Question 1

ما هي قوة لورنتز، وكيف تؤثر على الشحنات المتحركة؟

Accepted Answer

قوة لورنتز هي القوة التي يؤثر بها مجال مغناطيسي على شحنة كهربائية متحركة. ويُحسب مقدار هذه القوة باستخدام الصيغة qVB sine theta، حيث تمثل q الشحنة، وV السرعة، وB شدة المجال المغناطيسي، وtheta الزاوية بين السرعة والمجال. وتكون القوة في أقصى مقدار لها عندما تكون السرعة والمجال المغناطيسي متعامدين، وتعمل القوة بشكل عمودي عليهما معاً، مما يؤدي إلى تغيير اتجاه الشحنة دون التأثير على سرعتها.

Question 2

لماذا تسلك الجسيمات المشحونة مساراً دائرياً في المجال المغناطيسي؟

Accepted Answer

عندما يتحرك جسيم مشحون بشكل عمودي على مجال مغناطيسي، تعمل قوة لورنتز كقوة مركزية، حيث تشير دائمًا نحو مركز المسار. وتعمل هذه القوة على تغيير اتجاه الجسيم باستمرار مع الحفاظ على سرعة ثابتة، مما يجعله يتبع مسارًا دائريًا. ويعتمد نصف قطر هذا المسار على نسبة الشحنة إلى الكتلة للجسيم، وسرعته، وشدة المجال المغناطيسي.

Question 3

كيف استخدم جي جي طومسون أنبوب أشعة الكاثود لاكتشاف شحنة الإلكترون؟

Accepted Answer

أثبت تومسون أن الأشعة المهبطية يمكن حرفها بواسطة مجال مغناطيسي في أنبوب مفرغ، مما أثبت أن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة. ومن خلال قياس زاوية الانحراف وتطبيق العلاقة بين قوة لورنتز والقوة الجاذبة المركزية، استطاع حساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترون. وقد أثبتت هذه التجربة التاريخية أن الإلكترونات جسيمات أساسية ذات خواص كهربائية قابلة للقياس.

Question 4

ما هي القياسات الثلاثة المطلوبة لحساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترون؟

Accepted Answer

لتحديد نسبة الشحنة إلى الكتلة تجريبياً، تحتاج إلى جهد التسريع الذي يعمل على تسريع الإلكترونات، وشدة المجال المغناطيسي المطبق لحرفها، ونصف قطر المسار الدائري الذي تتبعه الإلكترونات. وتسمح هذه المعلمات الثلاث، بالاقتران مع معادلة قوة لورنتز وقانون نيوتن الثاني، بحساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترون من خلال بيانات أنبوب أشعة الكاثود.

Question 5

كيف يؤثر زيادة جهد التسريع على انحراف حزمة الإلكترونات في مجال مغناطيسي؟

Accepted Answer

كلما زاد جهد التسريع، تحركت الإلكترونات بسرعة أكبر وتطلبت مجالاً مغناطيسياً أقوى لتحقيق نفس مقدار الانحراف. وتتعرض الإلكترونات الأسرع حركة لنفس قوة لورنتز، ولكنها تسلك مساراً دائرياً أكبر. وبناءً على ذلك، يجب زيادة تيار الملف لتوليد شدة مجال مغناطيسي كافية لثني الحزمة إلى النقطة ذاتها على الشبكة.

Question 6

ما هي التطبيقات العملية للجسيمات المشحونة التي تتحرك في مسارات دائرية عبر مجالات مغناطيسية؟

Accepted Answer

تستخدم أجهزة مطياف الكتلة هذا المبدأ لتحديد مكونات العينات المجهولة عن طريق فصل الجسيمات بناءً على نسبة الشحنة إلى الكتلة والجهد الكهربائي المطبق. وتاريخياً، مكنت أنابيب أشعة الكاثود من تشغيل شاشات التلفزيون وشاشات مراقبة الحاسوب. ولا تزال راسمات الإشارة الحديثة تستخدم تقنية أنابيب أشعة الكاثود، وإن كانت تعتمد عادةً على الانحراف الإلكتروستاتيكي بدلاً من الانحراف المغناطيسي للتحكم في حزم الإلكترونات.

Question 7

كيف تحدد قاعدة اليد اليمنى اتجاه القوة المؤثرة على شحنة موجبة في مجال مغناطيسي؟

Accepted Answer

تحدد قاعدة الإبهام لليد اليمنى اتجاه قوة لورنتز المؤثرة على شحنة موجبة؛ حيث يشير الإبهام إلى اتجاه السرعة، والأصابع إلى اتجاه المجال المغناطيسي، بينما يتجه كف اليد نحو اتجاه القوة. وتظل هذه المتجهات الثلاثة متعامدة فيما بينها. أما بالنسبة للشحنات السالبة، فإن القوة تؤثر في الاتجاه المعاكس، ولهذا السبب يؤدي عكس التيار إلى عكس مسار انحراف الحزمة.

الشحنة الكهربائية في المجال المغناطيسي - اختبار تقييم