العوامل المؤثرة في شدة المجال المغناطيسي
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على شدة وقوة المغناطيس، وتشمل ما يلي:
- تعتمد خصائص المواد الأساسية وقوة التيار الكهربائي المار في اللب، وعدد لفات السلك في القلب، وشكله وحجمه .
- يتكون المغناطيس من ملف يتألف من أسلاك معزولة ملفوفة حول قلب حديدي، حيث يتم إحداث تأثير المغناطيسية عند تشغيل تيار كهربائي في الأسلاك، ويفقد المغناطيسية عند توقف التيار.
- يمكن زيادة قوة المغناطيس الكهربائي عن طريق لف ملف بمزيد من الأسلاك، وعدد المنعطفات يكون مضروبًا في التيار بالأمبير، وهذا العامل يحدد قوة المغناطيس .
- تزداد قوة المغناطيس بزيادة التيار الكهربائي حتى يصل المغناطيس إلى أقصى قوة له في نقطة معينة .
- يمكن زيادة قوة المغناطيس الكهربائي عند لف السلك حول قلب معدني، وتعتبر المعادن الحديدية أو التي تحتوي على الحديد عادة الأفضل لهذا الغرض .
- تتحسن قدرة الأسلاك على التحمل عند درجات حرارة منخفضة جدًا، حيث تصنع أقوى المغناطيسات من موصلات فائقة مبردة بالنيتروجين أو الهيليوم المسال .
ما الذي يحدد قوة المغناطيس
يتوفر العديد من الأنواع المختلفة للمغناطيسات بأحجام وأشكال ومواد مختلفة، ونقاط قوة مغناطيسية مختلفة، وتولد كل منها قوة مغناطيسية تسمى، وتسمح هذه القوة بجذب أنواع معينة من المعادن أو الالتصاق بها .
وعلى الرغم من ذلك، فإن بعض المغناطيسات لا يمكنها حتى حمل قطعة ورق في الثلاجة، في حين يمكن للأنواع الأخرى رفع السيارات عاليًا في الهواء .
تتأثر قوة المغناطيس بوحدات صغيرة تسمى الذرات الموجودة في كل مادة، حيث تحتوي كل ذرة على إلكترونات تتحرك باستمرار، وتولد حركتها تيارًا كهربائيًا يتسبب في توليد مجال مغناطيسي، مما يشبه مغناطيسًا صغيرًا .
تحتوي معظم المواد على عدد متساوٍ من الإلكترونات التي تدور في اتجاهين معاكسين، مما يلغي تأثيرها المغناطيسي، ولكن يوجد بعض المواد التي تكون مغناطيسية بقوة، مما يعني أن معظم إلكتروناتها تدور في نفس الاتجاه .
تمتاز هذه المواد بنفاذية مغناطيسية عالية، وتنتج أقوى المغناطيسات، وتشمل هذه المواد الحديد والكوبالت والنيكل، ويتم صنع أقوى المغناطيسات باستخدام بورون الحديد النيوديميوم، وتقاس شدة المجال المغناطيسي بوحدة التسلا .
ما الذي يسبب قوة مختلفة في المغناطيس
يتمتع المغناطيس بالعديد من الاستخدامات العملية بعيدًا عن الزخارف والزينة، ويؤثر على حياتنا اليومية بطرق لا ندركها، وتثار العديد من الأسئلة حول كيفية عمل المغناطيس .
لفهم كيف يتمتع المغناطيس بقوى مختلفة في المجالات المغناطيسية، من المهم فهم مفهوم المجال المغناطيسي وكيفية إنتاجه .
ما هو المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي هو القوة التي تؤثر على جسيمٍ مشحون، والمعادلة التي تحكم ذلك التفاعل هي قانون قوة لورنتز، والمعادلة الكاملة لقوة المجال الكهربائي هي E على B، ويتمثل المجال المغناطيسي والسرعة v للجسيم المشحون في كلِّ ذلك، ويعطي النتائج من خلال:
- تنتج المجالات المغناطيسية عن طريق حركة الجسيمات المشحونة (التيار الكهربائي)، حيث تعتبر المغناطيسات الكهربائية مصادر شائعة للمجالات المغناطيسية، مثل سلك بسيط أو سلك دائري .
- تنتج الأرض المجال المغناطيسي بسبب حركة الجسيمات المشحونة في النواة، ورغم ذلك، لا يبدو أن المغناطيسات الموجودة على الثلاجات تحتوي على تيارات كهربائية متدفقة أو مصادر للطاقة .
- تتميز المواد المغناطيسية الحديدية بالحصول على ترتيب مجال عالٍ في شكلها الطبيعي، والذي يمكن بسهولة محاذاته بالكامل من خلال مجال مغناطيسي خارجي .
- عندما تتواجد في الطبيعة، تميل المغناطيسات المغناطيسية إلى أن تكون مغناطيسية وتحتفظ بسهولة بخصائصها المغناطيسية .
- تتشابه المواد المغناطيسية فيما بينها، وقد تنتج مجال مغناطيسي عند وجودها في الطبيعة، ولكنها تستجيب بشكل مختلف للمجالات المغناطيسية الخارجية .
هل المغناطيسات الكبيرة لديها قوة مغناطيسية قوية
تتكون المغناطيسات الدائمة من مجالات مغناطيسية محاذاة بشكل عشوائي، ولكن يوجد داخل كل مجال ترتيب معين يخلق مجالًا مغناطيسيًا .
يمكن أن يحدث ذلك نتيجة تفاعل كل المجالات في قطعة واحدة من المادة المغناطيسية، حيث يكون المجال المغناطيسي الكلي أو الصافي للمغناطيس متأثرًا. إذا تم ترتيب المجالات بشكل عشوائي، فقد يحدث مجال مغناطيسي صغير جدًا .
عند تقريب مجال مغناطيسي خارجي من مغناطيس غير منظم، فإن المجالات المحيطة ستبدأ في المحاذاة لتؤثر على مسافة المجال المحاذاة بالكامل، وبالتالي على القيمة الناتجة للمجال المغناطيسي الصافي .
يمكن لتعريض المادة المغناطيسية لمجال مغناطيسي خارجي لفترة طويلة من الزمن أن يساعد على تحسين جودتها وزيادة مجالها المغناطيسي المنتج. وبالمثل، يمكن تقليل المجال المغناطيسي الصافي للمغناطيس الدائم عن طريقتعريضه للعديد من المجالات المغناطيسية العشوائية أو المتداخلة .
يؤثر حجم المغناطيس على قوته، فكلما زاد حجم المغناطيس، زادت القوة المغناطيسية المؤثرة على السلك الذي يمر به تيار، ويعني ذلك أن حجم المغناطيس يؤدي إلى وجود عدد أكبر من المجالات التي يمكن توجيهها وتوليد مجال مغناطيسي أقوى من قطعة أصغر من نفس المادة
ماذا تعرف عن المغناطيس الكهربائي
هي فئة مختلفة من المغناطيسات، وتتميز بأنها يمكن تشغيلها وإيقافها، وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية المختلفة، والمغناطيس الكهربائي الأكثر شيوعًا هو الملف اللولبي .
يتكون الملف اللولبي من سلسلة حلقات تيارية تنتج مجالًا موحدًا في مركز الحلقات، ويعود ذلك إلى حقيقة أن كل حلقة تيار فردي تنشئ مجالًا مغناطيسيًا دائريًا حول السلك .
يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي من خلال قاعدة اليد اليمنى واتجاه تدفق التيار، ويمكن عكس اتجاه التيار عن طريق عكس اتجاه تدفقه .
من السهل ملاحظة أنه يمكن تعديل قوة الملف اللولبيبطريقتين أساسيتين، حيث يمكن زيادة التيار عبر الملف اللولبي، حيث إن العوامل المؤثرة في المجال المغناطيسي لملف لولبي، يمكن أن تعمل على زيادة التيار بشكل تعسفي، فقد تكون هناك قيود على مصدر الطاقة، أو مقاومة الدائرة .