يمكن لسلك مستقيم متصل ببطارية أن يندفع جانبياً عند وضعه بين قطبي مغناطيس. لا يوجد شيء يسحب السلك في اتجاه طوله؛ إذ يكون الدفع عمودياً على السلك، ولا يظهر هذا التأثير إلا عند سريان التيار ووجود السلك داخل مجال مغناطيسي. يُعرف هذا الدفع الجانبي بـ “تأثير المحرك”، وهو يمثل الخطوة الأولى في التحول من الكهرباء إلى الحركة الدورانية.
يمكنك تصور هذا النظام باعتباره يضم ثلاثة عناصر فيزيائية في الحيز المكاني نفسه: مجال مغناطيسي يولده المغناطيس، وتيار كهربائي في السلك تولده البطارية، وقوة ميكانيكية تؤثر على السلك وتجعله يتحرك إذا كان حراً.
انظر إلى الاتجاهات الرئيسية في نموذج نموذجي لتأثير المحرك.
المجال المغناطيسي هو مجال فيزيائي يحدد مدى قوة تأثير المغناطيسات على الشحنة الكهربائية المتحركة عند أي نقطة في الفضاء. يُرمز له بالرمز القياسي ، ووحدته في النظام الدولي للوحدات هي التسلا (T). تعني القيمة الأكبر لـ تأثيراً مغناطيسياً أقوى في تلك المنطقة، وذلك عند ثبات قيمة التيار والهندسة (الترتيب المكاني).
التيار الكهربائي هو المعدل الذي تتدفق به الشحنة الكهربائية عبر نقطة ما في الدائرة الكهربائية. يُرمز له بالرمز القياسي ، ووحدته في النظام الدولي للوحدات هي الأمبير (A). التيار ليس هو نفسه الجهد الكهربائي؛ فالجهد هو القوة الدافعة التي تحرك الشحنة في مسار مغلق (دائرة)، بينما التيار هو الشحنة المتحركة نفسها، ويُقاس بمقدار الشحنة التي تمر في الثانية الواحدة.
في تجربة “تأثير المحرك”، تُنشئ المغناطيسات مجالاً مغناطيسياً () في الفجوة بين قطبيها، وتدفع البطارية تياراً () عبر السلك الموجود في تلك الفجوة. لا يشترط أن يتغير المجال المغناطيسي بمرور الزمن لكي يتأثر السلك بقوة؛ إذ يكفي وجود مجال ثابت وتيار ثابت.
ينشأ التيار في السلك المعدني عن حركة (انسياب) العديد من الجسيمات المشحونة على طول السلك. وتتعرض كل شحنة متحركة لقوة مغناطيسية تتجه جانبياً بالنسبة لاتجاه حركتها وللمجال المغناطيسي. السلك ليس مجرد شحنة واحدة، بل تتجمع القوى الجانبية المؤثرة على كل تلك الشحنات المتحركة وتدفع الشبكة البلورية للمعدن؛ ولهذا السبب يمكن لجزء السلك بأكمله أن يتحرك.
يتحكم اتجاه وضع السلك في طبيعة التأثير؛ فإذا كان السلك موازياً لخطوط المجال المغناطيسي، فقد تنخفض قوة الدفع الجانبية لتصل إلى الصفر تقريباً، أما إذا كان السلك عمودياً على المجال، فتكون قوة الدفع الجانبية في أقصى قيمتها. لا يعود ذلك إلى تغير في التيار، بل لأن المجال المغناطيسي لا يمكنه حرف مسار الشحنة المتحركة إلا إذا وُجدت مركبة جانبية للحركة يمكن حرفها.
من المفاهيم الخاطئة الشائعة الاعتقاد بأن المغناطيس يجذب السلك نحو القطب الأقرب؛ ويبدو هذا الاعتقاد منطقياً لأن المغناطيسات تجذب الفولاذ. لكن في هذه الحالة، القوة ليست قوة جذب نحو القطب، فهي تنعكس اتجاهياً عند عكس اتجاه التيار، رغم بقاء المغناطيس ثابتاً في مكانه.
قارن كيف يغير اتجاه وضع السلك كلاً من اتجاه القوة ومقدارها.