مجال مغناطيسي
كهرومغناطيسية | ||||||||||
كهرباء • مغناطيسية
| ||||||||||
المجال المغناطيسي (Magnetic Field) هي قوة مغناطيسية تنشأ في الحيز المحيط بالجسم المغناطيسي أو الموصل الذي يمر به تيار كهربائي.
إذا وضعت إبرة بوصلة في المجال المغناطيسي ذو قوة ما فأنها توجه نفسها في اتجاه معين في كل جزء من المجال, والخطوط المرسومة في اتجاه الإبرة عند النقط المختلفة تحدد الوضع العام للخطوط التي هي عليها القوة المغناطيسية في المجال.
يمكن مشاهدة توزيع المجال المغناطيسي بنثر برادة حديد على ورقة موضوعة على قضيب مغناطيسي أو ورقة يمر خلالها سلك يمر به تيار كهربائي.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
- مقالة مفصلة: تاريخ النظرية الكهرومغناطيسية
عرف الإغريق القدماء المغناطيسية في عام 600ق.م باكتشاف الفلز الطبيعي المسمى المغنيتيت magnetite الذي يجذب إليه الحديد، وأثبتوا أن الحديد نفسه يصبح قادراً على جذب قطع الحديد الأخرى عند ملامسته لهذا الفلز، أي يتمغنط. بعد ذلك، وفي القرن11م، استخدم الصينيون المغنطيس في صناعة إبرة البوصلة. إن إبرة البوصلة القادرة على الدوران بحرية حول محور شاقولي تسعى لتأخذ منحى الشمال - الجنوب المغناطيسي بسبب وقوعها تحت تأثير الحقل المغنطيسي الأرضي الذي ينشأ في باطن الكرة الأرضية نتيجة العمليات التي تحصل في نواتها السائلة. إن الفكرة العامة عن كون الكرة الأرضية مغنطيساً ضخماً ظهرت عند وليم هيلبرت في أثناء عمله في قصر الملكة الإنكليزية إليزابيث عام 1600م.
لاحظ أورستد Oersted، في بداية القرن التاسع عشر الميلادي، انحراف الإبرة المغنطيسية الواقعة في جوار سلك مستقيم يمر فيه تيار كهربائي مستمر، واستنتج أن التيارات الكهربائية تولد حقولاً مغنطيسيةً في الفضاء المحيط بها. إن اكتشاف أورستد كان أول عملية ربط بين الظواهر الكهربائية والمغنطيسية، وعلى الأخص، الربط بين منشأ الحقول المغنطيسية والشحنات المتحركة.
التعريف، وحدة القياس
Alternative names for B[1] |
---|
|
Alternative names for H[1][2] |
|
خطوط المجال المغناطيسي
- مقالة مفصلة: خطوط المجال المغناطيسي
تُوصف الحقول المغنطيسية بوساطة خطوط الحقل المغناطيسي، على غرار وصف الحقل الكهربائي بخطوط الحقل الكهربائي. لمعرفة خطوط الحقل المغنطيسي، تُنثر كمية من برادة الحديد على لوح من الورق المقوَّى (الكرتون) وُضع عليه قضيب مغناطيسي، أو اخترقه تيار كهربائي ذو أشكال هندسية مختلفة، فيلاحظ أن قطع البرادة تتوجّه على طول خطوط الحقل لتعطي شكل تلك الخطوط، أما جهتها فتحدد بوساطة إبرة مغنطيسية توضع في نقاط الحقل المختلفة. تتوضع الإبرة بحيث تخترقها خطوط الحقل من قطبها الجنوبي إلى قطبها الشمالي. عندئذٍ، تُرسم خطوط الحقل ويشار إلى جهتها بسهم صغير يدل على جهة الحقل في النقطة المدروسة.
تختلف خطوط الحقل المغناطيسي عن خطوط الحقل الكهربائي الناتجة عن الشحنات الساكنة من حيث أنها ليست بذات بداية أو نهاية ويُقال إنها خطوط مغلقة سواء كان الحقل ناتجاً من التيارات المستمرة، أو من مغناطيس دائم. إن خطوط الحقل المغناطيسي، الناجمة عن المغناطيس، تبدو لأول وهلة كأنها تبدأ وتنتهي عند طرفيه. لكنها، في الحقيقة، تستمر داخل المغناطيس نفسه بسبب وجود الحقل المغناطيسي المكروسكوبي داخل المادة والذي ينشأ عن حركة الجسيمات المكروسكوبية المشحونة.
تُعّد الأجسام الممغنطة والتيارات الكهربائية والأجسام المشحونة المتحركة منابعَ للحقل المغنطيسي المكروسكوبي. إن جميع هذه المنابع، على اختلاف أنواعها، ذات طبيعة واحدة لأن الحقل المغنطيسي ينشأ نتيجةً لحركة الجسيمات المكروسكوبية المشحونة( إلكترونات وبروتونات وأيونات) من جهة، وبسبب امتلاك هذه الجسيمات عزوماً مغنطيسية ذاتية (سبينية) من جهة أخرى.
تستخدم خطوط الحقل لوصف الحقل المغناطيسي في نقاط الحقل المختلفة، ذلك أنه في كل نقطة من هذه الخطوط تكون متجهة حقل التحريض المغناطيسي على طول المماس لخط الحقل في تلك النقطة. ففي الأماكن التي تكون فيها قيم الحقل كبيرة تتقارب فيها خطوط الحقل، ويقال إن التدفق المغناطيسي، الذي يقدر بواحدة الفيبر Weber، كبيرٌ.أما في الأماكن التي يكون فيها الحقل ضعيفاً فإن خطوط الحقل تتباعد ويكون التدفق المغناطيسي صغيراً.
من جهة أخرى، الحقل المغنطيسي هو حقل قوة تُؤثر في الشحنات الكهربائية المتحركة وفي الأجسام التي تمتلك عزوماً مغنطيسية، بغض النظر عن حالة حركتها. في هذه الحالة، تحدد قيمة متجهة حقل التحريض المغنطيسي ، القوة التي تؤثر في شحنة كهربائية متحركة، وعلى الأجسام التي لها عزوم مغناطيسية، في النقطة المدروسة من الحقل. يُعبر عن شدة حقل التحريض المغناطيسي بواحدة التسلا Tesla التي ترتبط بواحدة التدفق بالعلاقة الآتية:
تبين التجربة، أن الحقول المغنطيسية تحقق مبدأ الانضمام superposition بمعنى أن الحقل المغنطيسي المحصل في نقطة ما، يساوي المجموع المتّجه للحقول المغناطيسية العنصرية في تلك النقطة.
تنشأ الحقول المغناطيسية المتغيرة من الحقول الكهربائية المتغيرة مع الزمن. وبالمقابل، عندما يتغير الحقل المغنطيسي مع الزمن ينشأ الحقل الكهربائي. أدخل الفيزيائي الإنكليزي فارادي Faraday عام 1845م مفهوم الحقل المغناطيسي وعدّ أن الأفعال المتبادلة الكهربائية والمغنطيسية تتحقق بوساطة حقل مادي واحد. أما الوصف الكامل للأفعال المتبادلة بين الحقول الكهربائية والمغنطيسية، فجاء على يد الفيزيائي الإنكليزي ماكسويل Maxwell عام 1873م الذي وضع النظرية الكلاسيكية للحقل الكهرطيسي وأوجد مجموعة من المعادلات، تحمل اليوم اسمه، يمكن بحلها تعيين الحقلين المغناطيسي والكهربائي.
تعتمد جميع التقنيات الكهربائية والراديوية والإلكترونية على استخدام الحقول المغناطيسية الضعيفة والمتوسطة (ضعيفة حتى 500 أورستد ومتوسطة من 500 حتى 40 كيلوأورستد) التي يمكن الحصول عليها بوساطة المغانط الدائمة والكهربائية والملفات غير المبردة ومغانط النواقل الفائقة. أما الحصول على الحقول المغناطيسية الشديدة (40 كيلوأورستد حتى 1 ميغاأورستد) فيتطلب استخدام ملفات النواقل الفائقة والملفات المبرَّدة بالماء والملفات النبضية. للحصول على الحقول الفائقة الشدة ( أشدّ من 1 ميغاأورستد) تُستخدم المولدات المغنطيسية الانفجارية التي تعتمد طريقةَ الانفجار الموجَّه في حقل مغنطيسي نبضي.[3]
المجال المغناطيسي ومغناطيس دائم
- مقالة مفصلة: مغناطيس
المجال المغناطيسي للمغناطيس دائم
الحقل المغناطيسي والتيارات الكهربائية
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
المغنطة
- مقالة مفصلة: المغنطة
المغناطيسية
- مقالة مفصلة: المغناطيسية
الطاقة المخزونة في المجالات المغناطيسية
- مقالة مفصلة: الطاقة المغناطيسية
الكهرومغناطيسية: العلاقة بين المجالات المغناطيسية والكهربائية
- مقالة مفصلة: كهرومغناطيسية
معادلات ماكسويل
- مقالة مفصلة: معادلات ماكسويل
المجالات الكهربائية والمغناطيسية: الجوانب المختلفة للظاهرة نفسها
- مقالة مفصلة: الكهرومغناطيسية النسبية
كم الديناميكا الكهربائية
الاستخدامات المهمة وأمثلة على المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي للأرض
- مقالة مفصلة: المجال المغناطيسي للأرض
المجالات المغناطيسية بالتناوب
- مقالات مفصلة: المجال المغناطيسي بالتناوب
- المولد
تأثير هول
- مقالة مفصلة: تأثير هول
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
الدوائر المغناطيسي
- مقالة مفصلة: الدائرة المغناطيسي
شكل المجال المغناطيسي
ثنائيات الاقطاب المغناطيسية
- مقالة مفصلة: ثنائي القطب المغناطيسي
Magnetic monopole (hypothetical)
استخدامات أخرى
يستخدم الحقل المغناطيسي إلى جانب الحقل الكهربائي في كثير من الأدوات وأجهزة القياس مثل أنابيب التلفاز ورواسم الاهتزاز وذلك لتحقيق انحراف حزمة الإلكترونات المنبعثة بحيث تسقط على أماكن محددة من الشاشة. استخدم طومسون Thompson عام 1897م مثل هذه الأنابيب في حساب نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته وحساب سرعة الإلكترون أيضاً. يستخدم التفاعل بين الحقل المغناطيسي والشحنات المتحركة في توليد الأشعة السينية من الشحنات المُسَرَّعة إلى سرعات عالية جداً، ويستخدم في مطياف الكتلة mass-spectrometer الذي يفصل نظائر العنصر الواحد بعضها عن بعض بعد تأيينها. يُستخدم الحقل المغناطيسي المتغير أيضاً في مسرعات الجسيمات المشحونة مثل البيتاترون betatron الذي يمكن بوساطته تسريع الإلكترونات إلى سرعة قريبة جداً من سرعة الضوء في الخلاء، فيستفاد منها في إصدار الأشعة السينية وأشعة شبيهة بأشعة غاما، التي تستخدم على نطاق واسع في الدراسات والبحوث النووية، وفي عمليات التعقيم الطبية والزراعية وغيرها. أما الأشعة السينية القاسية فتستخدم في الصناعة لكشف عيوب القطع المعدنية المصنعة. تستخدم الحقول المغناطيسية والكهربائية أيضاً في مسرعات الجسيمات المسماة السيكلوترون cyclotron والسينكروترون synchrotron.
انظر أيضاً
General
- Magnetohydrodynamics - the study of the dynamics of electrically conducting fluids.
- Magnetic nanoparticles - extremely small magnetic particles that are tens of atoms wide
- Magnetic reconnection - an effect which causes solar flares and auroras.
- Magnetic potential - the vector and scalar potential representation of magnetism.
- SI electromagnetism units - common units used in electromagnetism.
- Orders of magnitude (magnetic field) - list of magnetic field sources and measurement devices from smallest magnetic fields to largest detected.
- Upward continuation
Mathematics
- Magnetic helicity - extent to which a magnetic field "wraps around itself".
Applications
- Dynamo theory - a proposed mechanism for the creation of the Earth's magnetic field.
- Helmholtz coil - a device for producing a region of nearly uniform magnetic field.
- Magnetic field viewing film - Film used to view the magnetic field of an area.
- Maxwell coil - a device for producing a large volume of an almost constant magnetic field.
- Stellar magnetic field - a discussion of the magnetic field of stars.
- Teltron Tube - device used to display an electron beam and demonstrates effect of electric and magnetic fields on moving charges.
الهوامش
المصادر
- ^ أ ب Electromagnetics, by Rothwell and Cloud, p23
- ^ R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics, volume 2.
{{cite book}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ عصام الجغامي. "الحقل المغنطيسي". الموسوعة العربية.
قرااءت إضافية
وب
- Nave, R. "Magnetic Field Strength H". Retrieved 4 يونيو 2007.
- Oppelt, Arnulf (2 نوفمبر 2006). "magnetic field strength". Retrieved 4 يونيو 2007.
- "magnetic field strength converter". Retrieved 4 يونيو 2007.
كتب
- Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. (1969). Introduction to modern electromagnetics. McGraw-Hill. ISBN 0-07-018388-0.
{{cite book}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - Rao, Nannapaneni N. (1994). Elements of engineering electromagnetics (4th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-948746-8. OCLC 221993786.
- Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X. OCLC 40251748.
- Jackson, John D. (1999). Classical Electrodynamics (3rd ed.). Wiley. ISBN 0-471-30932-X. OCLC 224523909.
- Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0810-8. OCLC 51095685.
- Furlani, Edward P. (2001). Permanent Magnet and Electromechanical Devices: Materials, Analysis and Applications. Academic Press Series in Electromagnetism. ISBN 0-12-269951-3. OCLC 162129430.
- Thalmann, Julia K. (2010). Evolution of Coronal Magnetic Fields. uni-edition. ISBN 978-3-942171-41-0.
وصلات خارجية
معلومات
- Crowell, B., "Electromagnetism".
- Nave, R., "Magnetic Field". HyperPhysics.
- "Magnetism", The Magnetic Field. theory.uwinnipeg.ca.
- Hoadley, Rick, "What do magnetic fields look like?" 17 July 2005.
Field density
- Jiles, David (1994). Introduction to Electronic Properties of Materials (1st ed.). Springer. ISBN 0-412-49580-5.
Rotating magnetic fields
- "Rotating magnetic fields". Integrated Publishing.
- "Introduction to Generators and Motors", rotating magnetic field. Integrated Publishing.
- "Induction Motor – Rotating Fields". (dead link)
Diagrams
- McCulloch, Malcolm,"A2: Electrical Power and Machines", Rotating magnetic field. eng.ox.ac.uk.
- "AC Motor Theory" Figure 2 Rotating Magnetic Field. Integrated Publishing.
مقالات جرائد
- Yaakov Kraftmakher, "Two experiments with rotating magnetic field". 2001 Eur. J. Phys. 22 477-482.
- Bogdan Mielnik and David J. Fernández C., "An electron trapped in a rotating magnetic field". Journal of Mathematical Physics, February 1989, Volume 30, Issue 2, pp. 537–549.
- Sonia Melle, Miguel A. Rubio and Gerald G. Fuller "Structure and dynamics of magnetorheological fluids in rotating magnetic fields". Phys. Rev. E 61, 4111 – 4117 (2000).
المجالات المغناطيسية الدوارة
رسوم بيانية
|