الفيزياء

القوة المغناطيسية

مقدمة.

كان أحد الاكتشافات المدهشة في الفيزياء المبكرة هو أن الكهرباء والمغناطيسية وجهان لنفس الظاهرة: الكهرومغناطيسية. في الواقع ، تتولد المجالات المغناطيسية عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية أو التغيرات في المجال الكهربائي. على هذا النحو ، تعمل القوى المغناطيسية ، ليس فقط على أي شيء ممغنط ، ولكن أيضًا على الشحنات المتحركة.

تعريف القوة المغناطيسية.

القوة المغناطيسية أو التجاذب أو التنافر الذي ينشأ بين الجسيمات المشحونة كهربائياً بسبب حركتها. إنها القوة الأساسية المسؤولة عن تأثيرات مثل تأثير المحركات الكهربائية وجذب المغناطيس للحديد. توجد قوى كهربائية بين الشحنات الكهربائية الثابتة ؛ توجد كل من القوى الكهربائية والمغناطيسية بين الشحنات الكهربائية المتحركة. يمكن وصف القوة المغناطيسية بين شحنتين متحركتين على أنها التأثير الذي يمارس على أي من الشحنتين بواسطة مجال مغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة الأخرى.

من وجهة النظر هذه ، فإن القوة المغناطيسية F على الجسيم الثاني تتناسب طردياً مع شحنته q2 ، ومقدار سرعته v2 ، وحجم المجال المغناطيسي B1 الناتج عن الشحنة الأولى المتحركة ، وجيب زاوية ثيتا ، θ ، بين مسار الجسيم الثاني واتجاه المجال المغناطيسي ؛ أي ، F = q2B1v2 sin θ. تكون القوة صفراً إذا كانت الشحنة الثانية تتحرك في اتجاه المجال المغناطيسي وتكون أكبر إذا كانت تنتقل بزوايا قائمة على المجال المغناطيسي.

تُبذل القوة المغناطيسية المؤثرة على الشحنة المتحركة في اتجاه بزاوية قائمة على المستوى المتكون من اتجاه سرعتها واتجاه المجال المغناطيسي المحيط بها.

كيف تجد القوة المغناطيسية؟

يعتمد حجم القوة المغناطيسية على مقدار الشحنة في مقدار الحركة في كل كائن ومدى تباعدهما.

رياضياً ، يمكننا كتابة القوة المغناطيسية على النحو التالي:

F=ف[ه(ص)+الخامس×ب(ص)]. F=q[E(r)+v×B(r)]

تسمى هذه القوة بقوة لورنتز . إنه مزيج من القوة الكهربائية والمغناطيسية على شحنة نقطية بسبب المجالات الكهرومغناطيسية.

يحتوي التفاعل بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي على الميزات التالية:

▪️ تعتمد القوة المغناطيسية على شحنة الجسيم وسرعة الجسيم والحقل المغناطيسي الذي توضع فيه. اتجاه القوة المغناطيسية هو عكس اتجاه الشحنة الموجبة.

▪️ يتم حساب مقدار القوة من خلال حاصل الضرب الاتجاهي للسرعة والمجال المغناطيسي المعطى بواسطة q [v × B] . وبالتالي فإن القوة الناتجة تكون عمودية على اتجاه السرعة والمجال المغناطيسي ، ويتم التنبؤ باتجاه المجال المغناطيسي بواسطة قاعدة الإبهام اليمنى.

▪️ في حالة الشحنات الساكنة ، تكون القوة المغناطيسية الإجمالية صفراً .

قوانين المغناطيس.

كان لقوانين المغناطيسية تأثير عميق على العلم والثقافة. منذ السنوات الأولى من القرن التاسع عشر ، عمل العلماء على تحديد وشرح القوانين الفيزيائية المختلفة التي تحكم سلوك المغناطيس في مجموعة متنوعة من السياقات. بحلول عام 1905 ، تطور الفهم العلمي للمغناطيسية لدرجة أنه ساعد في دفع إنشاء نظرية أينشتاين للنسبية الخاصة. على الرغم من أن الفهم التفصيلي والمتعمق للمغناطيسية يتطلب جهداً مكثفاً ، يمكنك الحصول على نظرة عامة واسعة على هذه القوانين الأساسية بسرعة نسبياً .

استكشاف القانون الأول للمغناطيسية.

تم تطوير قوانين المغناطيسية وصقلها على نطاق واسع منذ تجارب أورستيد وأمبير وغيرهما من العلماء المشهورين الآن في أوائل القرن التاسع عشر. القانون الأساسي الذي تم تقديمه خلال هذا الوقت هو مفهوم أن أقطاب المغناطيس لها شحنتها المميزة الموجبة أو السالبة ولا تجتذب سوى أقطاب مشحونة معاكسة. على سبيل المثال ، يكاد يكون من المستحيل منع قطبين مغناطيسيين موجبين الشحنة من صد بعضهما البعض. من ناحية أخرى ، من الصعب الحفاظ على قطب مغناطيسي موجب الشحنة وشحنة سالبة من محاولة التحرك تجاه بعضهما البعض.

حيث يصبح هذا المفهوم مثيراً للاهتمام بشكل خاص عندما يتم قطع مغناطيس موجود مسبقاً إلى مغناطيسين مختلفين أصغر. بعد القطع ، كل مغناطيس صغير له أقطاب موجبة وسالبة الشحنة ، بغض النظر عن مكان قطع المغناطيس الأكبر.

يشار إلى مفهوم الأقطاب المشحونة بشكل معاكس باسم القانون الأول للمغناطيسية .

تحديد القانون الثاني للمغناطيسية.

القانون الثاني للمغناطيسية أكثر تعقيداً قليلاً ويرتبط مباشرة بالقوة الدافعة الكهربائية للمغناطيس نفسه. يشار إلى هذا القانون المحدد باسم قانون كولوم .

ينص قانون كولوم على أن القوة التي يمارسها قطب المغناطيس على قطب إضافي تلتزم بسلسلة من القواعد الصارمة ، بما في ذلك:

▪️ تتناسب القوة بشكل مباشر مع ناتج قوى القطب.

▪️ توجد القوة في تناسب عكسي مع مربع المسافة المتوسطة بين القطبين.

▪️ تعتمد القوة على الوسط المحدد الذي توضع فيه المغناطيسات.

الصيغة الرياضية المستخدمة بشكل شائع لتمثيل هذه القواعد هي:

F = [K x M 1 x M 2 ) / d 2 ]

في الصيغة ، M 1 و M 2 تمثل قوة القطبين ، D تساوي المسافة بين القطبين ، و K هي تمثيل رياضي لنفاذية الوسط الذي توضع فيه المغناطيسات.

اعتبارات إضافية حول المغناطيس.

توفر نظرية المجال المغناطيسية نظرة ثاقبة إضافية لسلوك المغناطيس. تم تقديم نظرية المجالات المغناطيسية لأول مرة في عام 1906 من قبل بيير إرنست فايس ، وتسعى إلى تفسير التغييرات التي تحدث داخل المادة عندما تصبح ممغنطة.

تتكون المواد الممغنطة الكبيرة من مناطق مغناطيسية أصغر ، يشار إليها عادة بالمجالات. داخل كل مجال توجد وحدات أصغر يشار إليها باسم ثنائيات القطب. تسمح الطبيعة المعقدة للتركيب المغناطيسي للوجود المستمر للمغناطيسية عند كسر أو فصل وحدات مغناطيسية أكبر.

فهم كيفية حدوث إزالة المغناطيسية.

المغناطيس لا يبقى ممغنطاً إلى الأبد. يمكن أن تحدث إزالة المغنطة المتعمدة من خلال إعادة تنظيم ثنائيات الأقطاب داخل المغناطيس نفسه. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من العمليات لتحقيق ذلك. يعد تسخين المغناطيس بعد نقطة كوري الخاصة به ، وهي درجة الحرارة التي يُعرف عندها أنه يتعامل مع ثنائيات الأقطاب ، إحدى الطرق الشائعة. طريقة أخرى لإزالة مغنطة مادة ما هي تطبيق تيار بديل على المغناطيس. حتى بدون تطبيق أي من هذه الطرق ، فإن المغناطيس يزيل المغناطيس ببطء بمرور الوقت كجزء من عملية التدهور الطبيعي.

خصائص المغناطيس.

▪️ له قطبان شمالي وجنوبي عند تعليقه تعليقاً حراً فانه يتجه شمالاً وجنوباً.

▪️ تتركز قوة الجذب المغناطيسي في قطبيه وتقل في المناطق الأخرى.

▪️ الأقطاب المختلفة في النوع تتجاذب والمتشابهة في النوع تتنافر.

▪️ إذا قُطع المغناطيس من أي منطقة فيه فانه يتكون له قطبان ولا يمكن أن يكون له قطب منفرد عمليا.

المراجع :

Adam Augustyn(31-1-2020), “Magnetic force”، www.britannica.com

What Is Magnetic Force?”, www.byjus.com

By Kate Prudchenko, “The Laws of Magnets “، www.techwalla.com

حقل مغناطيسي/https://ar.m.wikipedia.org/wiki

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى