المجال المغناطيسي The magnetic field
نشأ علم المغناطيسية من ملاحظة أن بعض الأحجار وتسمى Magnetite Fe3O4 تجذب إليها جسيمات الحديد. وكلمة مغناطيسية Magnetism هي مشتقة من منطقة ماغنيسيا Magnesia في آسيا الصغرى حيث توجد هذه الأحجار. وكما هو معروف أن الكرة الأرضية نفسها هي مغناطيس دائم.
في عام 1820 لاحظ العالم اورستد Orested أنه إذا مر تيار في سلك فإنه ينشأ تأثير مغناطيسي متمثلاً في انحراف إبرة مغناطيسية موضوعة بجوار السلك، وكما سندرس لاحقاً أن المجال المغناطيسي ينشأ عن الشحنات في حالة حركة (تيار كهربي) وقد ربط أكشاف اورستد علاقة بين علم الكهربية وعلم المغناطيسية.
تعرف المنطقة المحيطة بمغناطيس دائم أو موصل يمر به تيار بمنطقة مجال مغناطيسي Magnetic field والمقصود بكلمة مجال field هو تأثير فيزيائي يأخذ قيم مختلفة في الفراغ. والمتجه الأساسي في التأثيرات المغناطيسية يسمى متجه الحث أو الفيض المغناطيسي Magnetic induction vector ويرمز له بالرمز B.
يمكن تمثل المجال المغناطيسي بخطوط القوى المغناطيسية بحيث يكون كثافة الخطوط لكل وحدة مساحات من عنصر مساحة عمودي على اتجاه خطوط القوى هو مقدار المجال المغناطيسي. ويكون اتجاه المماس لخط القوى عند أي نقطة عليه يعطي اتجاه المجال المغناطيسي B عند تلك النقطة.
النتائج العملية
• إذا وضعت شحنة اختبار ساكنة عند نقطة في منطقة مجال مغناطيسي وجد عملياً أن القوة المغناطيسية عليها تساوي صفر.
• إذا أطلقت شحنة الاختبار qo بسرعة v خلال النقطة المراد قياس المجال المغناطيسي عندها فإنها تتأثر بقوة عمودية على اتجاه السرعة.
• وجد عملياً أن القوة المغناطيسية تتناسب مع مقدار الشحنة qo واذا كانت الشحنة سالبة فإن القوة تكون في عكس اتجاه القوة على الشحنة الموجبة.
• تكون القوة المغناطيسية عمودية على اتجاه السرعة ويعتمد مقدرا القوة المغناطيسية على اتجاه سرعة الشحنة بحيث أن B تتناسب طردياً مع vsin??حيث ??الزاوية بين السرعة والمجال المغناطيسي B.
• وجد عملياً أن اتجاه القوة يكون دائماً عمودياً على اتجاه المجال المغناطيسي B.
• وجد أن القوة المغناطيسية تصبح نهاية عظمى عندما تكون السرعة عمودية على المجال المغناطيسي.
F ??v
F ??B
F ??qo v sin?
F = qo v B sin?
يعرف مقدار متجه المجال المغناطيسي B كما يلي
B = F / qo v sin?
F = qo v ? B
ويكون اتجاه المجال المغناطيسي في اتجاه دوران بريمة تدور من v إلى B كما في الشكل التالي:
كما أن القوة المغناطيسية على الشحنة السالبة يكون في عكس القوة المغناطيسية على الشحنة الموجبة.
________________________________________
وحدة المجال المغناطيسي B هي Tesla ويرمز لها بالرمز T
ووحدة Tesla هي وحدة كبيرة ويمكن استخدام وحدة الكاوس في نظام كاوس للوحدات حيث
Tesla = 104 Gauss
الفيض المغناطيسي
الفيض المغناطيسي وكما عرف الفيض الكهربي يمكن تعريف الفيض المغناطيسي على أنه عدد الخطوط المغناطيسية التي تعبر وحدة المساحات العمودية. افترض أن dA عبارة عن عنصر مساحة من سطح غير منتظم كما في الشكل المقابل، فالفيض المغناطيسي هو عبارة عن عدد الخطوط والذي يعبر عنه بشدة المجال المغناطيسي B مضروب في المساحة العمودية dA.
ويرمز للفيض المغناطيسي بالرمز ?m
حيث أن dA هو متجه المساحة وقيمته تعطي مقدار المساحة واتجاهه يكون دائما عموديا على المساحة.
ملاحظة
يكون قيمة الفيض المغناطيسي مساوياً للصفر إذا كانت الزاوية المحصورة بين المجال المغناطيسي ومتجه المساحة تساوي 90 درجة وذلك لأنه في هذه الحالة لا توجد خطوط مجال مغناطيسية تخترق المساحة.
بينما تكون قيمة الفيض المغناطيسي اكبر ما يمكن عندما تكون الزاوية المحصورة بين المجال المغناطيسي ومتجه المساحة تساوي 0 أو 180 درجة وهنا أما أن يكون الفيض المغناطيسي موجباً أو سالباً.
إذا كان الفيض المغناطيسي موجياً فهذا يشير إلى ان خطوط المجال المغناطيسي في اتجاه الخروج من السطح أما اذا كان اشارة الفيض المغناطيسي سالبة فهذا يشير إلى ان خطوط المجال المغناطيسي داخلة على السطح.
في هذه الحالة الفيض المغناطيسي يساوي صفر لأن المتجه dA عمودي على متجه المجال B
في هذه الحالة الفيض المغناطيسي يساوي BA لأن المتجه dA في نفس اتجاه على متجه المجال B والزاوية المحصورة تساوي صفر
وحدة الفيض المغناطيسي هي الويبر
1 Wb = 1T.m2