القوى الناتجة عن المجالات المغناطيسية

ما هو المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي هو صورة نستخدمها كأداة لوصف كيفية توزيع القوة المغناطيسية في الفضاء حول وداخل شيء مغناطيسي ، والمغناطيس يكون وله قطبان واعتمادًا على اتجاه مغناطيسين يمكن أن يكون هناك جذب أقطاب متقابلة أو تنافر أقطاب متشابهة ، فنحن ندرك أن هناك بعض المناطق الممتدة حول المغناطيس ويصف المجال المغناطيسي هذه المنطقة ، ومن خلال التعرف على المجالات المغناطيسية يمكنك معرفة

المغانط الدائمة والمؤقتة

.[1]

ما هي القوى الناتجة عن المجالات المغناطيسية

تؤدي المجالات المغناطيسية المتفاعلة إلى ظهور القوة مغناطيسية

وهي جزء من القوة الكهرومغناطيسية ، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة في الطبيعة ، وتسببها حركة الشحنات ، وستكون هناك قوة جذب مغناطيسية بين جسمين يحتويان على شحنة لها نفس اتجاه الحركة ، في حين أن الأجسام المشحونة تتحرك في اتجاهين متعاكسين لها قوة تنافر بينهما.

ويمكن تعريفه أيضًا على أنه الشكل الجذاب أو البغيض للطاقة الموجود بين أقطاب المغناطيس والجسيمات المتحركة المشحونة كهربائيًا ، تخلق هذه الشحنات المتحركة مجالات مغناطيسية.

أنواع القوة المغناطيسية

يمكن أن تكون القوة المغناطيسية من الأنواع التالية:

النفاذية المغناطيسية

لا تحتوي المواد ذات النفاذية المغناطيسية على إلكترونات غير متزاوجة ، وتمتلك كل مادة تقريبًا نفاذية مغناطيسية وتميل هذه المواد إلى معارضة المجال المغناطيسي المطبق ، وبالتالي يتم صدها بواسطة المجال المغناطيسي ، ومن أمثلتها النحاس ، الفضة ، الذهب ، الهواء ، الماء.

البارامغناطيسية

المواد البارامغناطيسية بها إلكترونات غير متزاوجة ، ونظرًا لأن الإلكترون غير المزاوج يكون حرًا في محاذاة عزمه المغناطيسي في أي اتجاه ، ففي وجود مجال مغناطيسي خارجي ، تميل هذه اللحظات المغناطيسية إلى محاذاة نفسها في نفس اتجاه المجال المطبق ، وبالتالي تقويته ، ومن أمثلتها الألومنيوم ، المنجنيز ، البلاتين ، الليثيوم ، الأكسجين.

المغناطيسية الحديدية

مثل المواد المغناطيسية ، تحتوي هذه أيضًا على إلكترونات غير متزاوجة ، المواد المغناطيسية ممغنطة بقوة في مجال مغناطيسي خارجي وتحتفظ بخصائصها المغناطيسية حتى بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي ، أمثلتها الحديد والنيكل والكوبالت.[2]

قانون القوة المغناطيسية

يعتمد حجم القوة المغناطيسية بين شيئين على مقدار الشحنة والحركة الموجودة في كل من الجسمين ومدى تباعدهما ، ويعتمد اتجاه القوة على اتجاهات حركة الشحنة ،


والطريقة المعتادة لإيجاد القوة المغناطيسية من حيث مقدار الشحن الثابت V تتحرك بسرعة ثابتة q في مجال مغناطيسي موحد B ، إذا كنا لا نعرف حجم المجال المغناطيسي مباشرة ، فلا يزال بإمكاننا استخدام هذه الطريقة لأنه غالبًا ما يكون من الممكن حساب المجال المغناطيسي بناءً على المسافة إلى تيار معروف.

القوة التي يبذلها المجال المغناطيسي على شحنة (q) تتحرك بسرعة (v) تسمى قوة لورنتز المغناطيسية ، تعطى بواسطة:

• 
  F
  
  
  = v
  
  
  q
  
  
  × B
  

هنا “B” هو المجال المغناطيسي ، و “v” هي السرعة ، و “F” هي القوة العمودية على اتجاه المجال المغناطيسي B ، و “q” هي الشحنة ، F عمودي على المستوى الذي يحتوي على كل من v و B.

في هذه الصيغة يتم كتابتها باستخدام حاصل الضرب الاتجاهي المتجه ، يمكننا كتابة مقدار القوة المغناطيسية بفك حاصل الضرب الاتجاهي ، مكتوبة من حيث الزاوية\ ثيتاθثيتا (<180 ^ \ دائرة<1 8 0


∘


أقل من 180 درجة) بين متجه السرعة وناقل المجال المغناطيسي:

• 
  F= qvB sinθ
  
  
  

مربع البداية ، F ، يساوي ، q ، v ، B ، جيب ، ثيتا ، مربع النهاية

يمكن إيجاد اتجاه القوة باستخدام قاعدة صفعة اليد اليمنى  ، تصف هذه القاعدة اتجاه القوة على أنه اتجاه “صفعة” اليد المفتوحة.[3]

أمثلة على القوة المغناطيسية

توجد العديد من الأمثلة في حياتنا اليومية على القوة المغناطيسية ، فيما يلي نتعرف عليها :

• 
  البوصلة
  

البوصلة هي أداة لإيجاد الاتجاه ، لديها إبرة مغناطيسية مثبتة على محور أو دبوس قصير ، يمكن أن تدور الإبرة بحرية ، وتشير دائمًا إلى الشمال.

• 
  ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي
  

يعد التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أحد أكثر تقنيات التصوير الطبي شيوعًا المستخدمة في العديد من مراكز التشخيص في جميع أنحاء العالم ، وتستخدم ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي مجالات مغناطيسية قوية وتدرجات مجال مغناطيسي وموجات الراديو لتوليد صور لأعضاء الجسم.

• 
  المحرك الكهربائي
  

نستخدم القوة المغناطيسية في عمل مجففات الشعر اليدوية ، والسكاكين الكهربائية ، وشفرات الحلاقة الكهربائية لقص الشعر واللحية ، فالمحرك الكهربائي يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة فيزيائية ، وتولد المحركات الكهربائية مجالات مغناطيسية بتيار كهربائي من خلال ملف ، ثم يتسبب المجال المغناطيسي في حدوث قوة مغناطيسية بمغناطيس تسبب الحركة أو الدوران الذي يدير المحرك.

• 
  مكبرات الصوت
  

يعمل مكبر الصوت من خلال تحويل إشارة كهربائية إلى صوت مسموع ، حيث تحتوي مكبرات الصوت على مغناطيس كهربائي ، وهو ملف معدني ينتج مجالًا مغناطيسيًا عندما يتدفق تيار كهربائي خلاله ، وهذا يعني أنه ينجذب بدوره إلى المغناطيس الدائم ويطرد منه ، ويهتز ذهابًا وإيابًا ، وهذا هو ما يسمى

القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك يمر به تيار

.

• 
  الثلاجات
  

تعمل الخزفيات المغناطيسية الضعيفة مثل الفريت الباريوم أو الفريت السترونتيوم الموجود في مغناطيس الثلاجة على محاذاة دوران الإلكترونات غير المزدوجة في الذرات المعدنية في الثلاجة بحيث ينجذب المغناطيس وباب الثلاجة إلى بعضهما البعض ، وهذه القوة تحافظ على الأبواب مغلقة.

• 
  الحاسوب
  

يتم تخزين البيانات في محركات الأقراص الثابتة على أساس المغناطيسية ، وهناك طلاء من مادة مغناطيسية على القرص ، وتتكون من مليارات أو حتى تريليونات من المغناطيسات الصغيرة ، باستخدام رأس كهرومغناطيسي ، يتم تخزين البيانات في القرص.

• 
  الميكروويف
  

تعمل أفران الميكروويف أيضًا بمساعدة القوة المغناطيسية ، يستخدمون جهازًا يسمى مغنطرون لتوليد الطاقة للطهي ، المغنطرون عبارة عن أنبوب مفرغ مصمم لجعل الإلكترونات تدور في حلقة داخل الأنبوب ، يتم وضع مغناطيس حول الأنبوب لتوفير القوة المغناطيسية التي تجعل الإلكترونات تتحرك في حلقة.

• 
  السيارات
  

بسبب القوة المغناطيسية تستخدم السيارات الخصائص الكهرومغناطيسية المنتجة داخل المحرك لإنشاء الحركة ، بينما في محركات الوقود الأحفوري ، يتم الحصول على الطاقة عن طريق الاشتعال ، من خلال تدوير الملف المغناطيسي المتصل بمحور ، تدور عجلات السيارة أيضًا وتتحرك السيارة.

• 
  القطارات
  

Maglev هو نظام نقل بالقطار يستخدم مجموعتين من المغناطيس ، مجموعة واحدة لصد القطار ودفعه بعيدًا عن المسار ، والأخرى لتحريك القطار المرتفع للأمام ، مع الاستفادة من نقص الاحتكاك.

• 
  المروحة المغناطيسية
  

يتم صد المغناطيسات الموجودة في دوار المروحة بتلك الموجودة في الجزء الثابت ، عندما يتمكنون من صد أنفسهم بعيدًا عن الحد الأقصى الذي تسمح به حركة الدوار ، تقوم الدائرة الكهربائية بتبديل إحدى مجموعات المغناطيسات ، بحيث يجد أولئك الموجودون في الجزء المتحرك والجزء الثابت أنفسهم يصدون بعضهم البعض مرة أخرى ، ومن خلال القيام بذلك بشكل متكرر في كل دورة من الدوار ، يتم إبقاء الدوار في حالة حركة مستمرة ، كل هذا يتم بواسطة قوة القوة المغناطيسية.[2]