كيف يتم الاستدلال على وجود مجال مغناطيسي المجال المغناطيسي هو أحد الموضوعات في الفيزياء التي تحير العلماء، حول مصدر وطبيعة الطاقة التي يحملها المغناطيس وآلية عمله، وما الأشياء التي تنجذب إليها وتتأثر بالطاقة المغناطيسية، وبناءً على ما سبق، سوف يمنحك فرصة لمعرفة المعنى المقصود من المجال المغناطيسي وطرق الكشف، من خلال قراءة التجارب العلمية السابقة ونتائجها المادية في هذا الصدد.
محتويات
المجال المغناطيسي
يعني المجال المغناطيسي القوة المغناطيسية الناشئة داخل النطاق المحيط بجسم مغناطيسي أو كائن متصل بتيار كهربائي يمر عبره، وفي وصف أبسط يمكننا القول أن المجال المغناطيسي هو المنطقة المحيطة بالمغناطيس الذي يقع فيه. يؤثر على أنواع معينة من المواد، مثل تأثيره على إبرة البوصلة التي ستدور حتمًا باتجاه مركز المجال المغناطيسي، طالما أن البوصلة داخل مجالها المغناطيسي، مما يعني أن الجسيمات المشحونة ستتحرك نتيجة للتأثر بواسطة المجال المغناطيسي، وبالتالي يمكننا اعتبار أن القوة الناتجة عن حركة الشحنات الكهربائية في الأسلاك داخل المجال المغناطيسي هي التفسير العلمي لدوران المحركات الكهربائية.
كيف يتم الاستدلال على وجود مجال مغناطيسي
يمكننا أن نلاحظ توزيع المجال المغناطيسي عن طريق نشر بعض برادة الحديد على ورقة موضوعة على قضيب مغناطيسي أو على ورقة مقطوعة بواسطة سلك متصل بتيار كهربائي. تتشكل التيارات التي تنطلق منها التيارات الخارجية 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 مركزها هو السلك نفسه. يمكن للتيار الكهربائي أن يولد مجالًا مغناطيسيًا والعكس صحيح، ولكن كيف نعرف اتجاهه
أكدت التجارب أن اليد اليمنى تساعد في 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 في المجال المغناطيسي، لذلك نقوم بزيادته عن طريق زيادة التيار الكهربائي الذي ينتقل من الشمال إلى الجنوب.
ما هي 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 خروج تيار من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، ودخوله من الخارج للمغناطيس من جانبه الجنوبي إلى الجانب الشمالي.
قائمة بخصائص خطوط المجال المغناطيسي.
أي مجال مغناطيسي له العديد من الخصائص التي يمكن للباحث ملاحظتها بسهولة عن طريق التجربة، ويمكن تلخيص هذه الخصائص على النحو التالي
- تتكاثف الخطوط الوهمية حول القطبين وتنخفض في باقي المناطق، بسبب الاختلاف في القوة المغناطيسية، كلما اقتربنا من القطبين، كلما كانت أقوى.
- يتناسب عدد خطوط المجال المغناطيسي طرديًا مع قوة المجال المغناطيسي.
- إنها خطوط مغلقة (أي مغلقة)، بمعنى 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، إذا عبرت، فهذا يعني أن المغناطيس يحتوي على أكثر من مجال واحد، 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 حاصل ضرب السرعة اللحظية للجسيم مضروبة في حجم الشحنة الكهربائية، وقوة المجال المغناطيسي يمكن يقاس بجهاز يسمى جوس متر 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 وحدتها القياسية الخاصة بها، على النحو التالي
شدة المجال المغناطيسي ورمزه (ب) = وحدات تسلا ورمزها (ر) القوة المغناطيسية المؤثرة على الجزيء ورمزه (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، كانت معادلته الرياضية على النحو التالي (ب = و / (ف * ت).
لماذا يسمى أقطاب المغناطيس الشمال والجنوب
يرى الفيزيائيون الأرض كمغناطيس كبير بقطبين، قطب شمالي وقطب جنوبي، وبما أن أقطاب الشحنات المختلفة تجتذب بعضها البعض، نلاحظ أننا إذا علقنا مغناطيسًا صناعيًا بحرية، فسيتم توجيه نهايته الحرة إلى المجال المغناطيسي. الشمال، والأرض تعرف بالقطب الشمالي، وبالتالي فإن الجانب المواجه للشمال يسمى القطب الشمالي، بينما الجانب الآخر الذي يواجه القطب الجنوبي الجغرافي يسمى القطب الشمالي، الجنوب.
خصائص المغناطيس
للمغناطيس العديد من الخصائص التي يمكن استخدامها في حياتنا اليومية، وهي كالتالي
- يحتوي المغناطيس على قطبين شمالي وجنوبي، وسيشير بالتأكيد إلى الشمال إذا تم تعليقه بحرية.
- الأقطاب هي المراكز الرئيسية حيث تتراكم القوة المغناطيسية.
- قطبي المغناطيس لهما شحنة مختلفة، لذلك إذا كانت هناك أقطاب ذات شحنات مختلفة، فسوف تجذب بعضها البعض، وإذا كانت الشحنات على القطبين متشابهة، فسوف تتنافر.
- في حالة قطع المغناطيس، فإن أي قطعة منه سيكون لها قطبان، حتى مع اختلاف الأحجام، فلا يمكن أن يكون هناك مغناطيس عملي بقطب واحد فقط.
يستخدم المغناطيس
دخلت المغناطيسات كافة مجالات الحياة، ونجدها اليوم في الأجهزة الكهربائية، ولها استخدامات مختلفة في المنزل، والطب الحديث، وغيرها، وفيما يلي بعض الاستخدامات الشائعة للمغناطيس، ومنها
- وهي مخصصة لتصنيع المولدات الكهربائية والمحركات الميكانيكية.
- أدخل صناعة الجرس.
- ساهم مبدأ التنافر والجذب في تطوير الصناعة ومشاريع السكك الحديدية والقطارات.
- تساعد المغناطيسات بائع الحلوى في فتح بعض أنواع العلب.
- دخل المغناطيس عالم الرافعات الضخمة في الموانئ البحرية وغيرها.
- يساعد في معرفة الاتجاهات عن طريق تحديد الشمال المغناطيسي باستخدام البوصلة.
هكذا؛ مع معرفتنا بالاستخدامات الشائعة للمغناطيس، توصلت أنا وأنت إلى استنتاج موضوع بحثنا، بعنوان كيف يتم استنتاج وجود مجال مغناطيسي من خلال فقراته، توصلنا إلى معرفة معنى المجال المغناطيسي وقانون حساب قوته وخصائصه.