مجال مغناطيسي

	كهرومغناطيسية
كهروستاتيكية
	· شحنة كهربائية · قانون كولوم · مجال كهربائي · تدفق كهربائي · قانون گاوس · كمون كهربائي · حث كهروستاتيكي · عزم ثنائي القطب كهربائي ·
استاتيكا مغناطيسية
	· قانون أمبير · تيار كهربائي · مجال مغناطيسي · تدفق مغناطيسي · قانون بيو-ساڤار · عزم مغناطيسي · قانون گاوس للمغناطيسية ·
ديناميكا كهربائية
	· Free space · قانون قوة لورنتس · قوة محركة كهربائية · حث كهرومغناطيسي · قانون فاراداي · قانون لنز · تيار الإزاحة · معادلات ماكسويل · مجال كهرومغناطيسي · إشعاع كهرومغناطيسي · Liénard-Wiechert Potentials · Maxwell tensor · تيار دوامي ·
شبكة كهربائية
	· توصيل كهربائي · مقاومة كهربائية · سعة كهربية · حث كهربي · معاوقة · فجوات رنانة · مرشد الموجة ·
Covariant formulation
	· Electromagnetic tensor · EM Stress-energy tensor · Four-current · Four-potential ·
الفهماء
	· أمپير · كولوم · فاراداي · هيڤيسايد · هنري · هرتز · لورنتس · ماكسويل · تسلا · وبر · ·
	• •

المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي حول سلك

المجال المغناطيسي (Magnetic Field) هي قوة مغناطيسية تنشأ في الحيز المحيط بالجسم المغناطيسي أوالموصل الذي يمر به تيار كهربائي.

إذا وضعت إبرة بوصلة في المجال المغناطيسي ذوقوة ما فأنها توجه نفسها في اتجاه معين في جميع جزء من المجال, والخطوط المرسومة في اتجاه الإبرة عند النقط المتنوعة تحدد الوضع العام للخطوط التي هي عليها القوة المغناطيسية في المجال.

يمكن مشاهدة توزيع المجال المغناطيسي بنثر برادة حديد على ورقة موضوعة على قضيب مغناطيسي أوورقة يمر خلالها سلك يمر به تيار كهربائي.

التاريخ

One of the first drawings of a magnetic field, by René Descartes, 1644. It illustrated his theory that magnetism was caused by the circulation of tiny helical particles, "threaded parts", through threaded pores in magnets.

عهد الإغريق القدماء المغناطيسية في عام 600ق.م باكتشاف الفلز الطبيعي المسمى المغنيتيت magnetite الذي يجذب إليه الحديد، وأثبتوا حتى الحديد نفسه يصبح قادراً على جذب بتر الحديد الأخرى عند ملامسته لهذا الفلز، أي يتمغنط. بعد ذلك، وفي القرن11م، استخدم الصينيون المغنطيس في صناعة إبرة البوصلة. إذا إبرة البوصلة القادرة على الدوران بحرية حول محور شاقولي تسعى لتأخذ منحى الشمال - الجنوب المغناطيسي بسبب وقوعها تحت تأثير الحقل المغنطيسي الأرضي الذي ينشأ في باطن الكرة الأرضية نتيجة العمليات التي تحصل في نواتها السائلة. إذا الفكرة العامة عن كون الكرة الأرضية مغنطيساً ضخماً ظهرت عند وليم هيلبرت في أثناء عمله في قصر الملكة الإنكليزية إليزابيث عام 1600م.

لاحظ أورستد Oersted، في بداية القرن التاسع عشر الميلادي، انحراف الإبرة المغنطيسية الواقعة في جوار سلك مستقيم يمر فيه تيار كهربائي مستمر، واستنتج حتى التيارات الكهربائية تولد حقولاً مغنطيسيةً في الفضاء المحيط بها. إذا اكتشاف أورستد كان أول عملية ربط بين الظواهر الكهربائية والمغنطيسية، وعلى الأخص، الربط بين منشأ الحقول المغنطيسية والشحنات المتحركة.

التعريف، وحدة القياس

Alternative names for B
Magnetic flux density Magnetic induction Magnetic field
Alternative names for H
Magnetic field intensity Magnetic field strength Magnetic field Magnetizing field

خطوط المجال المغناطيسي

Compasses reveal the direction of the local magnetic field. As seen here, the magnetic field points towards a magnet's south pole and away from its north pole.

The direction of magnetic field lines represented by the alignment of iron filings sprinkled on paper placed above a bar magnet.

تُوصف الحقول المغنطيسية بوساطة خطوط الحقل المغناطيسي، على غرار وصف الحقل الكهربائي بخطوط الحقل الكهربائي. لفهم خطوط الحقل المغنطيسي، تُنثر كمية من برادة الحديد على لوح من الورق المقوَّى (الكرتون) وُضع عليه قضيب مغناطيسي، أواخترقه تيار كهربائي ذوأشكال هندسية مختلفة، فيلاحظ حتى بتر البرادة تتوجّه على طول خطوط الحقل لتعطي شكل تلك الخطوط، أما جهتها فتحدد بوساطة إبرة مغنطيسية توضع في نقاط الحقل المتنوعة. تتوضع الإبرة بحيث تخترقها خطوط الحقل من قطبها الجنوبي إلى قطبها الشمالي. عندئذٍ، تُرسم خطوط الحقل ويشار إلى جهتها بسهم صغير يشير على جهة الحقل في النقطة المدروسة.

تختلف خطوط الحقل المغناطيسي عن خطوط الحقل الكهربائي الناتجة عن الشحنات الساكنة من حيث أنها ليست بذات بداية أونهاية ويُنطق إنها خطوط مغلقة سواء كان الحقل ناتجاً من التيارات المستمرة، أومن مغناطيس دائم. إذا خطوط الحقل المغناطيسي، الناجمة عن المغناطيس، تبدولأول وهلة كأنها تبدأ وتنتهي عند طرفيه. لكنها، في الحقيقة، تستمر داخل المغناطيس نفسه بسبب وجود الحقل المغناطيسي المكروسكوبي داخل المادة والذي ينشأ عن حركة الجسيمات المكروسكوبية المشحونة.

تُعّد الأجسام الممغنطة والتيارات الكهربائية والأجسام المشحونة المتحركة منابعَ للحقل المغنطيسي المكروسكوبي. إذا جميع هذه المنابع، على اختلاف أنواعها، ذات طبيعة واحدة لأن الحقل المغنطيسي ينشأ نتيجةً لحركة الجسيمات المكروسكوبية المشحونة( إلكترونات وبروتونات وأيونات) من جهة، وبسبب امتلاك هذه الجسيمات عزوماً مغنطيسية ذاتية (سبينية) من جهة أخرى.

تستخدم خطوط الحقل لوصف الحقل المغناطيسي في نقاط الحقل المتنوعة، ذلك أنه في جميع نقطة من هذه الخطوط تكون متجهة حقل التحريض المغناطيسي على طول المماس لخط الحقل في تلك النقطة. ففي الأماكن التي تكون فيها قيم الحقل كبيرة تتقارب فيها خطوط الحقل، وينطق إذا التدفق المغناطيسي، الذي يقدر بواحدة الفيبر Weber، كبيرٌ.أما في الأماكن التيقد يكون فيها الحقل ضعيفاً فإن خطوط الحقل تتباعد ويكون التدفق المغناطيسي صغيراً.

من جهة أخرى، الحقل المغنطيسي هوحقل قوة تُؤثر في الشحنات الكهربائية المتحركة وفي الأجسام التي تمتلك عزوماً مغنطيسية، بغض النظر عن حالة حركتها. في هذه الحالة، تحدد قيمة متجهة حقل التحريض المغنطيسي ، القوة التي تؤثر في شحنة كهربائية متحركة، وعلى الأجسام التي لها عزوم مغناطيسية، في النقطة المدروسة من الحقل. يُعبر عن شدة حقل التحريض المغناطيسي بواحدة التسلا Tesla التي ترتبط بواحدة التدفق بالعلاقة الآتية:

تبين التجربة، حتى الحقول المغنطيسية تحقق مبدأ الانضمام superposition بمعنى حتى الحقل المغنطيسي المحصل في نقطة ما، يساوي المجموع المتّجه للحقول المغناطيسية العنصرية في تلك النقطة.

تنشأ الحقول المغناطيسية المتغيرة من الحقول الكهربائية المتغيرة مع الزمن. وباللقاء، عندما يتغير الحقل المغنطيسي مع الزمن ينشأ الحقل الكهربائي. أدخل الفيزيائي الإنكليزي فارادي Faraday عام 1845م مفهوم الحقل المغناطيسي وعدّ حتى الأفعال المتبادلة الكهربائية والمغنطيسية تتحقق بوساطة حقل مادي واحد. أما الوصف الكامل للأفعال المتبادلة بين الحقول الكهربائية والمغنطيسية، فاتى على يد الفيزيائي الإنكليزي ماكسويل Maxwell عام 1873م الذي وضع النظرية الكلاسيكية للحقل الكهرطيسي وأوجد مجموعة من المعادلات، تحمل اليوم اسمه، يمكن بحلها تعيين الحقلين المغناطيسي والكهربائي.

تعتمد جميع التقنيات الكهربائية والراديوية والإلكترونية على استخدام الحقول المغناطيسية الضعيفة والمتوسطة (ضعيفة حتى 500 أورستد ومتوسطة من 500 حتى 40 كيلوأورستد) التي يمكن الحصول عليها بوساطة المغانط الدائمة والكهربائية والملفات غير المبردة ومغانط النواقل الفائقة. أما الحصول على الحقول المغناطيسية الشديدة (40 كيلوأورستد حتى 1 ميغاأورستد) فيتطلب استخدام ملفات النواقل الفائقة والملفات المبرَّدة بالماء والملفات النبضية. للحصول على الحقول الفائقة الشدة ( أشدّ من 1 ميغاأورستد) تُستخدم المولدات المغنطيسية الانفجارية التي تعتمد طريقةَ الانفجار الموجَّه في حقل مغنطيسي نبضي.

المجال المغناطيسي ومغناطيس دائم

المجال المغناطيسي للمغناطيس دائم

The magnetic pole model: two opposing poles, North (+) and South (-), separated by a distance d produce an H-field (lines).

The Amperian loop model: A current loop (ring) which goes into the page at the x and comes out at the dot produces a B field (lines). The north pole is to the right and the south to the left.

torque on a dipole: An H field (to right) causes equal but opposite forces on a N pole (+q) and a S pole (-q) creating a torque.

Cross product: |a × b| = a b sinθ.

الحقل المغناطيسي والتيارات الكهربائية

Right hand grip rule: a current flowing in the direction of the white arrow produces a magnetic field shown by the red arrows.

Solenoid

Charged particle drifts in a magnetic field with (A) no net force, (B) an electric field, E, (C) a charge independent force, F (e.g. gravity), and (D) an inhomogeneous magnetic field, grad H.

The right-hand rule: Pointing the thumb of the right hand in the direction of the conventional current and the fingers in the direction of the B-field the force on the current points out of the palm. The force is reversed for a negative charge.

المغنطة

المغناطيسية

الطاقة المخزونة في المجالات المغناطيسية

الكهرومغناطيسية: العلاقة بين المجالات المغناطيسية والكهربائية

معادلات ماكسويل

Magnetic field, like all pseudovectors, changes sign when reflected in a mirror: When a current carrying loop (black) is reflected in a mirror (dotted line), its magnetic field (blue) is reflected and reversed.

المجالات الكهربائية والمغناطيسية: الجوانب المتنوعة للظاهرة نفسها

كم الديناميكا الكهربائية

الاستخدامات المهمة وأمثلة على المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي للأرض

A sketch of Earth's magnetic field representing the source of the field as a magnet. The geographic north pole of Earth is near the top of the diagram, the south pole near the bottom. The south pole of that magnet is deep in Earth's interior below Earth's North Magnetic Pole.

المجالات المغناطيسية بالتناوب

تأثير هول

الدوائر المغناطيسي

شكل المجال المغناطيسي

Schematic quadrupole magnet ("four-pole") magnetic field. There are four steel pole tips, two opposing magnetic north poles and two opposing magnetic south poles.

ثنائيات الاقطاب المغناطيسية

Magnetic field lines around a ”magnetostatic dipole” pointing to the right.

Magnetic monopole (hypothetical)

استخدامات أخرى

يستخدم الحقل المغناطيسي إلى جانب الحقل الكهربائي في كثير من الأدوات وأجهزة القياس مثل أنابيب التلفاز ورواسم الاهتزاز وذلك لتحقيق انحراف حزمة الإلكترونات المنبعثة بحيث تسقط على أماكن محددة من الشاشة. استخدم طومسون Thompson عام 1897م مثل هذه الأنابيب في حساب نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته وحساب سرعة الإلكترون أيضاً. يستخدم التفاعل بين الحقل المغناطيسي والشحنات المتحركة في توليد الأشعة السينية من الشحنات المُسَرَّعة إلى سرعات عالية جداً، ويستخدم في مطياف الكتلة mass-spectrometer الذي يفصل نظائر العنصر الواحد بعضها عن بعض بعد تأيينها. يُستخدم الحقل المغناطيسي المتغير أيضاً في مسرعات الجسيمات المشحونة مثل البيتاترون betatron الذي يمكن بوساطته تسريع الإلكترونات إلى سرعة قريبة جداً من سرعة الضوء في الخلاء، فيستفاد منها في إصدار الأشعة السينية وأشعة شبيهة بأشعة غاما، التي تستخدم على نطاق واسع في الدراسات والبحوث النووية، وفي عمليات التعقيم الطبية والزراعية وغيرها. أما الأشعة السينية القاسية فتستخدم في الصناعة لكشف عيوب البتر المعدنية المصنعة. تستخدم الحقول المغناطيسية والكهربائية أيضاً في مسرعات الجسيمات المسماة السيكلوترون cyclotron والسينكروترون synchrotron.

انظر أيضاً

General

Magnetohydrodynamics - the study of the dynamics of electrically conducting fluids.
Magnetic nanoparticles - extremely small magnetic particles that are tens of atoms wide
Magnetic reconnection - an effect which causes solar flares and auroras.
Magnetic potential - the vector and scalar potential representation of magnetism.
SI electromagnetism units - common units used in electromagnetism.
Orders of magnitude (magnetic field) - list of magnetic field sources and measurement devices from smallest magnetic fields to largest detected.
Upward continuation

Mathematics

Magnetic helicity - extent to which a magnetic field "wraps around itself".

Applications

Dynamo theory - a proposed mechanism for the creation of the Earth's magnetic field.
Helmholtz coil - a device for producing a region of nearly uniform magnetic field.
Magnetic field viewing film - Film used to view the magnetic field of an area.
Maxwell coil - a device for producing a large volume of an almost constant magnetic field.
Stellar magnetic field - a discussion of the magnetic field of stars.
Teltron Tube - device used to display an electron beam and demonstrates effect of electric and magnetic fields on moving charges.

الهوامش

المصادر

^ Electromagnetics, by Rothwell and Cloud, p23
^ R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics, volume 2.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ عصام الجغامي. "الحقل المغنطيسي". الموسوعة العربية.

قرااءت إضافية

نطقب:Further reading cleanup

وب

Nave, R. "Magnetic Field Strength H". Retrieved 4 June 2007.
Oppelt, Arnulf (2 November 2006). "magnetic field strength". Retrieved 4 June 2007.
"magnetic field strength converter". Retrieved 4 June 2007.

خط

Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. (1969). Introduction to modern electromagnetics. McGraw-Hill. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
Rao, Nannapaneni N. (1994). Elements of engineering electromagnetics (4th ed.). Prentice Hall. ISBN . OCLC 221993786.
Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. ISBN . OCLC 40251748.
Jackson, John D. (1999). Classical Electrodynamics (3rd ed.). Wiley. ISBN . OCLC 224523909.
Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.). W. H. Freeman. ISBN . OCLC 51095685.
Furlani, Edward P. (2001). Permanent Magnet and Electromechanical Devices: Materials, Analysis and Applications. Academic Press Series in Electromagnetism. ISBN . OCLC 162129430.
Thalmann, Julia K. (2010). Evolution of Coronal Magnetic Fields. uni-edition. ISBN .

وصلات خارجية

معلومات

Crowell, B., "Electromagnetism".
Nave, R., "Magnetic Field". HyperPhysics.
"Magnetism", The Magnetic Field. theory.uwinnipeg.ca.
Hoadley, Rick, "What do magnetic fields look like?" 17 July 2005.

Field density

Jiles, David (1994). Introduction to Electronic Properties of Materials (1st ed.). Springer. ISBN 0-412-49580-5.

Rotating magnetic fields

"Rotating magnetic fields". Integrated Publishing.
"Introduction to Generators and Motors", rotating magnetic field. Integrated Publishing.
"Induction Motor – Rotating Fields". (dead link)

Diagrams

McCulloch, Malcolm,"A2: Electrical Power and Machines", Rotating magnetic field. eng.ox.ac.uk.
"AC Motor Theory" Figure 2 Rotating Magnetic Field. Integrated Publishing.

منطقات جرائد

Yaakov Kraftmakher, "Two experiments with rotating magnetic field". 2001 Eur. J. Phys. 22 477-482.
Bogdan Mielnik and David J. Fernández C., "An electron trapped in a rotating magnetic field". Journal of Mathematical Physics, February 1989, Volume 30, Issue 2, pp. 537–549.
Sonia Melle, Miguel A. Rubio and Gerald G. Fuller "Structure and dynamics of magnetorheological fluids in rotating magnetic fields". Phys. Rev. E 61, 4111 – 4117 (2000).

المجالات المغناطيسية الدوارة

"Rotating magnetic fields". Integrated Publishing.
"Introduction to Generators and Motors", rotating magnetic field. Integrated Publishing.
"Induction Motor - Rotating Fields".