مجال مغناطيسي

(تم التحويل من حقل مغناطيسي)
كهرومغناطيسية
Solenoid.svg
كهرباء • مغناطيسية
 ع  ن  ت


المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي حول سلك

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

One of the first drawings of a magnetic field, by René Descartes, 1644. It illustrated his theory that magnetism was caused by the circulation of tiny helical particles, "threaded parts", through threaded pores in magnets.

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]
  • Magnetic flux density
  • Magnetic induction
  • Magnetic field
Alternative names for H[1][2]
  • Magnetic field intensity
  • Magnetic field strength
  • Magnetic field
  • Magnetizing field

خطوط المجال المغناطيسي

Compasses reveal the direction of the local magnetic field. As seen here, the magnetic field points towards a magnet's south pole and away from its north pole.
The direction of magnetic field lines represented by the alignment of iron filings sprinkled on paper placed above a bar magnet.

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.

نماذج خطوط الحقل المغنطيسي الناجمة عن بعض المغانط والتيارات.jpg

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

المجال المغناطيسي للمغناطيس دائم

المقالةs الرئيسية: Magnetic moment and Two definitions of moment
The magnetic pole model: two opposing poles, North (+) and South (-), separated by a distance d produce an H-field (lines).
The Amperian loop model: A current loop (ring) which goes into the page at the x and comes out at the dot produces a B field (lines). The north pole is to the right and the south to the left.


torque on a dipole: An H field (to right) causes equal but opposite forces on a N pole (+q) and a S pole (-q) creating a torque.
Cross product: |a × b| = a b sinθ.

الحقل المغناطيسي والتيارات الكهربائية

Right hand grip rule: a current flowing in the direction of the white arrow produces a magnetic field shown by the red arrows.
Charged particle drifts in a magnetic field with (A) no net force, (B) an electric field, E, (C) a charge independent force, F (e.g. gravity), and (D) an inhomogeneous magnetic field, grad H.
The right-hand rule: Pointing the thumb of the right hand in the direction of the conventional current and the fingers in the direction of the B-field the force on the current points out of the palm. The force is reversed for a negative charge.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المغنطة

المغناطيسية

الطاقة المخزونة في المجالات المغناطيسية

انظر أيضاً: Magnetic hysteresis

الكهرومغناطيسية: العلاقة بين المجالات المغناطيسية والكهربائية

معادلات ماكسويل

Magnetic field, like all pseudovectors, changes sign when reflected in a mirror: When a current carrying loop (black) is reflected in a mirror (dotted line), its magnetic field (blue) is reflected and reversed.

المجالات الكهربائية والمغناطيسية: الجوانب المختلفة للظاهرة نفسها

كم الديناميكا الكهربائية

انظر أيضاً: Standard Model و quantum electrodynamics

الاستخدامات المهمة وأمثلة على المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي للأرض

A sketch of Earth's magnetic field representing the source of the field as a magnet. The geographic north pole of Earth is near the top of the diagram, the south pole near the bottom. The south pole of that magnet is deep in Earth's interior below Earth's North Magnetic Pole.

المجالات المغناطيسية بالتناوب

تأثير هول

الدوائر المغناطيسي

شكل المجال المغناطيسي

Schematic quadrupole magnet ("four-pole") magnetic field. There are four steel pole tips, two opposing magnetic north poles and two opposing magnetic south poles.

ثنائيات الاقطاب المغناطيسية

Magnetic field lines around a ”magnetostatic dipole” pointing to the right.
انظر أيضاً: Spin magnetic moment و Micromagnetism


Magnetic monopole (hypothetical)

المقالة الرئيسية: Magnetic monopole

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

Mathematics

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

  1. ^ أ ب Electromagnetics, by Rothwell and Cloud, p23
  2. ^ R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics, volume 2. 
  3. ^ عصام الجغامي. "الحقل المغنطيسي". الموسوعة العربية. 

قرااءت إضافية

قالب:Further reading cleanup

وب

كتب

وصلات خارجية

معلومات

Field density

  • Jiles, David (1994). Introduction to Electronic Properties of Materials (1st ed.). Springer. ISBN 0-412-49580-5.

Rotating magnetic fields

Diagrams

مقالات جرائد

المجالات المغناطيسية الدوارة

رسوم بيانية