مفهوم الحقل المغناطيسي

مفهوم الحقل المغناطيسي

يعرَّف الحقل المغناطيسي أو المجال المغناطيسي بأنه حيز في الفضاء من القوى المغناطيسية يؤثر على الأجسام الحديدة التي توجد ضمن مجاله، ويتشكل هذا المجال بوجود 3 مصادر، وهي الحقل المغناطيسي الأرضي، والمغناطيس الطبيعي، مع تواجد حركة تيار كهربائي، وللحقل المغناطيسي حركة معينة حسب مصدره، أو اتجاه تحرك فيه الأجسام الموجودة في نطاق تأثيره، فالحقل المغناطيسي الأرضي له اتجاه واحد دائم لا يتغير، إذ يحرِّك جميع الأجسام في هذا الاتجاه مثل تحريك إبرة البوصلة المغناطيسية وغيرها من المغناطيسات الدائمة في اتجاه المجال، أما حقول التيار الكهربائي المغناطيسية فتجبر الأجسام المشحونة كهربائيًا أي المتأينة على التحرُّك في مسار دائري أو حلزوني^[١].

ما خصائص الحقل المغناطيسي؟

من خصائص المجال المغناطيسي^[٢][٣][٤]:

• يتحرك المجال المغناطيسي بين قطبي المغناطيس ضمن ما يسمى بخط المجال المغناطيسي أو طيف الحقل المغناطيسي، وهو خط وهمي يربط بين قطبي المغناطيس، ويختلف شكل هذه الخطوط حسب مصدر الحقل المغناطيسي.
• تتجه خطوط الحقل المغناطيسي من القطب الشمالي للمغناطيس للقطب الجنوبي، ثم تخرج من القطب الجنوبي للشمالي.
• يتفرع عن الحقل المغناطيسي خطوط تسمى بشعاع الحقل المغناطيسي وهي مماس لخط الحقل المغناطيسي في كل نقطة من نقاطه، وله نفس اتجاه التيار المغناطيسي.
• يحرك المجال المغناطيسي الأجسام حوله ضمن اتجاه، ولكل حقل مغناطيسي اتجاه معين.
• تتغير شدة الحقل المغناطيسي الأرضي حسب موقعها الجغرافي، إذ يقع حاليًا القطب المغناطيسي الشمالي للأرض في كندا، والقطب الجنوبي يقع في جنوب المحيط الهندي.
• تتكاثف خطوط الحقل المغناطيسي عند الأقطاب، وتقل وتضعف وتنشر كلما ابتعدت عن الأقطاب، وذلك لأن القوة المغناطيسية تتركز في الأقطاب وتقل في بقية مناطق المغناطيس.
• تتناسب القوة المغناطيسية طردياً مع عدد خطوط المجال التي تتقاطع عمودياً مع مساحة السطح.
• تتميز خطوط المجال المغناطيسي بأنها خطوط مغلقة، لأنها تتحرك بين قطبي المغناطيس.
• تصنَّف المجالات المغناطيسية لمجالات مغناطيسية منتظمة، ومجالات مغناطيسية حلزونية أو دائرية.
• يمثل المجال المغناطيسي المنتظم بخطوط مستقيمة متوازية متساوية المسافات.
• لا تتقاطع خطوط المجال المغناطيسي مع بعضها، مهما امتدت أو كانت كثيفةً ومتقاربةً.
• تتساوي قوى أي نقطة في المجال المغناطيسي، فجميع خطوطه لها نفس القوة.
• تقل قوة تأثير المجال المغناطيسي بزيادة المسافة بين القطبين، فكلما كان المغناطيس طويلًا تزيد المسافة وتقل القوة.
• يُرى المجال المغناطيسي بواسطة نثر برادة الحديد على سطح ورقة لتظهر حدود تأثير المجال.

العوامل المؤثرة في شدة الحقل المغناطيسي

تختلف العوامل المؤثرة على شدة المجال المغناطيسي حسب مصادره، وهما المجال المغناطيسي المتولد حول سلك مستقيم، والمجال المغناطيسي المتولد التيار حول سلك لولبي^[٥]:

في السلك مستقيم

• شدة التيار الكهربائي، فكلما زادت شدة التيار الكهربائي، زادت شدة المجال المغناطيسي.
• بعد النقطة عن مركز السلك، فكلما زاد بعد النقطة أو الجسم الذي يؤثر فيه المجال عن مركز السلك، قلت القوة المغناطيسية وبالتالي قلت شدة التيار الكهربائي.
• نوع الوسط المحيط بالسلك، فتختلف شدة التيار حسب نوع السلك.

في السلك اللولبي

• شدة التيار الكهربائي، فكلما زادت شدة التيار الكهربائي المتولد، زادت شدة المجال المغناطيسي.
• طول الملف، فكلما قلَّ طول الملف، تركَّز المجال الكهربائي في المنطقة فتزداد شدة المجال المغناطيسي.
• عدد اللفات، فكلما زاد عدد اللفات زادت شدة المجال الكهربائي.
• نوع الوسط، فتزيد الكثافة إذا كان الوسط من مواد حديدية مثل الكوبالت والحديد أو النيكل أو خليط من سبائكها، ذلك أنّ لها نفاذية عالية.

استخدامات الحقل المغناطيسي

للمجال المغناطيسي عدة استخدامات في حياتنا اليومية، منها^[٦][٧][٨]:

• تعدُّ وسيلة لتحريك الأجسام المعدنية من مكان لآخر، مثل رفع والتقاط السيارات والمعادن الثقيلة ونقلها لمكان آخر، إذ يستخدم لها مغناطيسيات كهربائية صناعية، يمكن فصل الكهرباء عنها.
• توضع في المحركات والمحولات الكهربائية.
• صنع المولدات الكهربائية، وهي أجهزة تحول الطاقة الميكانيكية لطاقة كهربائية، وفيها ينشئ فرق جهد بين نهاية موصل كهربائي يتحرك في مجال مغناطيسي، يمكن استخدام هذا الاختلاف في الجهد لتحريك الشحنات الكهربائية وبالتالي توليد تيار كهربائي.
• تستخدم الموجات الكهرومغناطيسية كنواقل في الطائرات وفي الهوائيات، وأجهزة أدلة الموجات، وفي البث الإذاعي التلفزيوني، وفي الرادار والأقمار الصناعية، والألياف الضوئية.
• تستخدم المغانط في التصوير بالرنين المغناطيسي، كونها تساعد في التقاط صورة للعظام والأعضاء الداخلية والأنسجة.
• تستخدم في القطارات الكهربائية المغناطيسية، وهذا لأن المجال المغناطيسي قليل الاحتكاك مما يؤدي لتسريع حركة القطارات.
• تستخدم المحركات المجال المغناطيسي لتدوير عمود الدوران في الأجهزة المختلفة، كما في محركات السيارات ومحركات تشغيل القرص الصلب في جهاز الحاسوب.
• يساعد في قراءة المعلومات وتسجليها بسرعة هائلة على منطقة تخزين بيانات مغناطيسي، مثل قراءة الشريط الأسود الموجود على البضائع لمعرفة سعرها وتسجيله على الشاشة.
• يستخدم المجال المغناطيسي في الآلات الترشيح، التي تفصل المواد المعدنية عن الصخور المتكسرة.
• تدخل في صناعة معالجات الأغذية، لفصل القطع المعدنية عن الحبوب وغيرها.
• تستخدم في أجهزة التلفون ومكبرات الصوت وفي الردايو، إذ يحول الملف الصغير من الأسلاك والمغناطيس داخل مكبر الصوت الإشارة الإلكترونية إلى اهتزازات صوتية.
• تستخدم المغناطيس في أجهزة الحاسوب، لا سيما في الأقراص الصلبة، وتتضمن وظيفته تمثيل بيانات الكمبيوتر لاستخراج المعلومات.

ما أهمية الحقل المغناطيسي للأرض؟

للمجال المغناطيسي الأرضي أهمية كبيرة، وهي^[٩][١٠]:

• تحديد الاتجاهات، وهذا يساعد في الملاحة وفي السفر، ومعرفة الاتجاهات الأربع.
• تحمي الأرض من الرياح الشمسية، والتي هي عبارة عن تيار من جسيمات مشحونة قادمة من الشمس، فيحرفها المجال المغناطيسي بعيدًا عن سطح الأرض، فلولا المجال المغناطيسي لقُصف كوكب الأرض بالجسيمات الفضائية، ولما استطعنا التواصل بالأقمار الصناعية، ولولاه لتعرض الإنسان إلى مستويات عالية من الأشعة فوق البنفسجية، ما يزيد فرصة إصابته بأمراض السرطان.

المراجع

1. ↑ " Magnetic field ", britannica, Retrieved 2/4/2021. Edited.
2. ↑ محمد نجيب، كهربائية ومغناطيسية، صفحة 2-6. بتصرّف.
3. ↑ "المجال المغناطيسي"، المدرسة العربية، اطّلع عليه بتاريخ 2/4/2021. بتصرّف.
4. ↑ "مفهوم الحقل المغناطيسي"، مدرسة، اطّلع عليه بتاريخ 2/4/2021. بتصرّف.
5. ↑ "The Electromagnet", tutorials, Retrieved 2/4/2021. Edited.
6. ↑ "Applications of Magnetic Field", problemsphysics, Retrieved 2/4/2021. Edited.
7. ↑ Jo Pick (24/4/2017), "What Are the Uses of Magnetic Fields?", sciencing, Retrieved 2/4/2021. Edited.
8. ↑ "How are Magnets Useful?", byjus, Retrieved 2/4/2021. Edited.
9. ↑ "Earth's magnetic field", web.ua, Retrieved 2/4/2021. Edited.
10. ↑ Stephanie Pappas (29/9/2020), "What If Earth's Magnetic Field Disappeared? ", livescience, Retrieved 2/4/2021. Edited.