المجال المغناطيسي هو مجال متجه في جوار المغناطيس أو التيار الكهربائي أو المجال الكهربائي المتغير ، حيث يمكن ملاحظة القوى المغناطيسية. ينتج المجال المغناطيسي عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية واللحظات المغناطيسية الجوهرية للجسيمات الأولية المرتبطة بخاصية كمومية أساسية تُعرف باسم الدوران. يرتبط كل من المجال المغناطيسي والمجال الكهربائي ببعضهما البعض وهما مكونان من القوة الكهرومغناطيسية ، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة.
تعريف المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي هو المنطقة المحيطة بمادة مغناطيسية أو شحنة كهربائية متحركة تعمل فيها قوة المغناطيسية.
رسم توضيحي للمجال المغناطيسي
عادة ، يمكن توضيح المجال المغناطيسي بطريقتين مختلفتين.
ناقل المجال المغناطيسي
خطوط المجال المغناطيسي
ناقل المجال المغناطيسي
يمكن وصف المجال المغناطيسي رياضيًا بأنه حقل متجه. حقل المتجه عبارة عن مجموعة من العديد من المتجهات المرسومة على شبكة. في هذه الحالة ، يشير كل متجه في الاتجاه الذي ستشير إليه البوصلة ويكون طوله يعتمد على قوة القوة المغناطيسية.
تعريف خطوط المجال المغناطيسي
يعد استخدام خطوط المجال طريقة بديلة لتمثيل المعلومات الموجودة داخل مجال ناقل مغناطيسي. خطوط المجال المغناطيسي هي خطوط تخيلية.
خطوط المجال المغناطيسي هي أداة بصرية تستخدم لتمثيل المجالات المغناطيسية. يصفون اتجاه القوة المغناطيسية على القطب الشمالي أحادي القطب في أي موضع معين
تشير كثافة الخطوط إلى حجم المجال. على سبيل المثال ، يكون المجال المغناطيسي أقوى ومزدحم بالقرب من أقطاب المغناطيس. كلما ابتعدنا عن القطبين يكون ضعيفًا وتصبح الخطوط أقل كثافة.
خصائص خطوط المجال المغناطيسي
لا تتقاطع خطوط المجال المغناطيسي مع بعضها البعض.
تشير كثافة خطوط المجال إلى قوة المجال.
تصنع خطوط المجال المغناطيسي دائمًا حلقات مغلقة.
تظهر خطوط المجال المغناطيسي دائمًا أو تبدأ من القطب الشمالي وتنتهي عند القطب الجنوبي.
كيف ينشأ المجال المغناطيسي؟
ينشأ المجال المغناطيسي عندما تكون الشحنة في حالة حركة. هناك طريقتان أساسيتان يمكننا من خلالهما ترتيب حركة الشحنة وتوليد مجال مغناطيسي مفيد. فيما يلي طريقتان:
المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل يحمل تيارًا
اقترح أمبير أن مجالًا مغناطيسيًا يتم إنتاجه عندما تكون الشحنة الكهربائية في حالة حركة. لفهمنا ، دعونا نفكر في سلك يتم من خلاله تدفق التيار عن طريق توصيله بالبطارية. مع زيادة التيار عبر الموصل ، يزداد المجال المغناطيسي بشكل متناسب. عندما نبتعد عن السلك ، يتناقص المجال المغناطيسي مع المسافة. هذا ما تم وصفه من قبل قانون أمبير. وفقًا للقانون ، يتم إعطاء المجال المغناطيسي على مسافة r من موصل طويل يحمل التيار I بواسطة المعادلة\[B=\frac{\mu _{0}I}{2\pi r}\]
في المعادلة ، μ0 هو ثابت خاص يعرف باسم نفاذية الفضاء الحر. \[\mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}\,T\cdot m/A\]. تمتلك المواد ذات النفاذية العالية القدرة على التركيز على المجالات المغناطيسية.
المجال المغناطيسي له اتجاه لأنه كمية متجهة. بالنسبة للتيار التقليدي الذي يتدفق عبر سلك مستقيم ، يمكن إيجاد ذلك بقاعدة اليد اليمنى. لاستخدام هذه القاعدة ، تخيل إمساك يدك اليمنى حول السلك مع توجيه إبهامك في اتجاه التيار. تظهر الأصابع اتجاه المجال المغناطيسي الذي يلتف حول السلك.
حركة الإلكترونات حول نوى الذرات
تعمل المغناطيسات الدائمة على أساس حركة الإلكترونات حول النوى. لقد لاحظنا أن بعض المواد فقط يمكن تحويلها إلى مغناطيس وبعضها أقوى بكثير من غيرها. لتحقيق هذه الحالة ، يجب استيفاء بعض الشروط المحددة:
تحتوي الذرات على العديد من الإلكترونات ويتم إقرانها بطريقة تلغي المجال المغناطيسي الكلي. يقال إن إلكترونين مقترنين بهذه الطريقة لهما دوران معاكس. من هذا ، نفهم أنه إذا أردنا أن تكون مادة ما مغناطيسية ، فنحن بحاجة إلى ذرات تحتوي على إلكترون واحد أو أكثر من الإلكترونات غير المقترنة بنفس الدوران. الحديد مادة تحتوي على أربعة إلكترونات ، وبالتالي فهي جيدة لصنع المغناطيس.
تتكون قطعة صغيرة من المادة من بلايين الذرات. إذا تم توجيهها بشكل عشوائي ، فسيتم إلغاء الحقل الكلي ، بغض النظر عن عدد الإلكترونات غير المزدوجة الموجودة في المادة. يجب أن تكون المادة مستقرة بدرجة كافية في درجة حرارة الغرفة للسماح بتحديد الاتجاه العام المفضل. إذا تم تأسيسه بشكل دائم ، فلدينا مغناطيس دائم ، يُعرف أيضًا باسم المغناطيس الحديدي.
تصبح بعض المواد مرتبة جيدًا بما يكفي لتكون مغناطيسية عند وجود مجال مغناطيسي خارجي. يدور المجال الخارجي لكل الإلكترون ، لكن المحاذاة تختفي بمجرد إزالة الحقل الخارجي. تُعرف هذه الأنواع من المواد بالمغناطيسية.
أسئلة حول المجال المغناطيسي وخطوط المجال المغناطيسي
لماذا تعتبر خطوط التدفق المغناطيسي مهمة؟
تعتبر خطوط التدفق المغناطيسي مهمة للأسباب التالية:
خطوط المجال المغناطيسي هي الخطوط الموجودة في المجال المغناطيسي والتي سيعطي ظلها عند أي نقطة اتجاه المجال عند تلك النقطة وتعطي كثافتها حجم المجال.
تشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي
تعتمد شدة المجال المغناطيسي على عدد خطوط المجال المغناطيسي. تكون الخطوط أعلى عند القطبين ، ولهذا السبب يكون المجال المغناطيسي عند القطبين أقوى.
تعتمد قوة المجال المغناطيسي على عدد خطوط المجال المغناطيسي في منطقة معينة بعين الاعتبار.
ما الذي يسبب المجال المغناطيسي للأرض؟
يتولد المجال المغناطيسي للأرض في أعماق باطن الأرض. يولد تدفق الحديد السائل في قلب الأرض تيارًا كهربائيًا ينتج بدوره مجالات مغناطيسية. تستمر المعادن المشحونة التي تمر عبر هذه الحقول لتكوين تيارات كهربائية خاصة بها ، وبالتالي تستمر الدورة. تُعرف هذه الحلقة ذاتية الاستدامة باسم الجيودينامو. التصاعد اللولبي الناجم عن قوة كوريوليس يصطف الحقول المغناطيسية المنفصلة في نفس الاتجاه. ينتج عن التأثير المشترك للمجالات المغناطيسية مجال مغناطيسي واسع يبتلع الكوكب.
ما هي الموجات الكهرومغناطيسية؟
الموجات التي تنتشر عن طريق التغيرات الدورية المتزامنة لشدة المجال الكهربائي والمغناطيسي تسمى نعم الموجات الكهرومغناطيسية.
تحديد كثافة التدفق المغناطيسي.
كثافة التدفق المغناطيسي هي مقدار التدفق المغناطيسي في منطقة متعامدة مع اتجاه التدفق المغناطيسي. يُشار إليه بالرمز B ويتم قياسه بوحدات Tesla.
تحديد شدة المجال المغناطيسي.
كثافة المجال المغناطيسي أو قوة المجال المغناطيسي هي نسبة من MMF اللازمة لإنشاء كثافة تدفق معينة (B) داخل مادة معينة لكل وحدة طول من تلك المادة.
هل توجد مجالات مغناطيسية في الفضاء؟
نعم ، هناك مجالات مغناطيسية في الفضاء. يبدو أن الأذرع الحلزونية لمجرة درب التبانة تمتلك مجالًا مغناطيسيًا منظمًا واسع النطاق جدًا على أساس دراسات أعداد كبيرة من النجوم النابضة واستقطاب إشاراتها الراديوية. تم العثور على سحب الغبار بين النجوم لديها مجالات مغناطيسية. مع انهيار هذه الغيوم ، تتضخم الحقول.