم خارج شوند كل سیم را با خود می کشانند. همین نیروی کشش بر سیم است که موتور الکتریکی را به چرخش در می آورند.?

یافتن جهت نیرو (قانون دست راست)

اگر دست راست خود را در راستای حرکت بار(جریان) قرار دهید و دست خود را مثل پیچ طوری بچرخانید تا کف دست شما به سمت میدان باشد(یا خم شدن انگشتان در جهت میدان باشد). در اینصورت انگشت شست شما جهت نیروی مغناطیسی را آشکار می کند.

نکته1: جریان و میدان در یک صفحه(صفحه B-I) قرار گرفته و نیروی مغناطیسی بر این صفحه عمود است.

نکته2: اگر بار منفی بود کافی است جهت نیرو را معکوس کنید یا مراحل بالا را با دست چپ انجام دهید.

محاسبه اندازه نیروی وارد بر سیم حامل جریان

نیروی مغناطیسی وارد بر سیمی به طول L و حامل جریان I که در میدان مغناطیسی یکنواخت B قرار دارد از رابطه زیر بدست می آید:

$F=LIBsin\theta$

$⁡θ$ زاویه بین جریان با میدان مغناطیسی است.

نحوه کار با شبیه ساز

با کلیک روی عکس، شبیه ساز فعال می شود. در ابتدا جهت جریان، میدان و نیروی وارده بر سیم به ترتیب با رنگ های آبی، سبز و قرمز دیده می شود. برای تمرین از منوی بالا می توانید روی هر یک از گزینه ها کلیک کنید تا محو شوند و جهت مورد نظر را طبق قاعده دست راست بیابید.

در ادامه با کلیک روی گزینه "تنظیمات" وارد پنل ویرایش شدت متغیرها می شوید. مثلا می توانید شدت جریان را کاهش داده یا منفی کنید تا متوجه تغییر جهت نیرو شوید. از طریق همین تغییر اندازه ها می توانید عوامل موثر بر نیرو را یافته و فرمول نیروی وارد بر سیم حامل جریان که بالاتر نوشتیم را بطور تجربی بیابید.

نکته مهم: در این شبیه ساز برای مشاهده جزئیات می توانید زوم کنید یا دوربین را به عقب ببرید. همچنین می توانید با حرکت روی صفحه، دوربین را در جهات مختلف بچرخانید که قابلیت جالبی است.

سوال1:

با تغییر زاویه بین جریان و میدان اندازه نیرو تغییر می کند اما چرا جهت نیرو تغییری نمی کند؟?

سوال2:

اگر یک آهنربای میله ای را با نخ آویزان کنیم و میله ای باردار را به آن نزدیک کنیم چه اتفاقی می افتد؟?

نکات اضافی ویژه علاقه مندان

مغناطیس و الکتریسیته رابطه ای بسیار نزدیک باهم دارند. درست همان طور که یک بار الکتریکی توسط میدان الکتریکی احاطه می شود، همان بار اگر متحرک باشد، توسط یک میدان مغناطیسی نیز احاطه می شود. این مطلب در سال ۱۹۰۵ توسط آلبرت اینشتین در نظریه نسبیّت خاص توضیح داده شد. پس میدان مغناطیسی، محصولی از نسبیّت حرکت در میدان الکتریکی است.

اگر حرکت بارهای الکتریکی، میدان مغناطیسی تولید می کند، این حرکت در کجای یک آهنربای میله ای معمولی صورت می گیرد؟ در الکترون های اتم های تشکیل دهنده آهنربا

این الكترون ها دائما در حال حرکت هستند. دو نوع حرکت در خاصیت مغناطیسی دخيل اند:

1. چرخش (اسپین) الكترون
2. حرکت مداری آن

توجه کنید از آن جا که حرکت نسبی است، میدان مغناطیسی نیز نسبی است. به عنوان مثال، هنگامی که یک بار از کنار شما عبور می کند، یک میدان مغناطیسی معیّن به این بار متحرک وابسته است. اما اگر شما نیز همراه بار حرکت کنید. به طوری که بار نسبت به شما حرکت نکند، هیچ میدان مغناطیسی مرتبط با بار نخواهید یافت.