علم خطوط المجال المغناطيسي

أ حقل مغناطيسي يحيط أي شحنة كهربائية متحركة. المجال المغناطيسي مستمر وغير مرئي ، ولكن قد يتم تمثيل قوته واتجاهه بخطوط المجال المغناطيسي. من الناحية المثالية ، تُظهر خطوط المجال المغناطيسي أو خطوط التدفق المغناطيسي قوة واتجاه المجال المغناطيسي. التمثيل مفيد لأنه يمنح الناس طريقة لعرض قوة غير مرئية ولأن القوانين الفيزيائية الرياضية تستوعب بسهولة "عدد" أو كثافة خطوط المجال.

المجال المغناطيسي هو المتجهمما يعني أن لها حجم واتجاه. إذا التيار الكهربائي يتدفق في خط مستقيم ، توضح قاعدة اليد اليمنى اتجاه تدفق خطوط المجال المغناطيسي غير المرئية حول السلك. إذا كنت تتخيل إمساك السلك بيدك اليمنى مع توجيه إبهامك في اتجاه التيار ، فإن المجال المغناطيسي ينتقل في اتجاه الأصابع حول السلك. ولكن ، ماذا لو كنت لا تعرف اتجاه التيار أو تريد ببساطة تصور مجال مغناطيسي؟

المجال المغناطيسي غير مرئي مثل الهواء. يمكنك عرض الرياح بشكل غير مباشر عن طريق رمي قطع صغيرة من الورق في الهواء. وبالمثل ، يتيح لك وضع أجزاء من المواد المغناطيسية في مجال مغناطيسي تتبع مسارها. تتضمن الطرق السهلة:

استخدم بوصلة

تلوح بواحدة بوصلة حول مجال مغناطيسي يوضح اتجاه خطوط المجال. لرسم المجال المغناطيسي في الواقع ، يشير وضع العديد من البوصلات إلى اتجاه المجال المغناطيسي في أي نقطة. لرسم خطوط المجال المغناطيسي ، قم بتوصيل البوصلة "بالنقاط". ميزة هذه الطريقة هي أنها تظهر اتجاه خطوط المجال المغناطيسي. العيب هو أنه لا يشير إلى قوة المجال المغناطيسي.

استخدم برادة الحديد أو رمل المغنتيت

حديد مغناطيسي حديدي. هذا يعني أنها تحاذي نفسها على طول خطوط المجال المغناطيسي ، وتشكيل مغناطيسات صغيرة مع القطبين الشمالي والجنوبي. يتم محاذاة قطع صغيرة من الحديد ، مثل برادة الحديد ، لتشكيل خريطة تفصيلية لخطوط الحقل لأن القطب الشمالي لقطعة واحدة أو لصد القطب الشمالي لقطعة أخرى وجذب القطب الجنوبي. ولكن ، لا يمكنك فقط رش البرادة على المغناطيس لأنها تنجذب إليها وستلتزم بها بدلاً من تتبع المجال المغناطيسي.

لحل هذه المشكلة ، يتم رش برادة الحديد على الورق أو البلاستيك فوق مجال مغناطيسي. إحدى التقنيات المستخدمة لتفريق برادة هي رشها على السطح من ارتفاع بضع بوصات. يمكن إضافة المزيد من الإيداعات لجعل خطوط الحقل أكثر وضوحًا ، ولكن حتى نقطة واحدة فقط.

تتضمن بدائل برادة الحديد حبيبات BB المصنوعة من الصلب أو برادة الحديد المطلية بالقصدير (التي لا تصدأ) أو مشابك الورق الصغيرة أو الدبابيس أو رمل المغنتيت. تتمثل ميزة استخدام جزيئات الحديد أو الفولاذ أو المغنتيت في أن الجسيمات تشكل خريطة تفصيلية لخطوط المجال المغناطيسي. تعطي الخريطة أيضًا إشارة تقريبية لقوة المجال المغناطيسي. تظهر الخطوط الكثيفة ذات التباعد عن قرب حيث يكون الحقل أقوى ، بينما تظهر الخطوط المتفرقة المنفصلة على نطاق واسع حيث يكون أضعف. عيب استخدام برادة الحديد هو أنه لا يوجد مؤشر على اتجاه المجال المغناطيسي. أسهل طريقة للتغلب على ذلك هي استخدام البوصلة مع برادة حديدية لتحديد كل من الاتجاه والاتجاه.

جرب فيلم العرض المغناطيسي

فيلم العرض المغناطيسي هو مرن بلاستيك تحتوي على فقاعات من السوائل مغطاة بقضبان مغناطيسية صغيرة. تظهر الأغشية أغمق أو أفتح حسب اتجاه القضبان في المجال المغناطيسي. يعمل فيلم العرض المغناطيسي بشكل أفضل على الهندسة المغناطيسية المعقدة ، مثل تلك التي ينتجها مغناطيس الثلاجة المسطحة.

تظهر خطوط المجال المغناطيسي أيضًا في الطبيعة. خلال كسوف كلي للشمس، تتتبع الخطوط الموجودة في الهالة المجال المغناطيسي للشمس. مرة أخرى على الأرض ، خطوط في الشفق تشير إلى مسار المجال المغناطيسي للكوكب. في كلتا الحالتين ، الخطوط المرئية هي تيارات متوهجة من الجسيمات المشحونة.

باستخدام خطوط المجال المغناطيسي لإنشاء خريطة ، تظهر بعض القواعد:

1. لا تتقاطع خطوط المجال المغناطيسي أبدًا.
2. خطوط المجال المغناطيسي مستمرة. وهي تشكل حلقات مغلقة تستمر طوال الطريق من خلال مادة مغناطيسية.
3. تتجمع خطوط المجال المغناطيسي معًا حيث يكون المجال المغناطيسي أقوى. وبعبارة أخرى ، تشير كثافة خطوط المجال إلى شدة المجال المغناطيسي. إذا تم رسم خطوط الحقل حول المغناطيس ، فإنه أقوى مجال مغناطيسي في أي من القطبين.
4. ما لم يتم تعيين المجال المغناطيسي باستخدام بوصلة ، فقد يكون اتجاه المجال المغناطيسي غير معروف. بالاتفاقية ، يُشار إلى الاتجاه برسم رؤوس الأسهم على طول خطوط المجال المغناطيسي. في أي مجال مغناطيسي ، تتدفق الخطوط دائمًا من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي. إن أسماء "الشمال" و "الجنوب" تاريخية وقد لا يكون لها أي تأثير على التوجه الجغرافي للمجال المغناطيسي

• دورني ، كارل هـ. وكورتيس سي. جونسون (1969). مقدمة في الكهرومغناطيسية الحديثة. ماكجرو هيل. ردمك 978-0-07-018388-9.
• غريفيث ، ديفيد ج. (2017). مقدمة في الديناميكا الكهربائية (الطبعة الرابعة). صحافة جامعة كامبرج. ردمك 9781108357142.
• نيوتن وهنري بلاك وهارفي ن. ديفيس (1913). الفيزياء العملية. شركة ماكميلان ، الولايات المتحدة الأمريكية.
• تيبلر ، بول (2004). الفيزياء للعلماء والمهندسين: الكهرباء والمغناطيسية والضوء والفيزياء الحديثة الأولية (الطبعة الخامسة). ث. H. رجل حر. ردمك 978-0-7167-0810-0.