ويكيبيديا

حقل مغناطيسي: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً
[مراجعة غير مفحوصة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
Ciphers (نقاش | مساهمات)
82٬097 edits
الرجوع عن 6 تعديلات معلقة من Boudali 48 و Federico Leva (BEIC) إلى نسخة 15331998 من Khalil23i006.
سطر 1:
{{كهرومغناطيسية}}
اعتقد في الماضي أن ظاهرة المغناطيسية وظاهرة الكهرباء قوتان منفصلتان . ولكن تلك الرؤية تغيرت عن طريق جيمس ماكسويل في عام 1873 في رسالة علمية تحت عنوان "دراسات عن الكهرباء والمغناطيسية" حيث بين أن التأثير بين شحنات موجبة وسالبة تتحكم فيه قوة واحدة . وبين "ماكسويل" أنه توجد أربعة تأثيرات لتلك التفاعلات المتبادلة ، تظهر جميعها خلال التجارب العملية:
تتجاذب الشحنات الكهربائية أو تتنافر من بعضها البعض بقوة تتناسب تناسبا عكسيا مع مربع المسافة بينهما و تتجاذب الشحنات المتضادة (سالبة ، وموجبة) ، وتتنافر الشحنات المتماثلة .
لأقطاب المعناطيسية تتجاذب أو تتنافر بطريقة مماثلة لسلوك الشحنات الكهربائية ، ويوجد للمغناطيس نوعين من الأقطاب حيث يرتبط قطب شمالي دائما بقطب جنوبي .
ينتج التيار الكهربائي مجالا مغناطيسيا دائريا حول السلك ، ويكون اتجاه دورانه (إما في اتجاه عقارب الساعة أو في عكس اتجاهها ) بحسب اتجاه التيار في السلك ، بحيث عندما يتحرك السلك في مجال مغناطيسي ينشأ فيه بالتأثير تيار كهربائي ، كما ينشأ تيار كهربائي عند تحرك مغناطيسي إلى سلك أو مبتعدا عنه ، ويعتمد اتجاه التيار على اتجاه حركة المغناطيس.
'''تعريف''' :
الحقل المغناطيسي و الحقل الكهربائي هما مركبتان للحقل الكهرومغناطيسي معرفة بالكهرومغناطيسية . الأمواج الكهرومغناطيسية قادرة على القيام بحركة في الفضاء و في أغلبية المواد تكون ذلك.
====لمحة تاريخية==== :
منذ القرن السادس قبل الميلاد، الفلاسفة الإغريق اهتموا بوصف و شرح أثار المعادن الغنية بالمغناتيت (أكسيد الحديد المغناطيسي)
لاحظ هانز أورستد في 21 أبريل 1820 وهو يُعد أحد التجارب أن إبرة البوصلة تنحرف عن اتجاهها نحو الشمال عندما كان يغلق ويفتح التيار في دائرة كهربائية يُعدها . وأقنعة التامل في تلك الظاهرة بأن تيارا كهربائيا يمر في سلك يتسبب في حدوث مجالا مغناطيسيا حول السلك ، طبقا لانتشار الضوء وتأكد من وجود علاقة بين الكهرباء والمغناطيسية .ولم يستطع أورستد تفسير تلك الظاهرة ولم يصيغها في معادلة رياضية تصف سلوكها . ولكنه ركز البحث في تلك الظاهرة بعدها بثلاثة أشهر ، وقام بنشر رسالة علمية مبينا أن مرور تيار كهربائي يتسبب في نشأة مجالا مغناطيسيا حوله . وقد سميت وحدة اورستد للحث الكهرومغناطيسي في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية cgs بإسمه تكريما لإنجازاته العلمية على هذا السبيل.
'''جيمس ماكسويل''':
كانت نتائجئه اعم على ابحاث مستفيضة للعلماء عن الحركية الكهربائية . واستطاع الفيزيائي الفرنسي أندريه أمبير صياغة معادلة رياضية واحدة تصف القوة المغناطيسية بين سلكين يمر فيهما تيار .يعتبر هذا التوحيد بين المغناطيسية والكهرباء والذي شاهده فاراداي ، ثم صاغه ماكسويل بالإضافة إلى ما قام به هاينريش هيرتز من اعمال ، يعتبر من أهم الإنجازات العلمية في القرن التاسع عشر في مجال الفيزياء النظرية. وتعلقت بها تبعات هامة ، من ضمنها فهم طبيعة الضوء.
ومع اكتشاف نظرية الكم في مطلع القرن العشرين تعمق فهمنا للضوء و للموجات الكهرومغناطيسية، فنعرف اليوم أن تلك الأشعة في صورة كمومية وتنتشر ذاتيا في هيئة مجال كهرومغناطيسي ترددي . وباختلاف تردد الاهتزاز تنتج أنواع مختلفة من الأشعة الكهرومغناطيسية ، منها الموجات الراديوية ذات الترددات المنخفضة ، إلى الضوء المرئي ذو ترددات متوسطة ، إلى أشعة إكس ذات تردد عالي ، ثم إلى أشعة جاما ذات الترددات العالية جدا .و لم يكن " أورستد" العالم الوحيد الذي ربط بين الكهرباء
والمغناطيسية . في عام 1802 قام العالم الإيطالي "جيان روماجنوزي" بدراسة انحراف إبرة البوصلة في وجود شحنات كهرباء ثابتة. ولكن لم ينتبه العلماء إلى هذا الاكتشاف في عام 1802 .
 
وفي الفيزياء، الحقل المغناطيسي هو مقدار له خاصية الحقل الشعاعي، معناه له (قانون، معيار، نموذج، قاعدة و اتجاه) وله حامل معرف في كل نقطة من الفضاء، يسمح بنمذجة و تكميم التأثيرات المغناطيسية للتيار الكهربائي او المواد المغناطيسية مثل المغناطيس الدائم .
 
 
السطر 23 ⟵ 8:
كل [[الجسيمات]] المشحونة المتحركة تُنتج حقلاً مغناطيسياً. وتنتج بعض الجسيمات، مثل [[الإلكترونات]]، حقولاً مغناطيسية معقدة لكن معروفة جيداً، حيث تعتمد على شحنة وسرعة وتسارع
الجسيمات. تتشكل الخطوط المغناطيسية في "دوائر متحدة المركز" حول موصل اسطواني لحامل التيّار، مثل قطعة من سلك. ويُمكن تحديد اتجاه حقل مغناطيسي كهذا باستخدام "[[قاعدة قبضة اليد اليمنى]]". وتتناقص قوة المجال المغناطيسي في تناسب عكسي مع مربع المسافة بينه وبين الموصل.انحناء السلك الحامل للتيّار إلى حلقة يركّز المجال المغناطيسي داخلها في حين يُضعفه خارجها. وانحناء سلك إلى عدة حلقات متقاربة - أو متباعدة - لتشكل ملفاً يعزز ويزيد هذا التأثير. وسلك حول مركز حديدي يُمكن أن يخلق مغناطيساً كهربائياً، يولّد بدوره مجالاً مغناطيسياً قوياً وقابلاً للتحكم بسهولة. يملك مغناطيس كهربائي لا نهائي الطول مجالاً مغناطيسياً منتظماً داخله، ولا يملك واحداً خارجه. أما المغناطيس الكهربائي محدود الطول فيولّد جوهرياً نفس المجال المغناطيس لـ"[[مغناطيس دائم]]" منتظم من نفس الحجم والشكل، وتعتمد قوّته وقطبيه على التيار المتدفق من خلال [[الملف]].
 
 
== ''"B"'' و''"H"'' ==
السطر 43 ⟵ 29:
 
يُقاس "مجال-B" ب[[نظام الوحدات الدولي]] بوحدات: [[تسلا (وحدة)|التسلا]] و[[جاوس (وحدة)|الغاوس]] و[[نظام وحدات غرام سنتيمتر ثانية|س-غ-ث]].
 
التيار الكهربائي عبارة عن مغناطيس تتولد فيه المغناطيسية فقط بسبب تدفق تيار كهربائي خلال سلك ما. وعادة ما تُصنع المغانط الكهربائية من لفاف من السلك - ما يسمى بـ " الوشيعة " - بعدد لفات كبير لزيادة التأثير المغناطيسي(المغنطه). ويُمكن زيادة المجال المغناطيسي الذي تنتجه الوشيعة بوضع مادة مغناطيسية خاصة، كقضيب حديدي، داخل الوشيعات. ويتسبب التيار المار خلال الوشيعة في تحول الحديد (الحديد المطاوع) إلى مغناطيس مؤقت.
'''الموجات الكهرومغناطيسية'''
ينتقل الضوء ، والموجات اللاسلكية، و أشعة إكس ، وصور الطاقة الإشعاعية الأخرى خلال الفضاء كموجات طاقة تسمى الموجات الكهرومغناطيسية. ولتلك الموجات قمة وقاع، تمامًا كالأمواج التي تتكون عندما نلقي بحجر في الماء الساكن. وتُسمى المسافة بين قمتين متتاليتن أو بين قاعين متتالييين بـ "طول الموجة"، وتقاس طول الموجة بالمتر. ويُسمى عدد الموجات في الثانية بـ "التردد" ويقاس التردد بالهرتز. وتنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء التي تبلغ نحو 300.000 كيلومتر/ث ،(أي أن الشعاع الكهرومغناطيسي يمكن أن يدور حول الأرض 7 مرات في الثانية الواحدة).
'''والعلاقة بين طول الموجة والتردد هي كالآتي''':
سرعة الضوء = طول الموجة × التردد
'''وبحسب الوحدات''' :
سرعة الضوء [متر/ثانية]= طول الموجة [متر] × التردد [1/ثانية ]
تحيطنا الموجات الكهرومغناطيسية من جميع الجهات بأنواع مختلفة من أمواج الطاقة ، قليل منها مرئية وغالبيتها غير مرئية . منها ما هو طبيعي كالأمواج الضوئية التي تأتينا من الشمس والأشعة الكونية ومنها ما هو من صنع الإنسان كالأمواج الضوئية القادمة من المصابيح والأمواج اللاسلكية التي ينتجها الهاتف الخلوي الجوال).إذا تغاضينا عن أمواج الطاقة الميكانيكية (كالأمواج الصوتية) فإننا نستطيع أن نجزم بان معظم الأمواج الموجودة من حولنا هي أمواج ذات طبيعة كهرومغناطيسية والتي تشكل بمجموعها ما يسمى بـ " الطيف الكهرومغناطيسي ".)
الآن لو أردنا أن نتحدث عن الطيف الكهرومغناطيسي نفسه فلا بد أن نذكركم بالجزء الأكثر شعبية منه أو الجزء الذي يعرفه معظمكم وهو الطيف الضوئي (أو طيف ألوان قوس قزح) أو ما يسمى علميا بـ " طيف الضوء المرئي " وعلى الرغم من أنه لا يشكل إلا جزءا بسيطا من الطيف الكهرومغناطيسي إلا أنه وفي نفس الوقت قد ساهم في فهم المبدأ العام بشكل ممتاز.
الطيف الكهرومغناطيسي وعملية الإشعاع لن نفهمها تماما دون المرور بمفاهيم مثل طول الموجة والتردد ولكن قبل أن نخوض أيضا في هذين المفهومين نحن بحاجة للتعرف على طبيعة هذه الطاقة التي نسميها الطاقة الكهرومغناطيسية.
'''طبيعة الإشعاع الكهرومغناطيسي (الطاقة الكهرومغناطيسية)''' :
إن الاسم الذي أطلق على هذا الطاقة هو نتيجة لتفسير العلماء لطبيعتها فكلمة كهرومغناطيسي تجمع بين كلمتي كهربائي ومغناطيسي وهذا بالضبط التفسير الذي قدمه العلماء لهذه الطاقة فهي (أي الإشعاع الكهرومغناطيسي) عبارة عن سيل من الطاقة في مسار يحوي حقلين مغناطيسي وكهربائي تسير في الحقل المغناطيسي أمواج مغناطيسية وتسير في الحقل الكهربائي أمواج كهربائية وتتراوح الطاقة الكهرومغناطيسية جيئة وذهابا بين هذين الحقلين أو المجالين بحيث أنه عندما تزداد شدة أحد الحقلين تنقص شدة الآخر والعكس بالعكس.
هذا يعني أن الموجتين (أو نوعي الطاقة في الحقلين المختلفين) مرتبطين معا ويتغيران معا بشكل متعاكس وتسمى سرعة التغير هذه بالتردد وبمعنى آخر أن التردد هو عدد المرات في الثانية التي تتغير بها الطاقة في الحقلين من أقصى قيمة لها وتعود لنفس هذه القيمة القصوى بمعنى آخر أنها عدد الأمواج التي تتشكل من هذا التغير خلال ثانية واحدة.
و لأن الطاقة الكهرومغناطيسية تتألف من تركيبة لموجتين مغناطيسية وكهربائية فقد ارتأى العلماء أن يسموها الأمواج الكهرومغناطيسية لأن طبيعتها موجية.
إذن التردد هو عدد المرات التي تصل فيها الطاقة الموجية لأقصى قيمة لها في اتجاه واحد. أما طول الموجة فهو مقياس آخر للموجة مرتبط بالتردد فهو يمثل المسافة بين أقصى قيمتين متتاليتين أو قاعين متتاليتين في نفس الاتجاه للطاقة الموجية.
أما حرصنا على الفهم الصحيح للطبيعة الموجية والمختلطة (بين الكهربائية والمغناطيسية) فلأنه سيشكل القاعدة الأساسية لفهم أنواع الطيف الكهرومغناطيسي وتقسيماته (تصنيفاته) وفقا للتردد أو لطول الموجة.
وتصنّف الأمواج الكهرومغناطيسية التي تحيط بنا حسب ترددها ومنها أشعة غاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي (الذي نراه بالعين) والأشعة تحت الحمراء والأمواج الراديووية كالتي تستخدم بأفران المايكروويف وتستخدم في الرادار والإرسال التلفزيوني والراديو وغيرها.
 
 
== الحقل المغناطيسي والتيار الكهربائي ==
السطر 109 ⟵ 76:
عند توجه المغناطيسات والأجسام المغناطيسية في اتجاه محال مغناطيسي تتبادل معه طاقة - عندما يتبع الجسم القوة المؤثرة تقل مجموع طاقات المجال وينشأ شغل ميكانيكي . ولإبعاد مغناطيسان عن بعضها فلا بد من أن نؤدي شغلا ميكانيكيا ، وبذلك تزداد طاقة المجال للمجال الكلي الناشيئ. وتبقى مغناطيسية المغناطيسين ولا تُفقد . وإذا كان جسمان ممغنطان عن طريق [[ملف|ملفين]] فيمكن أيضا تبادل طاقة كهربائية بينهما . وقد ابتكرت باستغلال تلك الظاهرة أنواع من [[محرك|المحركات]] ، ([[محرك الممانعة]] و [[محرك خطوي]]) .
 
==الحقل المجال المغناطيسي للكواكبالأرضي == :
{{مقال تفصيلي|مغناطيسية أرضية}}
'''المجال المغناطيسي الأرضي''':
[[ملف:Earth's magnetic field, schematic.svg|thumb|left|توضيح المجال المغناطيسي للأرض.]]
المجال المغناطيسي للأرض يمنع الرياح الشمسية من الوصول إلى الغلاف الجوي.و الأرض هي الوحيدة من الكواكب الصخرية في النظام الشمسي التي تملك مجالاً مغناطيسياً. وهو يتشكل بفعل الصهارة المشحونة كهربائياً التي تتحرك داخل الأرض في طبقة الدثار (وذلك طبقاً لقاعدة أن التيار الكهربائي يولّد مجالاً مغناطيسياً). ولهذا المجال المغناطيسي أهمية كبيرة للحياة على الأرض، وذلك لأن الرياح الشمسية تسبب تآكل الغلاف الجوي (وهذا ما يحدث في بقية الكواكب الصخرية في النظام الشمسي، حيث تآكل جزء كبير من أغلفتها الجوية). بينما يعمل المجال المغناطيسي للأرض على حمايتها من الرياح الشمسية ويمنع وصولها إلى الغلاف الجوي. إضافة إلى ذلك، لولا المجال المغناطيسي لما وُجد اختراع البوصلة (لأن البوصلة تتجه نحو القطب الشمالي المغناطيسي للأرض)، والتي كانت لها أهمية كبيرة عبر العصور في معرفة الاتجاهات أثناء السفر والترحال.▼
[[ملف:Magnetosphere rendition.jpg|290بك|تصغير|المجال المغناطيسي للأرض والذي يمنع الرياح الشمسية من الوصول إلى الغلاف الجوي.]]
 
▲المجال المغناطيسي للأرض يمنع الرياح الشمسية من الوصول إلى الغلاف الجوي.و الأرض هي الوحيدة من [[الكواكب الصخرية]] في [[النظام الشمسي]] التي تملك مجالاً مغناطيسياً. وهو يتشكل بفعل [[الصهارة]] المشحونة كهربائياً التي تتحرك داخل الأرض في طبقة [[الدثار]] (وذلك طبقاً لقاعدة أن التيار الكهربائي يولّد مجالاً مغناطيسياً). ولهذا المجال المغناطيسي أهمية كبيرة للحياة على الأرض، وذلك لأن [[الرياح الشمسية]] تسبب تآكل الغلاف الجوي (وهذا ما يحدث في بقية الكواكب الصخرية في النظام الشمسي، حيث تآكل جزء كبير من أغلفتها الجوية). بينما يعمل المجال المغناطيسي للأرض على حمايتها من الرياح الشمسية ويمنع وصولها إلى الغلاف الجوي. إضافة إلى ذلك، لولا المجال المغناطيسي لما وُجد اختراع [[البوصلة]] (لأن البوصلة تتجه نحو [[القطب الشمالي المغناطيسي]] للأرض)، والتي كانت لها أهمية كبيرة عبر العصور في معرفة الاتجاهات أثناء السفر والترحال.
'''اصل النسبية''' :
المغناطيسية المسايرة أو البارامغناطيسية هي شكل من المغناطيسية، تظهر فقط بوجود مجال مغناطيسي خارجي وتزول بزواله. من المواد التي تتصف بالمغناطيسية المسايرة الالمنيوم و المنغنيز و البلاتين .
وتتسم المواد ذات المغناطيسية المسايرة بأنها إذا وقعت في مجال مغناطيسي خارجي فإنها تقوّي المجال المغناطيسي بداخلها. وتكون مغناطيسيتها متناسبة طرديا معا شدة المجال المغناطيسي الخارجي. وتحدد الخاصية المغناطيسية لمادة ما بما يسمى قابلية مغناطيسية.
وتظهر المغناطيسية المسايرة في المواد التي تحتوي ذراتها على إلكترونات غير مزدوجة مثل أيونات الفلزات الانتقالية(مثل العناصر ذات عدد ذري بين 21 - 30 و 39 - 48 وغيرها) و أيونات اللانثانيدات (العناصر ذات عدد ذري بين 57 - 71) و ذراتها و الجزيئات ذات عزم مغناطيسي . وترجع تلك الخاصية إلى العزم مغزلي للإلكترونات وإلى الزخم الزاوي للإكترونات (حيث تدور الإلكترونات في مدارات حول نواة الذرة) .
'''مقارنة المغناطيسية المسايرة بالمغناطيسية المعاكسة''' :
- تظهر المغناطيسية المسايرة تقريبا في جميع المواد،
- يرجع سببها إلى تغير اتجاه زخم المدار الذري بسبب المجال المغناطيسي الخارجي،
- تتنافر المواد المعاكسة المغناطيسية من مجال مغناطيسي خارجي .
وتصنف الفيزياء المواد بحسب قابليتها المغناطيسية فإذا كانت قابليتها المغناطيسية موجبة ولا تتسم بوجود ترتيب مغناطيسي فيها فتسمى مواد ذات مغناطيسية مسايرة.
 
'''عرض اظهار الحقل المغناطيسي''' :
كل الجسيمات المشحونة المتحركة تُنتج حقلاً مغناطيسياً حولها. وتنتج بعض الجسيمات، مثل الإلكترونات، حقولاً مغناطيسية معقدة لكن معروفة جيداً، حيث تعتمد على شحنة وسرعة وتسارع الجسيمات.
تتشكل الخطوط المغناطيسية في "دوائر متحدة المركز" حول سلك يمر فيه تيّار كهربائ . ويُمكن تحديد اتجاه حقل مغناطيسي كهذا باستخدام "قاعدة قبضة اليد اليمنى". وتتناقص قوة المجال المغناطيسي في تناسب عكسي مع مربع المسافة من السلك .
انحناء السلك الحامل للتيّار إلى حلقة يركّز المجال المغناطيسي داخلها ، وتتجه خطوط المجال المغناطيسي الناشئ إلى خارج الحلقة وتلف وتعود من الجهة الإخرى للحلقة المار فيها التيار ، حيث تكمل خطوط المجال المغناطيسي دورتها . وتقل قوتها خارج حلقة السلك .
عندما نلف السلك إلى عدة حلقات لتشكيل ملفاً فإن ذلك يتسبب في زيادة شدة المجال المغناطيسي الناشئ رغم ثبات شدة التيار الكهربائي المار في الملف. وتزداد شدة المجال المغناطيسي الناشئ بزيادة عدد اللفات .
وعندما توضع قطعة من الحديد داخل ملف يمر فيه تيار يشتد المجال نظرا لخاصية الحديد المغناطيسية (يتكون الحديد العادي من حبيبات صغيرة لها مغناطيسية ذاتية ولكنها متفرقة الاتجاه ). و يتولّد مجالاً مغناطيسياً قوياً وقابلاً للتحكم . الحديد من المواد ذات مغناطيسية حديدية حيث تكمن مغناطيسيته في حبيبات صغيرة و لكن اتجاهات المغناطيسية في الحبيبات تكون موزعة عشوائيا بحيث تكون المحصلة المغناطيسية لقطعة الحديد مساوية للصفر. وعندما توضع قطعة الحديد في مجال مغناطيسي داخل ملف فيه تيار كهربائي يؤثر هذا المجال المغناطيسي للملف على قطعة الحديد وتنتصب "
معظم" اتجاهات مغناطيسية الحبيبات في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي مما يزيد من شدة المجال المغناطيسي كثيرا . وعندما ينقطع ينقطع التيار تختفي القوة المؤثرة على مغناطيسية الحبيبات وتعود اتجهات مغناطيسية الحبيبات إلى اتجاهاتها العشوائية ، وتختفي مغناطيسية قطعة الحديد. لهذا نقول أن قطعة الحديد لها مغناطيسية "كامنة" فيها . تظهر خاصية المغناطيسية الحديدية في الحديد و الكوبالت و النيكل و سبائكها .وترجع خاصية المغناطيسية الحديدية للحديد والكوبالت والنيكل إلى بنيتها الذرية ، فكل ذرة منهم لها مغناطيسية ذاتية.
يملك مغناطيس كهربائي لا نهائي الطول مجالاً مغناطيسياً منتظماً داخله، ولا يملك واحداً خارجه. أما المغناطيس الكهربائي محدود الطول فيولّد نفس المجال المغناطيسي لـ"مغناطيس دائم"منتظم من نفس الحجم والشكل، وتعتمد قوّته وقطبيّته على التيار الكهربائي المار في الملف واتجاهه.
 
== خصائص المغناطيس ==
السطر 148 ⟵ 98:
 
== اقرأ أيضا ==
[[File:Ørsted - ger, 1854 - 682714 F.tif|thumb|[[Hans Christian Ørsted]], ''Der Geist in der Natur'', 1854]]
*[[قانون لورنتز]]
*[[محاثة]]
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/حقل_مغناطيسي»