لقد أثار المجال المغناطيسي منذ فترة طويلة العديد من الأسئلة لدى البشر، لكنه لا يزال حتى الآن ظاهرة غير معروفة. وقد حاول العديد من العلماء دراسة خصائصه وخصائصه، لأن فوائد وإمكانات استخدام هذا المجال كانت حقائق لا يمكن إنكارها.

دعونا ننظر إلى كل شيء بالترتيب. إذًا، كيف يعمل ويتشكل أي مجال مغناطيسي؟ هذا صحيح، من التيار الكهربائي. والتيار، وفقًا لكتب الفيزياء المدرسية، هو تدفق اتجاهي للجسيمات المشحونة، أليس كذلك؟ لذلك، عندما يمر التيار عبر أي موصل، يبدأ نوع معين من المادة في التصرف حوله - المجال المغناطيسي. يمكن إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة تيار من الجسيمات المشحونة أو بواسطة العزوم المغناطيسية للإلكترونات في الذرات. الآن هذا المجال والمادة لديهما طاقة، نراها في القوى الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تؤثر على التيار وشحناته. يبدأ المجال المغناطيسي في التأثير على تدفق الجسيمات المشحونة، وتغير الاتجاه الأولي للحركة بشكل عمودي على المجال نفسه.

يمكن أيضًا تسمية المجال المغناطيسي بالديناميكية الكهربائية، لأنه يتشكل بالقرب من الجسيمات المتحركة ويؤثر على الجسيمات المتحركة فقط. حسنًا، إنها ديناميكية نظرًا لامتلاكها بنية خاصة في دوران البيونات في منطقة من الفضاء. يمكن للشحنة الكهربائية المتحركة العادية أن تجعلها تدور وتتحرك. تنقل Bions أي تفاعلات محتملة في هذه المنطقة من الفضاء. ولذلك، فإن الشحنة المتحركة تجذب قطبًا واحدًا من جميع البيونات وتجعلها تدور. هو وحده القادر على إخراجهم من حالة السكون، لا شيء آخر، لأن القوى الأخرى لن تكون قادرة على التأثير عليهم.

يوجد في المجال الكهربائي جسيمات مشحونة تتحرك بسرعة كبيرة ويمكنها قطع مسافة 300 ألف كيلومتر في ثانية واحدة فقط. الضوء له نفس السرعة. لا يمكن للمجال المغناطيسي أن يوجد بدون شحنة كهربائية. وهذا يعني أن الجسيمات ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض بشكل لا يصدق وتوجد في مجال كهرومغناطيسي مشترك. أي أنه إذا كانت هناك أي تغييرات في المجال المغناطيسي، فستكون هناك تغييرات في المجال الكهربائي. وهذا القانون معكوس أيضاً.

نتحدث كثيرًا عن المجال المغناطيسي هنا، لكن كيف يمكننا أن نتخيله؟ ولا نستطيع رؤيته بالعين البشرية المجردة. علاوة على ذلك، ونظرًا للانتشار السريع للغاية للمجال، ليس لدينا الوقت لاكتشافه باستخدام أجهزة مختلفة. ولكن من أجل دراسة شيء ما، يجب أن يكون لديك على الأقل فكرة عنه. غالبًا ما يكون من الضروري أيضًا تصوير المجال المغناطيسي في المخططات. لتسهيل الفهم، يتم رسم خطوط المجال الشرطية. من أين حصلوا عليها؟ لقد تم اختراعهم لسبب ما.

دعونا نحاول رؤية المجال المغناطيسي باستخدام برادة معدنية صغيرة ومغناطيس عادي. دعونا نسكب نشارة الخشب هذه على سطح مستو ونضعها موضع التنفيذ حقل مغناطيسي. ثم سنرى أنهم سيتحركون ويدورون ويصطفون في نمط أو نمط. ستظهر الصورة الناتجة التأثير التقريبي للقوى في المجال المغناطيسي. كل القوى وبالتالي خطوط القوة متواصلة ومغلقة في هذا المكان.

للإبرة المغناطيسية خصائص وخصائص مشابهة للبوصلة، وتستخدم لتحديد اتجاه خطوط القوة. فإذا وقع في منطقة عمل مجال مغناطيسي، يمكننا أن نرى اتجاه عمل القوى من القطب الشمالي. ثم دعونا نسلط الضوء على عدة استنتاجات من هنا: الجزء العلوي من المغناطيس الدائم العادي، الذي تنبثق منه خطوط القوة، يُسمى القطب الشمالي للمغناطيس. بينما يشير القطب الجنوبي إلى النقطة التي تنغلق فيها القوى. حسنًا، لم يتم توضيح خطوط القوة داخل المغناطيس في الشكل.

المجال المغناطيسي وخصائصه وخصائصه لها تطبيق واسع إلى حد ما، لأنه في العديد من المشاكل يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار ودراستها. وهذه هي الظاهرة الأكثر أهمية في علم الفيزياء. ترتبط به بشكل لا ينفصم أشياء أكثر تعقيدًا مثل النفاذية المغناطيسية والحث. ولتفسير كل أسباب ظهور المجال المغناطيسي يجب الاعتماد على حقائق علمية حقيقية وتأكيدها. خلاف ذلك، في مشاكل أكثر تعقيدا، قد يؤدي النهج غير الصحيح إلى انتهاك سلامة النظرية.

الآن دعونا نعطي أمثلة. نحن جميعا نعرف كوكبنا. هل ستقول أنه ليس لديه مجال مغناطيسي؟ قد تكون على حق، لكن العلماء يقولون إن العمليات والتفاعلات التي تحدث داخل باطن الأرض تؤدي إلى ظهور مجال مغناطيسي ضخم يمتد لآلاف الكيلومترات. لكن في أي مجال مغناطيسي لا بد أن يكون هناك أقطابه. وهم موجودون، وهم يقعون بعيدا قليلا عن القطب الجغرافي. كيف نشعر به؟ على سبيل المثال، طورت الطيور قدرات ملاحية، وهي تتنقل بشكل خاص عن طريق المجال المغناطيسي. لذلك، بمساعدته، يصل الأوز بأمان إلى لابلاند. تستخدم أجهزة الملاحة الخاصة هذه الظاهرة أيضًا.

المجال المغناطيسي وخصائصه. عندما يمر تيار كهربائي في موصل، أ مجال مغناطيسي. مجال مغناطيسي يمثل أحد أنواع المادة. لديها طاقة تتجلى في شكل قوى كهرومغناطيسية تعمل على الأجزاء المتحركة الفردية. الشحنات الكهربائية(الإلكترونات والأيونات) وتدفقاتها، أي التيار الكهربائي. تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية، تنحرف الجسيمات المشحونة المتحركة عن مسارها الأصلي في اتجاه عمودي على المجال (الشكل 34). يتم تشكيل المجال المغناطيسيفقط حول الشحنات الكهربائية المتحركة، ويمتد تأثيرها أيضًا إلى الشحنات المتحركة فقط. المجالات المغناطيسية والكهربائيةلا ينفصلان ويشكلان معًا واحدًا حقل كهرومغناطيسي. أي تغيير الحقل الكهربائييؤدي إلى ظهور مجال مغناطيسي، وعلى العكس من ذلك فإن أي تغير في المجال المغناطيسي يصاحبه ظهور مجال كهربائي. حقل كهرومغناطيسيوينتشر بسرعة الضوء أي 300000 كم/ث.

التمثيل البياني للمجال المغناطيسي.ويتم تمثيل المجال المغناطيسي بيانياً بخطوط القوة المغناطيسية، التي يتم رسمها بحيث يتطابق اتجاه خط المجال عند كل نقطة من نقاط المجال مع اتجاه قوى المجال؛ خطوط المجال المغناطيسي تكون دائمًا متواصلة ومغلقة. يمكن تحديد اتجاه المجال المغناطيسي عند كل نقطة باستخدام إبرة مغناطيسية. يتم دائمًا ضبط القطب الشمالي للسهم في اتجاه قوى المجال. تعتبر نهاية المغناطيس الدائم، التي تخرج منها خطوط المجال (الشكل 35، أ)، هي القطب الشمالي، والطرف المقابل، الذي تدخل فيه خطوط المجال، هو القطب الجنوبي (خطوط المجال المارة لا تظهر داخل المغناطيس). يمكن اكتشاف توزيع خطوط المجال بين أقطاب المغناطيس المسطح باستخدام برادة فولاذية مرشوشة على ورقة موضوعة على القطبين (الشكل 35، ب). يتميز المجال المغناطيسي في فجوة الهواء بين قطبين متقابلين متوازيين للمغناطيس الدائم بتوزيع موحد لخطوط القوة المغناطيسية (الشكل 36) (لا تظهر خطوط المجال التي تمر داخل المغناطيس).

أرز. 37. التدفق المغناطيسي الذي يخترق الملف عندما تكون أوضاعه متعامدة (أ) ومائلة (ب) بالنسبة لاتجاه خطوط القوة المغناطيسية.

للحصول على تمثيل أكثر وضوحًا للمجال المغناطيسي، يتم وضع خطوط المجال بشكل أقل تكرارًا أو أكثر كثافة. في تلك الأماكن التي يكون فيها المجال المغناطيسي أقوى، تكون خطوط المجال أقرب إلى بعضها البعض، وفي الأماكن التي يكون فيها أضعف، تكون متباعدة. خطوط القوة لا تتقاطع في أي مكان.

في كثير من الحالات، من المناسب اعتبار خطوط القوة المغناطيسية بمثابة بعض الخيوط المرنة الممدودة التي تميل إلى الانقباض والتنافر أيضًا (لديها دفع جانبي متبادل). هذا المفهوم الميكانيكي لخطوط القوة يجعل من الممكن شرح ظهور القوى الكهرومغناطيسية بوضوح أثناء تفاعل المجال المغناطيسي والموصل مع التيار، بالإضافة إلى مجالين مغناطيسيين.

الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي هي الحث المغناطيسي، التدفق المغناطيسي، النفاذية المغناطيسية وقوة المجال المغناطيسي.

الحث المغناطيسي والتدفق المغناطيسي.يتم تحديد شدة المجال المغناطيسي، أي قدرته على إنتاج شغل، بكمية تسمى الحث المغناطيسي. كلما كان المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم أو المغناطيس الكهربائي أقوى، كلما زاد التحريض. يمكن أن يتميز الحث المغناطيسي ب بكثافة خطوط المجال المغناطيسي، أي عدد خطوط المجال التي تمر عبر مساحة 1 م2 أو 1 سم2 تقع بشكل متعامد مع المجال المغناطيسي. هناك مجالات مغناطيسية متجانسة وغير متجانسة. في المجال المغناطيسي المنتظم، يكون للحث المغناطيسي عند كل نقطة في المجال نفس القيمة والاتجاه. يمكن اعتبار المجال الموجود في فجوة الهواء بين القطبين المتقابلين للمغناطيس أو المغناطيس الكهربائي (انظر الشكل 36) متجانسًا على مسافة ما من حوافه. يتم تحديد التدفق المغناطيسي Ф الذي يمر عبر أي سطح الرقم الإجماليخطوط القوة المغناطيسية التي تخترق هذا السطح، على سبيل المثال الملف 1 (الشكل 37، أ)، وبالتالي، في مجال مغناطيسي موحد

و = بكالوريوس (40)

حيث S هي مساحة المقطع العرضي للسطح الذي تمر من خلاله خطوط المجال المغناطيسي. ويترتب على ذلك أن الحث المغناطيسي في مثل هذا المجال يساوي التدفق مقسومًا على مساحة المقطع العرضي S:

ب = F/س (41)

إذا تم وضع أي سطح بشكل غير مباشر بالنسبة لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي (الشكل 37، ب)، فسيكون التدفق المخترق له أقل مما لو كان عموديًا على موضعه، أي أن Ф 2 سيكون أقل من Ф 1 .

في نظام الوحدات الدولي SI، يتم قياس التدفق المغناطيسي بالويبر (Wb)، وهذه الوحدة لها البعد V*s (فولت-ثانية). يتم قياس الحث المغناطيسي في وحدات SI بالتسلا (T)؛ 1 طن = 1 واط/م2.

النفاذية المغناطيسية.لا يعتمد الحث المغناطيسي على قوة التيار الذي يمر عبر موصل أو ملف مستقيم فحسب، بل يعتمد أيضًا على خصائص الوسط الذي ينشأ فيه المجال المغناطيسي. الكمية التي تميز الخواص المغناطيسية للوسط هي النفاذية المغناطيسية المطلقة؟ أ. وحدة قياسها هي هنري لكل متر (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
في وسط ذي نفاذية مغناطيسية أكبر، يخلق تيار كهربائي بقوة معينة مجالًا مغناطيسيًا ذو تحريض أكبر. لقد ثبت أن النفاذية المغناطيسية للهواء وجميع المواد، باستثناء المواد المغناطيسية الحديدية (انظر الفقرة 18)، لها نفس قيمة النفاذية المغناطيسية للفراغ تقريبًا. تسمى النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ بالثابت المغناطيسي؟ س = 4?*10 -7 س/م. إن النفاذية المغناطيسية للمواد المغناطيسية الحديدية أكبر بآلاف بل عشرات الآلاف من المرات من النفاذية المغناطيسية للمواد غير المغناطيسية. نسبة النفاذية المغناطيسية؟ وأي مادة للنفاذية المغناطيسية للفراغ؟ o تسمى النفاذية المغناطيسية النسبية:

؟ = ؟ أ /؟ يا (42)

قوة المجال المغناطيسي. التوتر ولا يعتمد على الخواص المغناطيسيةالبيئة، ولكن يأخذ في الاعتبار تأثير القوة الحالية وشكل الموصلات على شدة المجال المغناطيسي عند نقطة معينة في الفضاء. ترتبط العلاقة بين الحث المغناطيسي والتوتر

ح = ب/؟ أ = ب/(؟؟ س) (43)

وبالتالي، في وسط ذي نفاذية مغناطيسية ثابتة، يتناسب تحريض المجال المغناطيسي مع قوته.
يتم قياس شدة المجال المغناطيسي بالأمبير لكل متر (A/m) أو الأمبير لكل سنتيمتر (A/cm).

دعونا نفهم معًا ما هو المجال المغناطيسي. بعد كل شيء، يعيش الكثير من الناس في هذا المجال طوال حياتهم ولا يفكرون فيه حتى. حان الوقت لإصلاحه!

مجال مغناطيسي

مجال مغناطيسي – نوع خاصموضوع. يتجلى في العمل على تحريك الشحنات الكهربائية والأجسام التي لها عزم مغناطيسي خاص بها (المغناطيس الدائم).

هام: المجال المغناطيسي لا يؤثر على الشحنات الثابتة! وينشأ المجال المغناطيسي أيضًا عن طريق الشحنات الكهربائية المتحركة، أو عن طريق مجال كهربائي متغير بمرور الوقت، أو عن طريق العزوم المغناطيسية للإلكترونات في الذرات. أي أن أي سلك يتدفق من خلاله التيار يصبح أيضًا مغناطيسًا!

جسم له مجال مغناطيسي خاص به.

المغناطيس له قطبان يسمى الشمال والجنوب. يتم إعطاء التسميات "الشمال" و"الجنوب" للملاءمة فقط (مثل "زائد" و"سالب" في الكهرباء).

ويمثل المجال المغناطيسي خطوط الطاقة المغناطيسية. خطوط القوة مستمرة ومغلقة، واتجاهها يتطابق دائمًا مع اتجاه عمل قوى المجال. إذا تناثرت نشارة معدنية حول مغناطيس دائم، فإن جزيئات المعدن ستظهر صورة واضحة لخطوط المجال المغناطيسي الخارجة من القطب الشمالي والداخلة إلى القطب الجنوبي. الخصائص الرسومية للمجال المغناطيسي - خطوط القوة.

خصائص المجال المغناطيسي

الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي هي الحث المغناطيسي, الفيض المغناطيسيو النفاذية المغناطيسية. ولكن دعونا نتحدث عن كل شيء بالترتيب.

دعونا نلاحظ على الفور أن جميع وحدات القياس موجودة في النظام سي.

الحث المغناطيسي ب - المتجه الكمية المادية، وهي القوة الرئيسية المميزة للمجال المغناطيسي. تمت الإشارة إليه بالحرف ب . وحدة قياس الحث المغناطيسي – تسلا (ت).

يوضح الحث المغناطيسي مدى قوة المجال من خلال تحديد القوة التي يؤثر بها على الشحنة. تسمى هذه القوة قوة لورنتز.

هنا س - تكلفة، الخامس - سرعته في المجال المغناطيسي، ب - تعريفي، F - قوة لورنتز التي يؤثر بها المجال على الشحنة.

F- كمية فيزيائية تساوي ناتج الحث المغناطيسي في مساحة الدائرة وجيب التمام بين ناقل الحث والمستوى الطبيعي للدائرة التي يمر عبرها التدفق. التدفق المغناطيسي هو خاصية عددية للمجال المغناطيسي.

يمكننا القول أن التدفق المغناطيسي يميز عدد خطوط الحث المغناطيسي التي تخترق مساحة الوحدة. يتم قياس التدفق المغناطيسي في ويبراخ (ويب).

النفاذية المغناطيسية- المعامل الذي يحدد الخواص المغناطيسية للوسط. إحدى المعلمات التي يعتمد عليها الحث المغناطيسي للمجال هي النفاذية المغناطيسية.

لقد كان كوكبنا مغناطيسًا ضخمًا لعدة مليارات من السنين. يختلف تحريض المجال المغناطيسي للأرض حسب الإحداثيات. وعند خط الاستواء يساوي تقريبًا 3.1 في 10 أس سالب القوة الخامسة لتسلا. بالإضافة إلى ذلك، هناك حالات شاذة مغناطيسية حيث تختلف قيمة واتجاه المجال بشكل كبير عن المناطق المجاورة. بعض من أكبر الشذوذات المغناطيسية على الكوكب - كورسكو الشذوذ المغناطيسي البرازيلي.

أصل المجال المغناطيسي للأرض لا يزال لغزا للعلماء. ومن المفترض أن مصدر الحقل هو قلب المعدن السائل للأرض. يتحرك القلب، مما يعني أن سبيكة الحديد والنيكل المنصهرة تتحرك، وحركة الجسيمات المشحونة هي التيار الكهربائي الذي يولد المجال المغناطيسي. المشكلة هي أن هذه النظرية ( جيودينامو) لا يشرح كيفية الحفاظ على استقرار المجال.

الأرض عبارة عن ثنائي قطب مغناطيسي ضخم.لا تتطابق الأقطاب المغناطيسية مع الأقطاب الجغرافية، على الرغم من تقاربهما. علاوة على ذلك، تتحرك الأقطاب المغناطيسية للأرض. وقد تم تسجيل نزوحهم منذ عام 1885. على سبيل المثال، على مدى المائة عام الماضية، تحرك القطب المغناطيسي في نصف الكرة الجنوبي حوالي 900 كيلومتر ويقع الآن في المحيط الجنوبي. ويتحرك قطب نصف الكرة القطبي الشمالي عبر المحيط المتجمد الشمالي إلى منطقة الشذوذ المغناطيسي السيبيري الشرقي، وتبلغ سرعة حركته (وفقا لبيانات عام 2004) حوالي 60 كيلومترا سنويا. الآن هناك تسارع في حركة البولنديين - في المتوسط، تنمو السرعة بمقدار 3 كيلومترات في السنة.

ما أهمية المجال المغناطيسي للأرض بالنسبة لنا؟بادئ ذي بدء، يحمي المجال المغناطيسي للأرض الكوكب من الأشعة الكونية والرياح الشمسية. لا تسقط الجسيمات المشحونة من الفضاء السحيق مباشرة على الأرض، ولكنها تنحرف عن طريق مغناطيس عملاق وتتحرك على طول خطوط قوته. وبالتالي، فإن جميع الكائنات الحية محمية من الإشعاع الضار.

لقد حدثت عدة أحداث على مدار تاريخ الأرض. الانقلابات(تغيرات) الأقطاب المغناطيسية. انقلاب القطب- هذا عندما يغيرون الأماكن. آخر مرةحدثت هذه الظاهرة منذ حوالي 800 ألف سنة، وفي المجمل كان هناك أكثر من 400 انقلاب مغناطيسي أرضي في تاريخ الأرض، ويعتقد بعض العلماء أنه بالنظر إلى التسارع الملحوظ لحركة الأقطاب المغناطيسية، ينبغي توقع انقلاب القطب التالي في الألفي سنة القادمة.

ومن حسن الحظ أن تغيير القطب ليس من المتوقع بعد في قرننا هذا. هذا يعني أنه يمكنك التفكير في أشياء ممتعة والاستمتاع بالحياة في المجال القديم الجيد الثابت للأرض، مع مراعاة الخصائص والخصائص الأساسية للمجال المغناطيسي. ولكي تتمكن من القيام بذلك، هناك مؤلفونا الذين يمكنك أن تعهد إليهم بثقة ببعض المشاكل التعليمية! وأنواع أخرى من العمل يمكنك طلبها باستخدام الرابط.

الاستخدام الواسع النطاق للمجالات المغناطيسية في الحياة اليومية وفي الإنتاج وفي بحث علمي. يكفي تسمية أجهزة مثل مولدات التيار المتردد والمحركات الكهربائية والمرحلات ومسرعات الجسيمات وأجهزة الاستشعار المختلفة. دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما هو المجال المغناطيسي وكيف يتم تشكيله.

ما هو المجال المغناطيسي - التعريف

المجال المغناطيسي هو مجال قوة يعمل على تحريك الجسيمات المشحونة. يعتمد حجم المجال المغناطيسي على معدل تغيره. وفقا لهذه الميزة، يتم تمييز نوعين من المجالات المغناطيسية: الديناميكية والجاذبية.

ينشأ المجال المغناطيسي الجاذبية فقط بالقرب من الجسيمات الأولية ويتشكل اعتمادًا على خصائص بنيتها. مصادر المجال المغناطيسي الديناميكي هي الشحنات الكهربائية المتحركة أو الأجسام المشحونة، والموصلات الحاملة للتيار، والمواد الممغنطة.

خصائص المجال المغناطيسي

تمكن العالم الفرنسي الكبير أندريه أمبير من اكتشاف خاصيتين أساسيتين للمجال المغناطيسي:

1. الفرق الرئيسي بين المجال المغناطيسي والمجال الكهربائي وخاصيته الرئيسية هي أنه نسبي. إذا أخذت جسمًا مشحونًا، فاتركه بلا حراك في إطار مرجعي ما ووضع إبرة مغناطيسية بالقرب منه، فسوف يشير، كالعادة، إلى الشمال. أي أنه لن يكتشف أي مجال آخر غير مجال الأرض. إذا بدأت في تحريك هذا الجسم المشحون بالنسبة للسهم، فسوف يبدأ في الدوران - وهذا يشير إلى أنه عندما يتحرك الجسم المشحون، ينشأ أيضًا مجال مغناطيسي، بالإضافة إلى المجال الكهربائي. وبالتالي، يظهر المجال المغناطيسي فقط إذا كانت هناك شحنة متحركة.
2. يؤثر مجال مغناطيسي على تيار كهربائي آخر. لذلك، يمكن اكتشافه من خلال تتبع حركة الجزيئات المشحونة - في المجال المغناطيسي، سوف تنحرف، وسوف تتحرك الموصلات مع التيار، وسوف يدور الإطار مع التيار، وسوف تتحول المواد الممغنطة. وهنا يجب أن نتذكر إبرة البوصلة المغناطيسية، والتي عادة ما تكون ملونة لون ازرق- في النهاية، إنها مجرد قطعة من الحديد الممغنط. ويتجه دائمًا نحو الشمال لأن الأرض بها مجال مغناطيسي. كوكبنا بأكمله عبارة عن مغناطيس ضخم: في القطب الشمالي يوجد حزام مغناطيسي جنوبي، وفي القطب الجغرافي الجنوبي يوجد قطب مغناطيسي شمالي.

بالإضافة إلى ذلك، تشمل خصائص المجال المغناطيسي الخصائص التالية:

1. يتم وصف قوة المجال المغناطيسي عن طريق الحث المغناطيسي - وهي كمية متجهة تحدد القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على الشحنات المتحركة.
2. يمكن أن يكون المجال المغناطيسي من النوع الثابت والمتغير. الأول يتم توليده بواسطة مجال كهربائي لا يتغير بمرور الوقت، كما أن تحريض مثل هذا المجال ثابت أيضًا. يتم إنشاء الثاني غالبًا باستخدام المحاثات التي تعمل بالتيار المتردد.
3. لا يمكن إدراك المجال المغناطيسي بالحواس البشرية ويتم تسجيله فقط بواسطة أجهزة استشعار خاصة.

لفهم ما هي خاصية المجال المغناطيسي، يجب تعريف العديد من الظواهر. في الوقت نفسه، عليك أن تتذكر مقدما كيف ولماذا يظهر. اكتشف ما هي خاصية القوة للمجال المغناطيسي. ومن المهم أن مثل هذا المجال يمكن أن يحدث ليس فقط في المغناطيس. ولا يضر في هذا الصدد أن نذكر خصائص المجال المغناطيسي للأرض.

ظهور الميدان

أولا نحن بحاجة إلى وصف ظهور هذا المجال. ثم يمكنك وصف المجال المغناطيسي وخصائصه. يظهر أثناء حركة الجزيئات المشحونة. قد يؤثر بشكل خاص على الموصلات الحية. التفاعل بين المجال المغناطيسي والشحنات المتحركة، أو الموصلات التي يتدفق من خلالها التيار، يحدث بسبب قوى تسمى الكهرومغناطيسية.

يتم تحديد شدة أو قوة المجال المغناطيسي عند نقطة مكانية معينة باستخدام الحث المغناطيسي. ويشار إلى الأخير بالرمز B.

التمثيل البياني للمجال

يمكن تمثيل المجال المغناطيسي وخصائصه بشكل رسومي باستخدام خطوط الحث. يشير هذا التعريف إلى الخطوط التي تتوافق ظلالها في أي نقطة مع اتجاه متجه الحث المغناطيسي.

تدخل هذه الخطوط في خصائص المجال المغناطيسي وتستخدم لتحديد اتجاهه وكثافته. كلما زادت شدة المجال المغناطيسي، كلما تم رسم المزيد من هذه الخطوط.

ما هي الخطوط المغناطيسية

الخطوط المغناطيسية في الموصلات الحاملة للتيار المستقيم لها شكل دائرة متحدة المركز، يقع مركزها على محور الموصل المحدد. يتم تحديد اتجاه الخطوط المغناطيسية بالقرب من الموصلات الحاملة للتيار من خلال قاعدة المثقاب، والتي تبدو كالتالي: إذا تم وضع المثقاب بحيث يتم تثبيته في الموصل في اتجاه التيار، فإن اتجاه دوران المقبض يتوافق مع اتجاه الخطوط المغناطيسية.

في ملف به تيار، سيتم أيضًا تحديد اتجاه المجال المغناطيسي من خلال قاعدة المثقاب. مطلوب أيضًا تدوير المقبض في اتجاه التيار في المنعطفات اللولبية. سوف يتوافق اتجاه خطوط الحث المغناطيسي مع الاتجاه التحرك إلى الأمامالمثقاب.

إنها السمة الرئيسية للمجال المغناطيسي.

سيختلف المجال الناتج عن تيار واحد، في ظل ظروف متساوية، في شدته بيئات مختلفةبسبب اختلاف الخصائص المغناطيسية في هذه المواد. تتميز الخواص المغناطيسية للوسط بالنفاذية المغناطيسية المطلقة. ويقاس بالهنري لكل متر (جم / م).

وتشمل خصائص المجال المغناطيسي النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ، والتي تسمى الثابت المغناطيسي. القيمة التي تحدد عدد المرات التي ستختلف فيها النفاذية المغناطيسية المطلقة للوسط عن الثابت تسمى النفاذية المغناطيسية النسبية.

النفاذية المغناطيسية للمواد

هذه كمية بلا أبعاد. المواد التي لها قيمة نفاذية أقل من واحد تسمى مواد مغناطيسية. في هذه المواد سيكون المجال أضعف منه في الفراغ. هذه الخصائص موجودة في الهيدروجين والماء والكوارتز والفضة وغيرها.

تسمى الوسائط ذات النفاذية المغناطيسية التي تتجاوز الوحدة بالمغناطيسية. في هذه المواد سيكون المجال أقوى مما هو عليه في الفراغ. وتشمل هذه البيئات والمواد الهواء والألمنيوم والأكسجين والبلاتين.

في حالة المواد البارامغناطيسية والديامغناطيسية، فإن قيمة النفاذية المغناطيسية لن تعتمد على جهد المجال الخارجي المغنطيسي. وهذا يعني أن الكمية ثابتة بالنسبة لمادة معينة.

مجموعة خاصة تشمل المغناطيسات الحديدية. بالنسبة لهذه المواد، ستصل النفاذية المغناطيسية إلى عدة آلاف أو أكثر. وتستخدم هذه المواد، التي لها خاصية الممغنطة وتعزيز المجال المغناطيسي، على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية.

شدة المجال

لتحديد خصائص المجال المغناطيسي، يمكن استخدام قيمة تسمى قوة المجال المغناطيسي مع متجه الحث المغناطيسي. يحدد هذا المصطلح شدة المجال المغناطيسي الخارجي. اتجاه المجال المغناطيسي في الوسط خصائص متطابقةفي جميع الاتجاهات سوف يتزامن متجه الشدة مع متجه الحث المغناطيسي عند نقطة المجال.

يتم تفسير قوة المغناطيسات الحديدية من خلال وجود أجزاء صغيرة ممغنطة بشكل تعسفي فيها، والتي يمكن تمثيلها في شكل مغناطيس صغير.

مع عدم وجود مجال مغناطيسي، قد لا يكون للمادة المغناطيسية الحديدية خصائص مغناطيسية واضحة، نظرًا لأن مجالات المجالات تكتسب اتجاهات مختلفة، ويكون إجمالي مجالها المغناطيسي صفرًا.

وفقًا للخاصية الرئيسية للمجال المغناطيسي، إذا تم وضع مغناطيس حديدي في مجال مغناطيسي خارجي، على سبيل المثال، في ملف به تيار، فسوف تدور المجالات في اتجاه المجال الخارجي تحت تأثير المجال الخارجي. علاوة على ذلك، سيزداد المجال المغناطيسي في الملف، وسيزداد الحث المغناطيسي. إذا كان المجال الخارجي ضعيفًا بدرجة كافية، فلن ينقلب سوى جزء من جميع المجالات، وتكون مجالاتها المغناطيسية قريبة من اتجاه المجال الخارجي. مع زيادة قوة المجال الخارجي، سيزداد عدد المجالات المدورة، وعند قيمة معينة لجهد المجال الخارجي، سيتم تدوير جميع الأجزاء تقريبًا بحيث تقع المجالات المغناطيسية في اتجاه المجال الخارجي. وتسمى هذه الحالة بالتشبع المغناطيسي.

العلاقة بين الحث المغناطيسي والتوتر

يمكن تصوير العلاقة بين الحث المغناطيسي لمادة مغنطيسية حديدية وشدة المجال الخارجي باستخدام رسم بياني يسمى منحنى المغنطة. عند النقطة التي ينحني فيها المنحنى، ينخفض ​​معدل الزيادة في الحث المغناطيسي. بعد الانحناء، حيث يصل التوتر إلى قيمة معينة، يحدث التشبع، ويرتفع المنحنى قليلاً، ليأخذ تدريجياً شكل خط مستقيم. في هذه المنطقة، لا يزال التحريض ينمو، ولكن ببطء شديد وفقط بسبب زيادة شدة المجال الخارجي.

إن الاعتماد الرسومي لبيانات المؤشر ليس مباشرا، مما يعني أن نسبتها ليست ثابتة، كما أن النفاذية المغناطيسية للمادة ليست مؤشرا ثابتا، بل تعتمد على المجال الخارجي.

التغيرات في الخواص المغناطيسية للمواد

عندما يتم زيادة القوة الحالية لاستكمال التشبع في ملف ذو قلب مغنطيسي حديدي ثم ينخفض، فإن منحنى المغنطة لن يتطابق مع منحنى إزالة المغناطيسية. في حالة الكثافة الصفرية، لن يكون للحث المغناطيسي نفس القيمة، ولكنه سيكتسب مؤشرًا معينًا يسمى الحث المغناطيسي المتبقي. تسمى الحالة التي يتأخر فيها الحث المغناطيسي عن القوة المغناطيسية بالتباطؤ.

لإزالة مغناطيسية النواة المغناطيسية بالكامل في الملف، من الضروري إعطاء تيار عكسي، مما سيخلق الجهد اللازم. تتطلب المواد المغناطيسية المختلفة قطعة ذات أطوال مختلفة. كلما زاد حجمه، زادت كمية الطاقة اللازمة لإزالة المغناطيسية. تسمى القيمة التي تحدث عندها إزالة المغناطيسية الكاملة للمادة بالقوة القسرية.

مع زيادة أخرى في التيار في الملف، سيزداد الحث مرة أخرى إلى التشبع، ولكن مع اتجاه مختلف للخطوط المغناطيسية. عند إزالة المغناطيسية في الاتجاه المعاكس، سيتم الحصول على الحث المتبقي. تُستخدم ظاهرة المغناطيسية المتبقية لإنشاء مغناطيس دائم من مواد ذات مؤشر مرتفع للمغناطيسية المتبقية. يتم إنشاء نوى الآلات والأجهزة الكهربائية من مواد لديها القدرة على إعادة مغنطة.

حكم اليد اليسرى

إن القوة المؤثرة على الموصل الحامل للتيار لها اتجاه تحدده قاعدة اليد اليسرى: عندما يتم وضع كف اليد العذراء بحيث تدخل الخطوط المغناطيسية إليها، وتمد أربعة أصابع في اتجاه التيار في الموصل، عازمة إبهامسوف تشير إلى اتجاه القوة. هذه القوة متعامدة مع ناقل الحث والتيار.

يعتبر الموصل الحامل للتيار المتحرك في مجال مغناطيسي نموذجًا أوليًا لمحرك كهربائي يتغير طاقة كهربائيةإلى ميكانيكية.

حكم اليد اليمنى

عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي، تتولد داخله قوة دافعة كهربائية، تتناسب قيمتها مع الحث المغناطيسي، وطول الموصل المعني، وسرعة حركته. ويسمى هذا الاعتماد بالحث الكهرومغناطيسي. عند تحديد اتجاه القوة الدافعة الكهربية المستحثة في موصل، استخدم القاعدة اليد اليمنى: عندما يتم وضع اليد اليمنى بنفس الطريقة كما في المثال مع اليسار، تدخل الخطوط المغناطيسية إلى راحة اليد، ويشير الإبهام إلى اتجاه حركة الموصل، وستشير الأصابع الممتدة إلى اتجاه المجال الكهرومغناطيسي المستحث. تتحرك في التدفق المغناطيسي تحت تأثير خارجي القوة الميكانيكيةالموصل هو أبسط مثال للمولد الكهربائي الذي يتم فيه تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

يمكن صياغته بشكل مختلف: في حلقة مغلقة، يتم حث المجال الكهرومغناطيسي؛ مع أي تغيير في التدفق المغناطيسي الذي تغطيه هذه الحلقة، فإن المجال الكهرومغناطيسي في الحلقة يساوي عدديًا معدل تغير التدفق المغناطيسي الذي يغطي هذه الحلقة.

يوفر هذا النموذج مؤشر متوسط ​​المجال الكهرومغناطيسي ويشير إلى اعتماد المجال الكهرومغناطيسي ليس على التدفق المغناطيسي، بل على معدل تغيره.

قانون لينز

عليك أيضًا أن تتذكر قانون لينز: التيار المستحث عندما يتغير المجال المغناطيسي الذي يمر عبر الدائرة، يمنع مجاله المغناطيسي هذا التغيير. إذا تم اختراق لفات الملف بواسطة تدفقات مغناطيسية ذات مقادير مختلفة، فإن المجالات الكهرومغناطيسية المستحثة في جميع أنحاء الملف بأكمله تساوي مجموع EDE في دورات مختلفة. يُطلق على مجموع التدفقات المغناطيسية للمنعطفات المختلفة للملف اسم ارتباط التدفق. وحدة قياس هذه الكمية، وكذلك التدفق المغناطيسي، هي فيبر.

عندما يتغير التيار الكهربائي في الدائرة، يتغير أيضًا التدفق المغناطيسي الذي يحدثه. وفي الوقت نفسه، وفقا للقانون الحث الكهرومغناطيسي، يتم إحداث EMF داخل الموصل. يبدو بسبب تغير التيار في الموصل، لأن هذه الظاهرةيسمى الحث الذاتي، والقوة الدافعة الكهربية المستحثة في الموصل تسمى القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية.

لا يعتمد ارتباط التدفق والتدفق المغناطيسي على قوة التيار فحسب، بل يعتمد أيضًا على حجم وشكل موصل معين، والنفاذية المغناطيسية للمادة المحيطة.

محاثة موصل

ويسمى عامل التناسب محاثة الموصل. ويشير إلى قدرة الموصل على إنشاء وصلة تدفق عندما تمر الكهرباء من خلاله. هذه هي واحدة من المعالم الرئيسية للدوائر الكهربائية. بالنسبة لبعض الدوائر، الحث هو قيمة ثابتة. سيعتمد ذلك على حجم الدائرة وتكوينها والنفاذية المغناطيسية للوسط. في هذه الحالة، لن يكون لقوة التيار في الدائرة والتدفق المغناطيسي أي أهمية.

التعريفات والظواهر المذكورة أعلاه توفر تفسيرا لماهية المجال المغناطيسي. كما يتم تقديم الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي، والتي يمكن من خلالها تحديد هذه الظاهرة.