المجال المغناطيسي
تسمى المنطقة المحيطة بالمغناطيس ، والتي تظهر فيها آثاره المغناطيسية ، المجال المغناطيسي.
فإذا وضعت في هذه المنطقة قطعة من مادة مغناطيسية تمغنطت بالتأثير ، وإذا كانت هذه القطعة قابلة للحركة انجذبت نحو المغناطيس ، أو جذبته إليها إذا كان هو القابل للحركة .
ويختلف التأثير المغناطيسي لمغناطيس عند نقطة ما في مجاله باختلاف شدة كل من قطبيه ، وباختلاف بعد كل من القطبين عن النقطة.
تعريف :
هو المنطقة ( الحيز ) المحيط بالمغناطيس من جميع الجهات - جميع المستويات حول المغناطيس - وتظهر فيها آثاره المغناطيسي
تخطيط المجال المغناطيسي
يمكن تخطيط المجال المغناطيسي لمغناطيس باستخدام برادة الحديد أو مسحوقًا ناعمًا من معدن النيكل ، أو باستخدام بوصلة صغيرة في حالة المجالات الضعيفة .
توضح الخطوط التي تتخذها برادة الحديد ، شكل المجال المغناطيسي عند أية نقطة ، وهي خطوط وهمية أطلق عليها فاراداي اسم خطوط القوة المغناطيسية أو خطوط الحث المغناطيسي ، وقد غيّر اسمها إلى خطوط الفيض المغناطيسي.
رسم أشكال خطوط المجال :
1 - ساق ممغنطة :
2 - مغناطيس حذاء الفرس :
3 - أقطاب مغناطيسية متماثلة :
4 - أقطاب مغناطيسية مختلفة :
5 - مغناطيسات متوازية أقطابها المتماثلة متجاورة :
6 - مغناطيسات متوازية أقطابها المختلفة متجاورة :
7 -أي شكل نختاره:
وهنا اخترنا الشكل التالي ، ويمكنكم رسم خطوط المجال لأي ترتيب تختارونه.
للمجال المغناطيسي صفتان أساسيتان يمكن قياسهما ، هما اتجاهه وشدته.
أولاً : من حيث الاتجاه :
ان اتجاه المجال المغناطيسي هو الاتجاه الذي يتحرك فيه قطب شمالي مفرد تحت تأثير القوى المؤثرة فيه عندما يوضع في مجال مغناطيس .
المسار الذي يتبعه القطب الشمالي المتحرك يمثل أحد خطوط القوة المغناطيسية التي افترضها ميشيل فاراداي ، واتجاه حركة القطب هو اتجاه محصلة القوى المؤثرة فيه.
وأسهل طريقة لتعيين اتجاه خط القوة في أي نقطة بالقرب من مغناطيس هي أن توضع بوصلة صغيرة في تلك النقطة ، فتستقر الإبرة المغناطيسية للبوصلة بحيث يتجه قطبها الشمالي نحو القطب الجنوبي للمغناطيس وقطبها الجنوبي نحو قطبه الشمالي، ويتخذ محورها اتجاهًا مماسًا لخط القوة ، وإذا كانت الإبرة صغيرة جدًا أمكن اعتبارها واقعة في خط القوة.
إنّ اتجاه المجال المغناطيسي يكون من القطب الشمالي للمغناطيس إلى القطب الجنوبي له.
عندما يترك القطب المغناطيسي الشمالي المفرد حرًا فإنه يتحرك في خط منحن ينتهي عند القطب الجنوبي للمغناطيس. وسبب حركته يرجع إلى أنه يتنافر مع القطب الشمالي للقضيب وفي نفس الوقت يتجاذب مع القطب الجنوبي ، ولما كانت النسبة بين هاتين القوتين متغيرة باستمرار كلما تغير مكان القطب المتحرك بالنسبة للقطبين الثابتين فإن الحركة تأخذ خطًا منحنيًا .
ثانيًا : من حيث الشدة :
تقاس شدة المجال المغناطيسي عند نقطة بمقدار القوة التي تؤثر في قطب شمالي مفرد حر الحركة شدته أمبير . متر واحد موضوع عند تلك النقطة من المجال .
وتتخذ كثافة خطوط القوة مقياسا لشدة المجال المغناطيسي.
المجال المغناطيسي المنتظم :
عندما تكون قيمة واتجاه المجال المغناطيسي ثابتتين فإن المجال المغناطيسي في هذه الحالة يكون منتظما ، ومثال ذلك المجال المغناطيسي بين قطبي مغناطيس على شكل حرف U ما عدا طرفي المغناطيس، وكذلك المجال المغناطيسي الأرضي - المركبة الأفقية لمجال الأرض - في مساحة محدودة من سطح الأرض ، وكذلك المجال المغناطيسي في داخل الملف الحلزوني ، ومثل هذا المجال المغناطيسي تكون خطوطه متوازية وقيمته ثابتة عند جميع نقاطه.
يمكن اتخاذ شكل خطوط الفيض وكثافتها عند نقطة ما دليلاً على شدة المجال المغناطيسي عند هذه النقطة ، ويستخدم اصطلاح كثافة الفيض المغناطيسي أو الحث المغناطيسي عند نقطة دالاً على شدة المجال المغناطيسي عند هذه النقطة.
خط القوة المغناطيسي :
هو المسار الذي يسلكه قطب مغناطيسي ( N ) شمالي حرَ الحركة في مجال مغناطيسي.
خواص خطوط القوة المغناطيسية:
1 - لا تتقاطع خطوط القوة ، ولوحدث ذلك فإنه في نقطة التقاطع يمكن أن يأخذ القطب المغناطيسي الشمالي المفرد حرّ الحركة اتجاهين مختلفين وهذا محال.
2 - يوجد المجال المغناطيسي في جميع الجهات في الفراغ ولا يقتصر على مستوى واحد .
3 - تبدأ خطوط القوة من قطب مغناطيسي شمالي وتنتهي بقطب مغناطيسي جنوبي.
4 - تسلك خطوط القوة وكأنها خيوط مرنة مشدودة ، تحاول تقصير طولها.
5 - تتنافر خطوط القوة مع بعضها البعض.
6 - تكثر خطوط القوة في المناطق التي تكون فيها شدة المجال المغناطيسي كبيرة ، ويقل تباعدها كلما قلت شدة المجال المغناطيسي ، وتكون مستقيمة ومتوازية في المجال المغناطيسي المنتظم.
7 - تتزاحم خطوط القوة داخل المواد المغناطيسية.
8 - يمثل المماس لخط القوة عند نقطة ، شدة المجال مقدارًا واتجاهًا عند تلك النقطة.
الحجب المغناطيسي :
تنفذ خطوط المجال في المواد غير المغناطيسية مثل الماء والزجاج والهواء أو الفراغ ، بمعنى أن المواد غير المغناطيسية شفافة لخطوط المجال . أما إذا وضعت قطعة من الحديد وهي مادة مغناطيسية في مجال مغناطيسي ، فإن خطوط المجال تتزاحم وتتكاثف بداخلها أكثر من حالة مرورها في الهواء ، ويرجع ذلك إلى ما يسمى بـ النفاذية المغناطيسية للوسط.
إن التأثير المغناطيسي للمغناطيس ينفذ خلال المواد غير المغناطيسية سواء كانت صلبة أم سائلة أم غازية ، ولكنه يضعف ولا ينفذ خلال المواد المغناطيسية ، ولهذا تستخدم المواد المغناطيسية كحواجز لحجب الأثر المغناطيسي .
فمثلا تستخدم المواد المغناطيسية كحواجز مغناطيسية في بعض الأجهزة والتطبيقات العملية ، فإذا ما أريد حماية جهاز من التأثيرات المغناطيسية فإنه يوضع داخل غلاف أو صندوق من الحديد المطاوع .
وغالبًا ما توضع أجهزة القياس كالأميتر والفولتيمتر داخل صناديق من الحديد المطاوع لحمايتها من التأثيرات المغناطيسية الخارجية.
نقطة التعادل :
هي النقطة التي يكون فيها المجل المغناطيسي منعدمًا أو هي نقطة تأثير قوتين أو مجالين مغناطيسيين متساويين في المقدار ومتضادين في الاتجاه ، أي أن محصلة القوى المغناطيسية أو شدة المجال عندها تساوي صفرًا.
المجال المغناطيسي لقضيب مغناطيسي موضوع في مجال الأرض المغناطيسي :
أولاً : شكل وخواص المجال المغناطيسي لقضيب ممغنط وقطبه الشمالي نحو الشمال :
تتأثر إبرة البوصلة بمجالين مغناطيسيين هما : مجال المغناطيس ، والمركبة الأفقية لمجال الأرض المغناطيسي ، فتستقر الابرة في اتجاه محصلتهما كما بالرسم.
يلاحظ في الشكل أن في النقط القريبة من المغناطيس حيث تغلب قوى المغناطيس لا يظهر أثر للمجال المغناطيسي الناشئ عن المغناطيسية الأرضية في مجال المغناطيس بينما في النقط البعيدة عنه لا يظهر أثر لمجال المغناطيس في مجال الأرض ، وأما بين الأثنين فيظهر أثر كل منهما في الآخر.
وفي الجانبين الشرقي والغربي للمغناطيس نلاحظ أن مجال الأرض ومجال المغناطيس مختلفان في الاتجاه ولهذا نجد في كل من الجانبين نقطة تعادل حيث يتساوى المجالان في الشدة ويتضادان في الاتجاه ، وإذا وضعت البوصلة عند أي منهما فإنها لا تستقر في اتجاه مفضل ، بل تتخذ أي اتجاه .
وبين نقطة التعادل والمغناطيس تخضع البوصلة لفعل المغناطيس فيتجه قطبها الشمالي للجنوب نحو القطب الجنوبي للمغناطيس ، وأما وراء نقطة التعادل بعيدا عن المغناطيسفتخضع البوصلة لفعل الأرض فيتجه قطبها الشمالي نحو الشمال ، وفي نقطة التعادل نفسها تتخذ الابرة أي اتجاه كان.
عند نقطة التعادل تكون المركبة الأفقية لمجال الأرض تساوي في المقدار وتضاد في الاتجاه كثافة الفيض المغناطيسي للمغناطيس .
المجال المغناطيسي لقضيب ممغنط وقطبه الشمالي نحو الجنوب :
في هذه الحالة نجد نقطتي التعادل على امتداد محور المغناطيس أمام قطبي المغناطيس وبين نقطتي التعادل على المحور تخضع البوصلة لفعل المغناطيس وفيما وراءهما على المحور بعيدًا عن المغناطيس تخضع البوصلة للمغناطيسية الأرضية ويتجه قطبها الشمالي نحو الشمال ، وأما في منطقتي التعادل فلا تكون إبرة البوصلة متأثرة بأية قوة مغناطيسية فتتخذ أي اتجاه توضع فيه.
خلاصة الدرس الثالث
تعريف المجال المغناطيسي :
هو المنطقة المحيطة بالمغناطيس من جميع الجهات وتظهر فيها آثاره المغناطيسية.
تخطيط المجال المغناطيسي :
يمكن تخطيط المجال المغناطيسي باستخدام برادة الحديد أو مسحوقًا ناعمًا من النيكل ، أو باستخدام بوصلة صغيرة.
للمجال المغناطيسي صفتان أساسيتان يمكن قياسهما وهما اتجاهه وشدته .
إن اتجاه المجال المغناطيسي يكون من القطب المغناطيسي الشمالي إلى القطب المغناطيسي الجنوبي ، وتتخذ كثافة خطوط المجال المغناطيسي مقياسًا لشدة المجال المغناطيسي.
المجال المغناطيسي المنتظم :
هو المجال المغناطيسي الذي تكون جميع خطوطه متوازية وشدته ثابتة عند جميع نقاطه .
ترقبوا الدرس القادم ... سيكون حول حساب مقدارالقوة المغناطيسية
تحياتي لكم جميعا
