المغناطيسية هي فئة من الظواهر الفيزيائية التي تتوسط فيها المجالات المغناطيسية. تؤدي التيارات الكهربائية واللحظات المغناطيسية الأساسية للجسيمات الأولية إلى نشوء مجال مغناطيسي يعمل على التيارات والعزم المغناطيسية الأخرى.
تتأثر جميع المواد إلى حد ما بمجال مغناطيسي. التأثير الأكثر شيوعًا هو المغناطيس الدائم ، الذي له لحظات مغناطيسية ثابتة ناتجة عن المغناطيسية الحديدية.
في هذا المنشور سوف نغطي:
- قوة القوة المغناطيسية
- كيف ترتبط القوة المغناطيسية بالتيار الكهربائي؟
- ما هي المواد التي تتأثر بالقوة المغناطيسية؟
- أمثلة على القوة المغناطيسية في العمل
- كيف يتم وصف القوة المغناطيسية؟
- ما هي أنواع المجالات المرتبطة بالقوة المغناطيسية؟
- هل تختبر جميع الأجسام القوة المغناطيسية؟
- ما العلاقة بين القوة المغناطيسية والأسطح المؤدية؟
- ما العلاقة بين القوة المغناطيسية وحجم سرعة الجسم؟
- التاريخ الرائع للمغناطيس
- استكشاف العالم الرائع للمغناطيسية
- استكشاف المجالات المغناطيسية في المواد
- المغناطيس الكهربائي: جهاز قوي تقوده الكهرباء
- ثنائيات الأقطاب المغناطيسية: اللبنات الأساسية للمغناطيسية
- وفي الختام
قوة القوة المغناطيسية
القوة المغناطيسية هي القوة المؤثرة على جسيم مشحون يتحرك في مجال مغناطيسي. إنها قوة عمودية على سرعة الجسيم المشحون والمجال المغناطيسي. يتم وصف هذه القوة بواسطة معادلة قوة لورنتز ، والتي تنص على أن القوة (F) التي تعمل على شحنة (q) تتحرك بسرعة (v) في مجال مغناطيسي (B) تُعطى بواسطة المعادلة F = qvBsinθ ، حيث θ هي الزاوية بين سرعة الشحنة والمجال المغناطيسي.
كيف ترتبط القوة المغناطيسية بالتيار الكهربائي؟
ترتبط القوة المغناطيسية ارتباطًا وثيقًا بالتيار الكهربائي. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر سلك ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا حول السلك. يمكن لهذا المجال المغناطيسي أن يمارس قوة على أجسام أخرى في وجوده. يعتمد حجم واتجاه القوة على قوة واتجاه المجال المغناطيسي.
ما هي المواد التي تتأثر بالقوة المغناطيسية؟
يمكن أن تؤثر القوة المغناطيسية على عدد كبير من المواد ، بما في ذلك:
- المواد المغناطيسية مثل الحديد والصلب والنيكل
- إجراء مواد مثل النحاس والألمنيوم
- الإلكترونات المتنقلة في الموصل
- الجسيمات المشحونة في البلازما
أمثلة على القوة المغناطيسية في العمل
بعض الأمثلة على القوة المغناطيسية في العمل تشمل:
- المغناطيس يجذب أو يتنافر
- ملصقات تلتصق بالثلاجة أو الباب لأنها مزودة بمغناطيس
- قضيب من الفولاذ يتم سحبه باتجاه مغناطيس قوي
- سلك يحمل تيارًا كهربائيًا ينحرف في مجال مغناطيسي
- الحركة الثابتة لإبرة البوصلة بسبب المجال المغناطيسي للأرض
كيف يتم وصف القوة المغناطيسية؟
يتم وصف القوة المغناطيسية باستخدام وحدات نيوتن (N) و teslas (T). تسلا هي وحدة قياس المجال المغناطيسي ، وتُعرَّف بأنها القوة المؤثرة على سلك يحمل تيارًا من أمبير واحد موضوع في مجال مغناطيسي موحد من تسلا واحد. القوة المغناطيسية المؤثرة على جسم ما تساوي ناتج شدة المجال المغناطيسي وشحنة الجسم.
ما هي أنواع المجالات المرتبطة بالقوة المغناطيسية؟
ترتبط القوة المغناطيسية بالمجالات الكهرومغناطيسية. المجال الكهرومغناطيسي هو نوع من المجال يتم إنشاؤه بواسطة وجود الشحنات والتيارات الكهربائية. المجال المغناطيسي هو أحد مكونات المجال الكهرومغناطيسي ، ويتم إنشاؤه بواسطة حركة الشحنات الكهربائية.
هل تختبر جميع الأجسام القوة المغناطيسية؟
لا تختبر كل الأجسام القوة المغناطيسية. فقط الأشياء التي لديها شحنة صافية أو تحمل تيارًا كهربائيًا ستختبر القوة المغناطيسية. الأجسام التي ليس لها شحنة صافية ولا تحمل تيارًا كهربائيًا لن تتعرض للقوة المغناطيسية.
ما العلاقة بين القوة المغناطيسية والأسطح المؤدية؟
عندما يتم وضع سطح موصل في مجال مغناطيسي ، فإن الإلكترونات الموجودة على السطح سوف تتعرض لقوة بسبب المجال المغناطيسي. ستؤدي هذه القوة إلى تحريك الإلكترونات ، مما سيخلق تيارًا في السطح. سيخلق التيار بدوره حقلاً مغناطيسيًا يتفاعل مع المجال المغناطيسي الأصلي ، مما يتسبب في تعرض السطح لقوة.
ما العلاقة بين القوة المغناطيسية وحجم سرعة الجسم؟
تتناسب القوة المغناطيسية المؤثرة على جسم مع مقدار سرعة الجسم. كلما كان الجسم يتحرك بشكل أسرع ، كانت القوة المغناطيسية أقوى.
التاريخ الرائع للمغناطيس
- تأتي كلمة "مغناطيس" من الكلمة اللاتينية "Magnes" ، والتي تشير إلى نوع خاص من الصخور موجود في تركيا على جبل إيدا.
- اكتشف الصينيون القدماء أحجار المغناطيس ، وهي مغناطيس طبيعي مصنوع من أكسيد الحديد ، منذ أكثر من 2,000 عام.
- أكد العالم الإنجليزي ويليام جيلبرت الملاحظات السابقة حول خصائص المغناطيس في أواخر القرن السادس عشر ، بما في ذلك وجود أقطاب مغناطيسية.
- اكتشف العالم الهولندي كريستيان أورستد العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في عام 1820.
- قام الفيزيائي الفرنسي أندريه أمبير بتوسيع عمل أورستيد ، ودرس العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية وطور مفهوم المجال المغناطيسي.
تطوير المغناطيس الدائم
- في السنوات الأولى للمغناطيسية ، كان الباحثون مهتمين بإنتاج مغناطيس أقوى وأكثر قوة.
- في الثلاثينيات من القرن الماضي ، طور الباحثون في سوميتومو سبيكة من الحديد والألمنيوم والنيكل أنتجت مغناطيسًا بكثافة طاقة أعلى من أي مادة سابقة.
- في الثمانينيات ، قدم باحثون في أكاديمية العلوم في موسكو نوعًا جديدًا من المغناطيس مصنوعًا من مركب من النيوديميوم والحديد والبورون (NdFeB) ، وهو أقوى مغناطيس متاح تقنيًا اليوم.
- يمكن للمغناطيسات الحديثة أن تنتج مجالات مغناطيسية بقوة تصل إلى 52 ميجا-غاوس-أورستد (MGOe) ، وهي هائلة مقارنة بـ 0.5 MGOe التي تنتجها أحجار الند.
دور المغناطيس في إنتاج الطاقة
- يلعب المغناطيس دورًا مهمًا في توليد الكهرباء ، لا سيما في إنتاج الطاقة من توربينات الرياح والسدود الكهرومائية.
- تُستخدم المغناطيسات أيضًا في المحركات الكهربائية ، والتي توجد في كل شيء من السيارات إلى الأجهزة المنزلية.
- ينشأ الاهتمام بالمغناطيسات من قدرتها على إنتاج مجال مغناطيسي يمكن استخدامه لتوليد الطاقة الكهربائية.
مستقبل المغناطيس
- يدرس العلماء مواد جديدة وتطورات في المغناطيسية ، بما في ذلك استخدام المعادن والسبائك الأرضية النادرة.
- المغناطيس الجديد هو نوع جديد من المغناطيس أقوى من أي مغناطيس سابق ولديه القدرة على إحداث ثورة في مجال المغناطيسية.
- مع استمرار توسيع فهمنا للمغناطيسات ، فإنها ستلعب دورًا متزايد الأهمية في المجتمعات المتقدمة تقنيًا.
استكشاف العالم الرائع للمغناطيسية
المغناطيسية هي خاصية تمتلكها بعض المواد ، مما يسمح لها بجذب أو صد المواد الأخرى. تشمل أنواع المغناطيسية ما يلي:
- نفاذية المغناطيسية: هذا النوع من المغناطيسية موجود في جميع المواد وينتج عن حركة الإلكترونات في المادة. عندما يتم وضع مادة في مجال مغناطيسي ، فإن الإلكترونات الموجودة في المادة ستنتج تيارًا كهربائيًا يعاكس المجال المغناطيسي. ينتج عن هذا تأثير تنافر ضعيف ، والذي عادة ما يكون غير ملحوظ.
- البارامغناطيسية: هذا النوع من المغناطيسية موجود أيضًا في جميع المواد ، لكنه أضعف بكثير من النفاذية المغناطيسية. في المواد المغنطيسية ، لا يتم محاذاة اللحظات المغناطيسية للإلكترونات ، ولكن يمكن محاذاة بواسطة مجال مغناطيسي خارجي. يؤدي هذا إلى ضعف انجذاب المادة إلى المجال المغناطيسي.
- المغناطيسية الحديدية: هذا النوع من المغناطيسية هو الأكثر شيوعًا وهو ما يعتقده معظم الناس عندما يسمعون كلمة "مغناطيس". تنجذب المواد المغناطيسية بقوة إلى المغناطيس ويمكنها الحفاظ على خصائصها المغناطيسية حتى بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. وذلك لأن اللحظات المغناطيسية للإلكترونات في المادة مصطفة في نفس الاتجاه ، مما ينتج مجالًا مغناطيسيًا قويًا.
العلم وراء المغناطيسية
تنتج المغناطيسية عن حركة الشحنات الكهربائية ، مثل الإلكترونات ، في مادة ما. يمكن وصف المجال المغناطيسي الناتج عن هذه الشحنات على أنه مجموعة من الخطوط التي تشكل مجالًا مغناطيسيًا. تختلف قوة المجال المغناطيسي اعتمادًا على عدد الشحنات الموجودة ودرجة توافقها.
تلعب بنية المادة أيضًا دورًا في خصائصها المغناطيسية. في المواد المغناطيسية ، على سبيل المثال ، يتم محاذاة اللحظات المغناطيسية للجزيئات في نفس الاتجاه ، مما ينتج عنه مجال مغناطيسي قوي. في المواد المغناطيسية ، تكون اللحظات المغناطيسية موجهة بشكل عشوائي ، مما يؤدي إلى تأثير تنافر ضعيف.
أهمية فهم المغناطيسية
المغناطيسية هي خاصية مهمة للمادة التي لها العديد من التطبيقات العملية. تتضمن بعض طرق استخدام المغناطيسية ما يلي:
- المحركات والمولدات الكهربائية: تستخدم هذه الأجهزة المجالات المغناطيسية لإنتاج الحركة أو توليد الكهرباء.
- التخزين المغناطيسي: تُستخدم الحقول المغناطيسية لتخزين البيانات على محركات الأقراص الثابتة وأنواع أخرى من وسائط التخزين المغناطيسية.
- التصوير الطبي: التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) يستخدم المجالات المغناطيسية لإنتاج صور مفصلة للجسم.
- التحليق المغناطيسي: يمكن استخدام المجالات المغناطيسية لرفع الأجسام ، والتي لها تطبيقات في النقل والتصنيع.
يعد فهم المغناطيسية أمرًا مهمًا أيضًا للعلماء والمهندسين الذين يتعاملون مع المواد. من خلال فهم الخصائص المغناطيسية للمادة ، يمكنهم تصميم مواد ذات خصائص مغناطيسية محددة لتطبيقات مختلفة.
استكشاف المجالات المغناطيسية في المواد
يتم تحديد قوة المجال المغناطيسي بوحدات الأمبير لكل متر (A / m). ترتبط شدة المجال المغناطيسي بكثافة التدفق المغناطيسي ، وهي عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تمر عبر منطقة معينة. يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي بواسطة متجه يشير إلى اتجاه القوة المغناطيسية على شحنة موجبة تتحرك في المجال.
دور الموصلات في المجالات المغناطيسية
يمكن أن تتأثر المواد التي توصل الكهرباء ، مثل النحاس أو الألومنيوم ، بالمجالات المغناطيسية. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر موصل ، يتم إنتاج مجال مغناطيسي عمودي على اتجاه تدفق التيار. يُعرف هذا بقاعدة اليد اليمنى ، حيث يشير الإبهام في اتجاه التدفق الحالي ، وتلتف الأصابع في اتجاه المجال المغناطيسي.
الأنواع المحددة للمواد المغناطيسية
هناك نوعان محددان من المواد المغناطيسية: المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية. المواد المغناطيسية الحديدية ، مثل الحديد والنيكل والكوبالت ، لها مجال مغناطيسي قوي ويمكن أن تكون ممغنطة. المواد البارامغنطيسية ، مثل الألومنيوم والبلاتين ، لها مجال مغناطيسي ضعيف ولا يمكن مغنطتها بسهولة.
المغناطيس الكهربائي: جهاز قوي تقوده الكهرباء
المغناطيس الكهربائي هو نوع من المغناطيس يتم إنشاؤه عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر سلك. عادة ما يتم لف السلك حول قلب مصنوع من الحديد أو مادة مغناطيسية أخرى. المبدأ الكامن وراء المغناطيس الكهربائي هو أنه عندما يتدفق تيار كهربائي عبر سلك ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا حول السلك. عن طريق لف السلك في ملف ، يتم تقوية المجال المغناطيسي ، ويكون المغناطيس الناتج أقوى بكثير من المغناطيس الدائم العادي.
كيف يتم التحكم في المغناطيسات الكهربائية؟
يمكن التحكم في قوة المغناطيس الكهربائي بسهولة عن طريق تغيير كمية التيار الكهربائي الذي يتدفق من خلاله. عن طريق زيادة أو تقليل كمية التيار ، يمكن إضعاف أو تقوية المجال المغناطيسي. يمكن حتى عكس أقطاب المغناطيس الكهربائي عن طريق عكس تدفق الكهرباء. هذا يجعل المغناطيس الكهربائي مفيدًا جدًا في مجموعة واسعة من التطبيقات.
ما هي بعض التجارب الممتعة مع المغناطيس الكهربائي؟
إذا كنت مهتمًا بالعلم وراء المغناطيس الكهربائي ، فهناك العديد من التجارب الممتعة التي يمكنك تجربتها في المنزل. إليك بعض الأفكار:
- اصنع مغناطيسًا كهربائيًا بسيطًا عن طريق لف سلك حول مسمار وتوصيله بالبطارية. تعرف على عدد المشابك الورقية التي يمكنك التقاطها باستخدام المغناطيس الكهربائي.
- قم ببناء محرك بسيط باستخدام مغناطيس كهربائي وبطارية. من خلال قلب قطبية البطارية ، يمكنك جعل المحرك يدور في الاتجاه المعاكس.
- استخدم مغناطيسًا كهربائيًا لإنشاء مولد بسيط. عن طريق تدوير ملف من الأسلاك داخل مجال مغناطيسي ، يمكنك توليد كمية صغيرة من الكهرباء.
بشكل عام ، يعود سبب وجود المغناطيسات الكهربائية إلى حقيقة أنه يمكن التحكم فيها بسهولة عن طريق الكهرباء ، مما يجعلها مكونًا حيويًا في العديد من الأجهزة والتطبيقات.
ثنائيات الأقطاب المغناطيسية: اللبنات الأساسية للمغناطيسية
ثنائيات الأقطاب المغناطيسية هي اللبنات الأساسية للمغناطيسية. إنها أصغر وحدة مغناطيسية وتتكون من مغناطيسات صغيرة تسمى الإلكترونات. هذه الإلكترونات موجودة في جزيئات المادة ولديها القدرة على إنشاء مجال مغناطيسي. ثنائي القطب المغناطيسي هو ببساطة حلقة تيار تتكون من شحنة موجبة وسالبة.
وظيفة ثنائيات الأقطاب المغناطيسية
تلعب ثنائيات الأقطاب المغناطيسية دورًا نشطًا في بنية ووظيفة العديد من المركبات. توجد عادة في السلك والدائرة النموذجية ، ويرتبط وجودها ارتباطًا مباشرًا بقوة المجال المغناطيسي. تُعطى شدة المجال المغناطيسي من خلال مساحة الحلقة والتيار المتدفق خلالها.
أهمية ثنائيات الأقطاب المغناطيسية في العلوم الطبية
ثنائيات الأقطاب المغناطيسية لها أهمية كبيرة في العلوم الطبية. يتم استخدامها لإنشاء مغناطيس صغير يمكن استخدامه لتشخيص وعلاج الحالات الطبية المختلفة. يُطلق على استخدام ثنائيات الأقطاب المغناطيسية في العلوم الطبية التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). التصوير بالرنين المغناطيسي هو تقنية طبية سليمة وآمنة تستخدم ثنائيات أقطاب مغناطيسية لإنشاء صور لداخل الجسم.
وفي الختام
لذا ، يعني المغناطيس شيئًا يجذب المغناطيس أو يصده. إنها قوة مرتبطة بالكهرباء والمغناطيسية. يمكنك استخدامه لتثبيت الأشياء على الثلاجة أو إنشاء نقطة بوصلة شمالًا. لذا ، لا تخف من استخدامه! الأمر ليس معقدًا كما يبدو. فقط تذكر القواعد وستكون بخير.
أنا Joost Nusselder ، مؤسس Tools Doctor ، ومسوق المحتوى ، وأبي. أحب تجربة معدات جديدة ، ومع فريقي ، أقوم بإنشاء مقالات مدونة متعمقة منذ عام 2016 لمساعدة القراء المخلصين بالأدوات ونصائح الصياغة.
