قوة لورنتز
يستطيع المجال المغناطيسي الدفع على شحنة متحركة، لكن جانبيًا فقط — عموديًا على سرعتها وعلى المجال نفسه معًا. تلك الدفعة الجانبية لا تسرّع الشحنة ولا تبطئها أبدًا؛ إنما تحني مسارها فقط، محنيةً إياه دائرة إن بقي المجال ثابتًا.
الصيغة
F = q · v · B
- F — القوة (N): الدفع المغناطيسي الجانبي على الشحنة
- q — الشحنة (C): مقدار الشحنة الكهربائية التي يحملها الجسيم
- v — السرعة المتجهة (m/s): ما أسرع حركة الشحنة، هنا عموديًا على المجال
- B — المجال المغناطيسي (T): شدة المجال المغناطيسي الذي يتحرك عبره الشحنة
مثال مشروح
جسيم مشحون شحنته 2 كولوم يتحرك بسرعة 3 أمتار في الثانية، عموديًا على مجال مغناطيسي شدته 5 تسلا. أي قوة يشعر بها؟
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
اختبر نفسك
الشحنة نفسها 2 كولوم تتحرك الآن بسرعة 3 أمتار في الثانية عبر مجال أقوى 10 تسلا. ما القوة عليها؟
- 30 N
- 15 N
- الإجابة الصحيحة: 60 N
صحيح! مضاعفة المجال تضاعف القوة: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
شحنة موجبة تتحرك يمينًا عبر مجال مغناطيسي يشير داخل الصفحة. بأي جهة تدفعها القوة المغناطيسية؟
- الإجابة الصحيحة: إلى الأعلى
- إلى الأسفل
- أمامًا، في اتجاه حركتها نفسه
صحيح! بقاعدة اليد اليمنى، شحنة موجبة متحركة يمينًا في مجال يشير داخل الصفحة تشعر بقوة تدفعها إلى الأعلى.
أين تراه
تلفاز CRT القديم كان يوجّه حزمة إلكتروناته بمجالات مغناطيسية، يرسم الشاشة بحني الجسيمات المشحونة آلاف المرات في الثانية. والشفق القطبي الشمالي هو الفيزياء نفسها بمقياس كوكبي: جسيمات مشحونة قادمة من الشمس تلتف حلزونيًا على طول خطوط المجال المغناطيسي للأرض، متوهّجة وهي تنحني.
الأخطاء الشائعة
النقطة الدقيقة الجوهرية هي أن القوة المغناطيسية لا تبذل شغلًا: F = q · v · B تدفع عموديًا على السرعة، فهي تستطيع حني المسار لكنها لا تسرّع الشحنة أبدًا ولا تبطئها. والخطأ في الاتجاه هو الزلّة الأخرى — القوة عمودية على السرعة والمجال معًا (اليد اليمنى: الأصابع مع السرعة، ولفّها نحو المجال، والإبهام مع القوة). شحنة موجبة مقدارها 2 C تتحرك بسرعة 3 m/s عبر مجال شدته 10 T تشعر بقوة جانبية مقدارها 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
كيف يرتبط
التيارات تصنع المجالات والمجالات تدفع الشحنات المتحركة — نصفا ثنائي التغذية الراجعة في الكهرومغناطيسية، يفصل بينهما درس واحد. قانون فارادي، تاليًا، يضيف الثالث: المجال المتغيّر ينشئ جهدًا يقود تيارًا من تلقاء نفسه بالكامل. هذه الدفعة الجانبية الحافظة للسرعة هي سبب دوران المحركات، وسبب جريان الجسيمات المشحونة في دوائر داخل المعجّلات.