مفهوم الحقل المغناطيسي

1. مفهوم الحقل المغناطيسي :

1-1. تعريف المغناطيس: هو كل جسم يمتاز بخاصية جذب برادة الحديد ويجذب أيضا الحديد والفول ذ والنيكل والكوبالت وكل السبائك التي تحتوي على هذه المعادن.

للمغناطيس قطبين من نوعين مختلفين شمالي (N) وجنوبي (S)، حيث أن قطبين من نفس النوع يتنافران وقطبين من نوعين مختلفين يتجاذبان.

اشكال المغانط

2-1. الإبرة المغناطيسية: عبارة عن إبرة فولاذية ممغنطة يمكنها الدوران حول محور تستعمل لتعين قطبا المغناطيس وتأخذ وضعا موازيا تقريبا للخط الجغرافي (شمال – جنوب) عندما تكون بعيدة عن كل التأثيرات المغناطيسية.

3-1. تعريف الحقل المغناطيسي: هو حيز من الفراغ، لو يوضع فيه جسم ممغنط مثل إبرة مغناطيسية أو جسم قابل للتمغنط مثل برادة الحديد يخضع إلى تأثير ميكانيكي يدعى القوة المغناطيسية.

للحقل المغناطيسي ثالث مصادر أساسية:

مغناطيس طبيعي .
تيار كهربائي .
الأرض (حقل مغناطيسي أرضي).

نكشف عن وجود حقل مغناطيسي في منطقة ما بواسطة إبرة مغناطيسية أين تأخذ هذه الأخيرة وضع مستقر معين، أو بواسطة جهاز التسلا متر بحيث يقرب الملتقط إلى مجال الحقل المغناطيسي .

جهاز التسلا متر

4.1. خطوط الحقل المغناطيسي: عند نثر برادة الحديد على سطح يحتوي تحته مغناطيسا، نلاحظ توزيع حبيبات البرادة وفق خطوط وهمية تربط بين القطبين مكونة ما نسميه الطيف المغناطيسي أو خطوط الحقل المغناطيسي، وشكل هذه الخطوط يتغير بتغير مصدر الحقل المغناطيسي .

تشكل خطوط الحقل عند نشر برادة الحديد

خطوط الحقل المغناطيسي تدخل من القطب الجنوبي للمغناطيس وتخرج من القطب الشمالي له، أي جهتها من القطب الشمالي (N) للمغناطيس إلى القطب الجنوبي (S) له.

الحقل المغناطيسي المنتظم :

يكون الحقل المغناطيسي منتظما، عندما تكون خطوطه متوازية، وعندها تنطبق أشعة الحقل المغناطيسي على خطوطه ويكون لها نفس الشدة في جميع النقاط مثل مغناطيس على شكل حرف (U).

5-1- شعاع الحقل المغناطيسي وخصائصه : يتميز الحقل المغناطيسي في كل نقطة من نقاطه بشعاع يسمى شعاع الحقل المغناطيسي ويرمز له بـ B ويقاس بوحدة التسلا (T).

يتميز شعاع الحقل المغناطيسي بالخواص التالية:

نقطة تطبيقه هي النقطة المعتبرة.
حامله يكون منطبق على حامل إبرة مغناطيسية
موضوعة في النقطة المعتبرة ويكون مماسي لخط الحقل المغناطيسي .
جهته تكون من جنوب الإبرة المغناطيسية نحو شمالها (S→N)

تراكب حقلين مغناطيسين:

في النقطة (O) مكان وجود الإبرة المغناطيسية يولد المغناطيسيين حقلين B1 , B2 بحيث تتأثر الإبرة المغناطيسية بالحقل B الكلي الناشئ عن الحقلين المذكورين حيث:

حيث الزاوية θ هي الزاوية بين الشعاعين B1 و B2

ويمكن حساب احدى مركبات الحقلين B1 , B2 بالعلاقة:

ملاحظة :

2. الحقل المغناطيسي لتيار كهربائي :

1-2. تجربة أورستد:

أول من اكتشف تجريبيا أثر التيار الكهربائي على مغناطيس هو العالم الدانماركي أورستد الذي لحظ انحراف إبرة مغناطيسية كانت موضوعة بجوار سلك ناقل إثر مرور تيار كهربائي فيه. بعد إعادته للتجربة توصل أورستد إلى النتيجة التالية:

يمكن للحقل المغناطيسي أن ينشأ عن مرور تيار كهربائي بناقل، حيث أن إبرة مغناطيسية متوازنة موجودة بجوار الناقل يمكنها أن تنحرف يمينا وشمال، كما أن جهة ومقدار الانحراف تتعلق بجهة وشدة التيار الكهربائي المار بالناقل.

2-2. تحديد جهة الحقل المغناطيسي لتيار كهربائي:

هناك عدة طرق لتحديد جهة شعاع الحقل المغناطيسي أهمها:

قاعدة رجل أمبير: تعتمد هذه القاعدة على تخيل رجل مستلق على السلك حيث يدخل التيار من رجليه ويخرج من رأسه وهو ينظر إلى النقطة المعتبرة ويمد يده اليسرى عموديا على جسده مشيرا بها إلى جهة الحقل.

قاعدة اليد اليمنى: نضع اليد اليمنى مفتوحة أمام السلك بحيث يشير الإبهام لجهة التيار ثم نضم الأصابع الأخرى لغلق اليد على السلك فتنغلق مشيرة لجهة الحقل.