كيف تستدل على وجود مجال مغناطيسي؟

كيف تستدل على وجود مجال مغناطيسي؟، المجال المغناطيسي من الموضوعات الفيزيائية التي أربكت العلماء، حول مصدر وطبيعة الطاقة التي يحملها المغناطيس وآلية عمله، وما الأشياء التي تنجذب إليها وتتأثر بالطاقة المغناطيسية، وبناءً على ما سبق فوق، ستمنحك الفرصة للتعرف على المعنى المرغوب فيه للمجال المغناطيسي وطرق الكشف من خلال قراءة التجارب العلمية السابقة ونتائجها الفيزيائية في هذا الصدد.

ما هو المجال المغناطيسي

يقصد بالمجال المغناطيسي القوة المغناطيسية التي تنشأ في النطاق المحيط بجسم مغناطيسي أو كائن متصل بتيار كهربائي يمر عبره، وفي وصف أبسط يمكننا القول أن المجال المغناطيسي هو المنطقة المحيطة بالمغناطيس حيث يؤثر أنواع معينة من المواد، مثل تأثيرها على إبرة البوصلة، والتي ستتحول حتمًا نحو مركز المجال المغناطيسي طالما أن البوصلة في مجالها المغناطيسي، مما يعني أن الجسيمات المشحونة ستتحرك بالفعل نتيجة لتأثرها بـ المجال المغناطيسي، وبالتالي يمكننا اعتبار أن القوة الناتجة عن حركة الشحنات الكهربائية في الأسلاك في المجال المغناطيسي هي التفسير العلمي لدوران المحركات الكهربائية.

كيف تستدل على وجود مجال مغناطيسي؟

يمكننا أن نلاحظ توزيع المجال المغناطيسي عن طريق نشر بعض برادة الحديد إما على ورقة موضوعة على قضيب مغناطيسي، أو على ورقة مقطوعة بواسطة سلك متصل بتيار كهربائي تتشكل التيارات التي تتشكل فيها التيارات الخارجية يذهب من الشمال إلى الجنوب، على عكس التيارات الداخلية التي تسير في الاتجاه المعاكس، ويمكن إنشاء مجال مغناطيسي عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر سلك، حيث تتشكل دوائر مغناطيسية حول السلك ويكون مركزه هو السلك نفسه يمكن للتيار الكهربائي أن يولد مجالًا مغناطيسيًا والعكس صحيح، ولكن كيف نعرف اتجاهه

أكدت التجارب أن اليد اليمنى تساعد في حل المحلول فإذا استقرت راحة اليد اليمنى على قاعدتها، فإن اتجاه الإبهام هو اتجاه التيار الكهربائي، بينما يكون اتجاه المجال المغناطيسي باتجاه الباقي من الأصابع يمكن التحكم بالمجال المغناطيسي فنقوم بزيادته بزيادة التيار الكهربائي القادم من الشمال إلى الجنوب.

خطوط المجال المغناطيسي

خطوط المجال المغناطيسي هي خطوط تخيلية يمكن استخدامها لاستنتاج الرسم البياني للمجال المغناطيسي وقد عرّفها الفيزيائيون على أنها خط وهمي يتتبع مسار حركة وحدة القطب الشمالي الافتراضية للمغناطيس، مما يجعلنا نرى ناتج التيار من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، ومدخله من خارج المغناطيس من جانبه الجنوبي إلى جانبه الشمالي.

خصائص المجال المغناطيسي

أي مجال مغناطيسي له خصائص عديدة يمكن للباحث ملاحظتها بسهولة تامة عن طريق التجربة البسيطة، ويمكن تلخيص هذه الخصائص على النحو التالي

  • تتكاثف الخطوط الوهمية حول القطبين وتنخفض في باقي المناطق بسبب الاختلاف في القوة المغناطيسية، وكلما اقتربنا من القطبين، كانت أقوى.
  • يتناسب عدد خطوط المجال المغناطيسي طرديًا مع قوة المجال المغناطيسي.
  • إنها خطوط مغلقة (أي مغلقة)، مما يعني أنها تمتد من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، ولا يمكن أن يكون هناك مجال مغناطيسي لقطب واحد، على عكس التيار الكهربائي، حيث توجد الشحنة الكهربائية وحدها.
  • لا يمكن أن تتقاطع هذه الخطوط، وإذا تقاطعت، فهذا يعني أن المغناطيس يحتوي على أكثر من مجال، وهو أمر غير مقبول عمليًا.
  • يختلف اتجاه المجال المغناطيسي حسب اتجاه خطوطه، يمكن أن يكون منحنيًا أو يمكن أن يكون مستقيماً.
  • قيمة التدفق المغناطيسي داخل السطح المغلق هي صفر، لأن عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق السطح المغلق من الداخل إلى الخارج يساوي بالتأكيد عددها من الخارج إلى الداخل.

قانون المجال المغناطيسي

تعني شدة المجال المغناطيسي مقدار القوة المؤثرة على جسيم يحمل شحنة كهربائية، لذلك نقسمها على ناتج سرعة الجسيم اللحظية مضروبة في حجم الشحنة الكهربائية والقوة المغناطيسية يمكن قياس المجال بجهاز يسمى مقياس جوس، أما الصيغة الرياضية للقانون فهي كالتالي

شدة المجال المغناطيسي = القوة المغناطيسية المؤثرة على الجزيء ÷ (السرعة اللحظية للجسيم المشحون × حجم الشحنة الكهربائية)، ولكل من هذه المفاهيم وحدته القياسية الخاصة به، على النحو التالي

شدة المجال المغناطيسي ورمزها (ب) = وحدات تسلا ورمزها (ر) القوة المغناطيسية المؤثرة على الجزيء ورمزها (و) = وحدات نيوتن ورمزها (ن) السرعة اللحظية للجسيم المشحون هي (v) = وحدته متر / ثانية ورمزه (م / ث) حجم الشحنة الكهربائية ورمزها (q) = وحدتها هي الكولوم ورمزها (ج) وهكذا، أصبحت معادلتها الرياضية كما يلي (ب = و / (ف * ت).

ما سبب تسمية أقطاب المغناطيس الشمال والجنوب بهذا الاسم

يرى الفيزيائيون الأرض كمغناطيس كبير بقطبين، قطب شمالي وقطب جنوبي، وبما أن الأقطاب ذات الشحنات المختلفة تجتذب بعضها البعض، نلاحظ أننا إذا علقنا مغناطيسًا صناعيًا بحرية، فإن نهايته الحرة ستتجه مغناطيسيًا الشمال، ومن الأرض يُعرف بالقطب الشمالي، وبالتالي فإن الجزء الذي كان يواجه الشمال كان يسمى القطب الشمالي، بينما يسمى الجانب الآخر الذي يواجه القطب الجنوبي الجغرافي بالقطب الجنوبي.

خصائص المغناطيس

للمغناطيس العديد من الخصائص التي يمكن استخدامها في حياتنا اليومية على النحو التالي

  • يحتوي المغناطيس على قطبين شمالي وجنوبي وسيشير بالتأكيد إلى الشمال إذا تم تعليقه بحرية.
  • الأقطاب هي المراكز الرئيسية التي تتجمع فيها القوة المغناطيسية.
  • قطبي المغناطيس لهما شحنة مختلفة، لذلك إذا كانت هناك أقطاب ذات شحنات مختلفة، فسوف تجذب بعضها البعض، وإذا كانت شحنة القطبين متشابهة، فسوف تتنافر.
  • إذا تم قطع المغناطيس، فإن أي قطعة منه سيكون لها قطبان، حتى مع اختلاف الأحجام، ولا يمكن أن يكون هناك مغناطيس عملي بقطب واحد فقط.

أبرز استخدامات المغناطيس

دخلت المغناطيسات جميع مجالات الحياة واليوم نجدها في الأجهزة الكهربائية ولها استخدامات عديدة في المنزل والطب الحديث والمزيد فيما يلي بعض الاستخدامات الشائعة للمغناطيس، بما في ذلك

  • وتشارك في صناعة المولدات الكهربائية والمحركات الميكانيكية.
  • أدخل صناعة الجرس.
  • ساهم مبدأ التنافر والجذب في تطوير صناعة السكك الحديدية والسكك الحديدية ومشاريعها.
  • تساعد المغناطيسات بائع الحلوى في فتح أنواع معينة من العلب.
  • دخل المغناطيس عالم الرافعات العملاقة في الموانئ البحرية وغيرها.
  • يساعد في معرفة الاتجاهات عن طريق تحديد الشمال المغناطيسي باستخدام البوصلة.

مقالات ذات صلة