المغناطيسية الكهربائية

قد يهمك أيضا

المغناطيسية الكهربائية 

1. مقدمة عن المغناطيسية الكهربائية 

الكهرومغناطيسية (المغناطيسية الكهربائية) وهي العلاقة بين المغناطيس والكهرباء أو بتعبير آخر الكهرومغناطيسية في فيزياء الحقل (المجال) الكهرومغناطيسي أي إنها فرع الفيزياء الذي يدرس الحقل الكهرومغناطيسي الذي يتألف بدوره من حقل كهربائي وحقل مغناطيسي. ينشأ الحقل الكهربائي عن الشحنات الكهربائية الساكنة التي تسبب القوى الكهربائية المسؤولة عن الكهرباء الساكنة والمحددة بقانون كولوم. تقود هذه الحقول الكهربائية المسؤولة عن الكهرباء الساكنة والمحددة بقانون كولوم. تقود هذه الحقول الكهربائية أيضاً إلى سريان التيار الكهربائي في الموصلات الكهربائية. أما الحقل المغناطيسي فهو ينتج عن المغانط المختلفة إضافة للشحن الكهربائية المتحركة، فعندما تسير شحنة كهربائية ضمن تيار كهربائي ينشأ عنها حقل مغناطيسي محيط بها. لذلك يصعب فصل هذين الحقلين عن بعضهما البعض في الكثير من الحالات. 

2. المغناطيس الطبيعي 

إذا كسرنا قضيباً مغناطيسياً نتج لدينا مغناطيسان كل منهما قطب شمالي وقطب جنوبي، ويمكن عن طريق التكسير المتتالي تقسيم المغناطيس إلى أي عدد كبير من المغناطيسات (الشكل التالي) . ويمكن ان نتصور استمرار هذه العملية حتى أصغر جسيم، وهو الذرة، لنصل إلى افتراض أن الذرة أيضاً مغناطيس له قطب شمالي وقطب جنوبي. وعلى ذلك فإن المغناطيس يتكون من عدد كبير من المغناطيسيات المفردة الصغيرة، وهي ما تسمى بالمغناطيسات الذرية أو المغناطيسات الجزيئية.

تتألف جميع المواد من ذرات بها نواة موجبة الشحنة تدور حولها إلكترونات سالبة الشحنة فحركة هذه الشحنات السالبة تكون تيارات كهربائية صغيرة مما يتسبب في إحداث مجال مغناطيسي ذري له عزم مغناطيسي ذري. 

وفي حالة عدم وجود أي مجال مغناطيسي خارجي تكون التيارات الصغيرة في اتجاهات مختلفة عشوائية كما في الشكل (أ) التالي مما يسبب في إحداث مجالات مغناطيسية ذرية محددة في حجم الذرة و محصلة التيارات والعزوم المغناطيسية في المادة تلغي بعضها بعضاً وبذلك لا يظهر أي أثر للمجال المغناطيسي ويشذ عن هذه الحالة المغناطيس الدائم. 

أما إذا وضعت المادة في مجال مغناطيسي خارجي، حثه B، فإن الفوة المغناطيسية المؤثرة على الشحنات المتحركة تغير من اتجاه مدار الإلكترونات في الذرات ومسار التيار للألكترونات الحرة في المعادن، ولذلك يتولد مجال مغناطيسي يكون اتجاهه مع اتجاه المجال الخارجي كما في حال المواد البارامغناطيسية كما في الشكل (ب) أو عكس اتجاه المجال الخارجي كما في حالة المواد الدايامغناطيسية. 

الشكل (أ) العزوم المغناطيسية في اتجاهات مختلفة عشوائية وذلك قبل وضعها في المجال المغناطيسي الخارجي. 

الشكل (ب) العزوم بعد وضعها في المجال الخارجي. 

3. المغناطيس الكهربائي: 

المغناطيس الكهربائي عبارة عن مغناطيس تتولد فيه المغناطيسية فقط بسبب تدفق تيار كهربائي خلال سلك ما. وعادة ما تُصنع المغناطيسات الكهربائية من ملف من السلك بعدد لفات كبيرة لزيادة التأثير المغناطيسي. ويُمكن زيادة المجال المغناطيسي الذي ينتجه الملف بوضع مادة مغناطيسية، كقضيب حديدي، داخل الملف. ويتسبب التيار المار خلال الملف في تحول الحديد إلى مغناطيس مؤقت. 

4. توليد مجال كهرومغناطيسي: 

عندما يمر تيار كهربائي خلال جزء من السلك فإنه يتولد مجال مغناطيسي حوله. وعند لف السلك حول قطعة من المعدن، مع ترك القطبين الشمالي والجنوبي مكشوفين يتمغنط المعدن، بحيث يصبح مغناطيساً كهربائياً. وعادة ما يستخدم تجار الحديد الخردة مغناطيسات كهربائية ضخمة لالتقاط السيارات القديمة، وعند فصل التيار الكهربائي عن المغناطيس فإنه يفقد قوته ويمكن إسقاط السيارة في مكان آخر. 

5. المجال المغناطيسي: 

المجال (الحقل) المغناطيسي هي قوة مغناطيسية تنشأ في الحيز المحيط بالجسم المغناطيسي أو الموصل الذي يمر به تيار كهربائي، أو بتعبير أبسط يمكن وصفها بأنها المنطقة المحيطة بالمغناطيس ويظهر فيها أثره (على مواد معينة). فإذا وضعت إبرة بوصلة في المجال المغناطيسي ذو قوة ما فإنها 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. 

ويمكن تمثيل المجال المغناطيسي بخطوط القوى المغناطيسية الشكل التالي بحيث تكون كثافة الخطوط كل وحدة مساحات من عنصر مساحة عمودية على اتجاه خطوط القوى وهي مقدار المجال المغناطيسي. يكون اتجاه المماس لخط القوى عند أية نقطة عليه معطياً اتجاه المجال المغناطيسي B عند تلك النقطة. 

6. المجال المغناطيسي الناتج عن موصل مستقيم يحمل تياراً مستمراً (قاعدة اليد اليمنى): 

عند وضع قطعة مغناطيس صغيرة بالقرب من سلك يحمل تيارا نرى أن المغناطيس يصبح تحت تأثير قوة شبيهة بالقوة التي تظهر بين قطبين مغناطيسيين. وبهذا فإن السلك الحامل للتيار يسلك سلوك قطب مغناطيسي ويؤثر في قطعة المغناطيس المجاورة له. فنقول عن قطعة المغناطيس بأنها واقعة في المجال المغناطيسي الناشىء عن مرور التيار في السلك ونمثل المجال المغناطيسي الذي يولده التيار بخطوط دائرية مركزها السلك ويكون الاتجاه المحدد على الخطوط هو اتجاه القوة المؤثرة في قطب شمالي مجاور للسلك وكما هو موضح في الشكل (أ) وينعكس اتجاه خطوط المجال عند عكس اتجاه التيار كما هو موضح بالشكل (ب)

ويمكن مشاهدة توزيع المجال المغناطيسي بنثر برادة حديد على ورقة موضوعة على قضيب مغناطيسي الشكل (أ) او ورقة يمر خلالها سلك يمر به تيار كهربائي الشكل (ب)

تتمثل القوة أو شدة المجال المغناطيسي بكثافة الخطوط التي تقطع مساحة متر مربع متعامدة معها. فكلما اقتربنا من السلك ازدادت القوة أو شدة المجال وبذلك ازدادت كثافة الخطوط وأصبحت الدوائر متقاربة. في حين أن المسافة تزداد بين الدوائر وتقل كثافة الخطوط عند الابتعاد عن السلك. 

7. الفيض (التدفق) المغناطيسي: 

الفيض المغناطيسي وكما عرف بالفيض الكهربائي سابقاً يمكن تعريفه على أنه عدد الخطوط المغناطيسية التي تعبر وحدة المساحات العمودية. افترض أن dA عبارة عن جزء مساحة صغير من سطح غير منتظم كما في الشكل التالي، فالفيض المغناطيسي يعبر عنه بشدة المجال المغناطيسي B مضروب في المساحة العمودية dA. ويرمز للفيض المغناطيسي بالرمزFm. 

إذ يمثل A المساحة التي يقطعها الفيض   . وتقاس بوحدة الويبر Wb-Weber. أما B فإنها تقاس بالتسلا ويرمز لها بالرمز T 

ووحدة Tesla هي وحدة كبيرة ويمكن استخدام وحدة الجاوس في نظام جاوس للوحدات حيث إن  :

حيث إن dA هو متجه المساحة وقيمته تعطي مقدار المساحة واتجاهه يكون دائما عمودياً على المساحة. 

حيث انه في الشكل السابق يلاحظ ان الفيض المغناطيسي يساوي صفراً لأن المتجه dA عمودي على متجه المجال B أي أن الفيض المغناطيسي يساوي صفرا عندما يكون المجال المغناطيس B موازيا لسطح المساحة ولا يقطعها عموديا عليها. 

وفي حالة الشكل السابق فإن الفيض المغناطيسي يساوي BxA لأن المتجه dA في نفس اتجاه متجه المجال B والزاوية المحصورة تساوي صفراً.

المرجع كتاب دوائر كهربائية 1 

للمزيد حول نفس الموضوع حمل كتاب دوائر كهربائية 1 .