كيف يتكون المجال المغناطيسي؟
ينشأ المجال المغناطيسي نتيجة حركة الجسيمات الكهربائية المشحونة، وهناك طريقتان رئيسيتان لتوليد المجال المغناطيسي وهما كالآتي:
- نتيجة حركة الإلكترونات في سلك موصل يسري فيه تيار كهربائي
- يعتمد المجال المغناطيسي على المسافة بين النقطة والسلك وعلى شدة التيار الكهربائي، بحيث يتناسب تدفق أو شدة المجال المغناطيسي تناسبًا طرديًا مع شدة التيار، وعكسيًا مع بُعد مسافة النقطة عن السلك.
- نتيجة دوران الإلكترونات في المدارات حول نوى الذرات، والناشئ من المواد المغناطيسية مثل؛ الحديد الذي يحتوي على 4 إلكترونات تدور في مدارات مختلفة.
ما هي خصائص المجال المغناطيسي؟
تُستخدم خطوط المجال المغناطيسي كأداة تصويرية لتمثيل وتوضيح قوة واتجاه المجال المغناطيسي، وتتميز هذه الخطوط بخصائص معينة وهي كما يأتي:
- يتناسب قرب خطوط المجال أو كثافتها طرديًا مع شدة المجال.
- تنتقل خطوط المجال داخل المغناطيس من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي.
- تزداد كثافة خطوط المجال المغناطيسي عند الأقطاب حيث تكون شدة المجال أقوى.
- تُمثّل خطوط المجال كقيمة متجهة لأنّ لها مقدار واتجاه في أيّ نقطة داخل المجال المغناطيسي.
- خطوط المجال المغناطيسي لا تتقاطع أبدًا مع بعضها البعض.
- تنتقل خطوط المجال المغناطيسي خارج المغناطيس من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي وهي خطوط مستمرة تصنع حلقات مغلقة ليس لها بداية أو نهاية.
كيف نقيس المجال المغناطيسي؟
يُعدّ المجال المغناطيسي كمية متجهة له مقدار واتجاه، حيث تُستخدم البوصلة لقياس اتجاه المجال المغناطيسي، وهي أداة استُخدمت في الملاحة منذ القرن11 م، ويُعدّ قياس قوة المجال المغناطيسي أمرًا أصعب بكثير من قياس اتجاهه، إذ لم تظهر المقاييس العملية إلّا في القرن 19 م، حيث تُسجّل هذه المقاييس القوة التي يشعر بها الإلكترون أثناء تحركه عبر مجال مغناطيسي.
يُرمز لقوة تدفق المجال المغناطيسي بالرمز (B)، ويُرمز لشدة المجال المغناطيسي بالرمز (H)، وكلاهما لهما نفس وحدة القياس وهي تسلا (بالإنجليزية: Tesla).
حساب المجال المغناطيسي عبر السلك
يُمكن حساب قيمة المجال المغناطيسي لنقطة تبعد مسافة معينة عن سلك طويل ومستقيم يتدفق عبره التيار الكهربائي من خلال حساب القوة المغناطيسية والتي تُعرّف بأنّها القوة الناتجة من المجال والمؤثرة في الشحنات المتحركة، والتي يُمكن حسابها من خلال قانون أمبير من خلال العلاقة الآتية:
قوة المجال المغناطيسي = (ثابت النفاذية المغناطيسي × التيار الكهربائي) / (2 × π × المسافة التي تبعد عن السلك)
وبالرموز:
B = μ0 × I / (2 × π × r)
حيث إنّ:
- B: قوة المجال المغناطيسي.
- I: شدة التيار الكهربائي المار بالسلك.
- μo: ثابت النفاذية المغناطيسية، وتبلغ قيمته في حالة الفراغ 7-^10×π×4.
- r: المسافة التي تبعد عن السلك.
يُحدّد اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام قاعدة اليد اليمنى، بحيث يُمسك السلك باليد اليمنى مع توجيه إصبع الإبهام نحو اتجاه التيار، وتنحني الأصابع الأخرى لتشير لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي.
ما هي استخدامات المجال المغناطيسي؟
يُستخدم المجال المغناطيسي في العديد من التطبيقات ومنها الآتي:
يستخدم المجال المغناطيسي في مكبرات الصوت، حيث تحتوي هذه المكبرات على ملف من الأسلاك ومغناطيس تُحوّل التيار الكهربائي إلى اهتزازات صوتية.
يُساعد المجال المغناطيسي الذي ينتج داخل المحركات على تحريك عمود الدوران، بحيث تتولد داخل المحركات تيارات متغيرة تُنتج مجالات مغناطيسية منخفضة ومرتفعة والتي بدورها تدفع عمود الدوران داخل المحركات إلى التحرك، وتُستخدم هذه المحركات في السيارات، والأبواب الأوتوماتيكية.
تستخدم القطارات الكهربائية نظام الماجليف (بالإنجليزية: Maglev)، حيث يُطبّق أحد المبادئ الأساسية للمغناطيسية وهي قوى الجذب والتنافر، بحيث يكون هذا القطار المغناطيسي فوق السكة مباشرةً دون لمسها، كما يكون مرفوعاً بسبب قوة التنافر المغناطيسي، ويتحرك بسرعة كبيرة لقلة الاحتكاك بالسكة الحديدية.
- التصوير بالرنين المغناطيسي
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي في مجال الطب المجال المغناطيسي وموجات الراديو الكهرومغناطيسية لتصوير أجزاء داخل جسم الإنسان؛ للكشف عن الأمراض، إذ يُمكنها تصوير العديد من أجزاء جسم الانسان مثل: الدماغ، والمفاصل، والقلب، والعمود الفقري.
