بحث عن المجال المغناطيسي

يُعرف المجال المغناطيسي بأنه المجال الذي يتولد عند مرور التيار الكهربائي في الأسلاك، وأحياناً يُطلق عليه المجال الكهرومغناطيسي الذي يتناسب طردياً مع شدة التيار الكهربائي بالمصدر، وقد اهتم العلماء بمصطلح شدة المجال المغناطيسي وهو الأهم في علم الفيزياء. يستخدم المجال المغناطيسي في كل من البوصلة، القطار المغناطيسي المعلق، آلات البيع، التثبيت، المحركات الكهربائية، كما أنه مسئول عن عمل المحركات الكهربائية والمولدات الكهربائية. في هذا المقال نستعرض بحثا عن المجال المغناطيسي للأرض، وقانون شدة المجال المغناطيسي، وانقلابه، مع بيان كيف ينشأ المجال المغناطيسي وما هي مصادره.

المجال المغناطيسي للارض

هناك نظريات عديدة منها التي تقول بأن الأرض تحتوي على رواسب كثيرة من خامات الحديد وبعض هذه الرواسب عبارة عن حديد نقي تقريباً.
يعتقد أنه في أحقاب قديمة تمغنطت جميع هذه الرواسب الحديدية تدريجياً في اتجاه واحد، فكونت مغناطيس دائم كبير جداً.
هناك نظرية أخرى أن المغناطيسية الأرضية ناشئة من تيارات كهربائية شديدة تسري في القلب الخارجي السائل للأرض والتي تتكون من حديد منصهر شديد التوصيل.
ينشأ عنها مجال مغناطيسي يعمل بدوره على توليد تيار كهربائي وتعمل بدورها على نشأة مجال مغناطيسي طبقا لقانون أمبير، فتغير المجال الكهربائي يحدث مجالاً مغناطيسياً (قانون فاراداي) كما تؤثر المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية وتنتج قوة لورنتس تؤثر على الشحنات التي تسري في تيارات كهربائية.
تلك النظرية هي التي يتقبلها كثير من العلماء وفي إمكانها تفسير انقلابات المجال المغناطيسي للأرض عبر عدة عصور قديمة.

قانون شدة المجال المغناطيسي

تم وضع قانون شدة المجال الكهربائي ليصف مقدار واتجاه المجال الذي يحيط بالشحنة الكهربائية، ويؤثر على ما حوله من الشحنات التي يمكن أن يتم وضعها في ذلك المجال، وعليه فإن قانون المجال الكهربائي ينص على ما يلي:

القانون بالكلمات: يتناسب المجال الكهربائي لشحنة كهربائية طرديًا مع مقدار القوة الكهربائية لتلك الشحنة، وعكسيًا مع مقدار الشحنة الكهربائية ذاتها.
القانون الرياضي: المجال الكهربائي= القوة الكهربائية/الشحنة الكهربائية. القانون بالرمز مـ = ق/ش.
إن وحدة قياس المجال الكهربائي تشتق من القانون الرياضي من خلال قسمة وحدة القوة الكهربائية(نيوتن) على وحدة الشحنة الكهربائية (كولوم)، وعليه فإن وحدة قياس مقدار المجال الكهربائي هي نيوتين/كولوم.

انقلاب المجال المغناطيسي للأرض

عندما نتحدث عن انقلاب المجال المغناطيسي للأرض، فإننا نعني انعكاس القطبين. واستنادًا إلى معلوماتٍ مخزنة في الصخور البركانية، استطعنا أن نتأكد من حدوث هذا الانعكاس من قبل، حوالي 170 مرة خلال المائة مليون سنة الماضية، حيث كانت آخر مرة حدث فيها ذلك قبل 78 ألف سنة، وما تزال أسباب هذه التقلبات غامضة، وليس هناك طريقة للتنبؤ بتوقيت حدوثها مرة أخرى بشكل كامل.

مع ذلك، فنحن نعلم أن انقلاباً مثل هذا لا يحدث بين عشية وضحاها. وإنما يحتاج الى مدةٍ تتراوح بين قرن إلى 20000 سنة ليكتمل، كما يصاحبه انخفاضٌ ملحوظ في قوة المجالِ المغناطيسي. بناءً على القياسات التي استُهِلَّت منتصف القرن التاسع عشر، فنحن في خضم انخفاضٍ مماثل في الوقت الحالي، حيث كشفت بيانات الأقمار الصناعية لوكالة الفضاء الأوروبية سنة 2014 أن المجال المغناطيسي يفقد 5٪ من قوته مع كل عقد يمر.

كيف ينشأ المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي وهي قوة مغناطيسية تنشأ في الحيز المحيط بالجسم المغناطيسي أو الموصل الذي يمر به تيار كهربائي، أو بتعبير أبسط يمكن وصفها بأنها المنطقة المحيطة بالمغناطيس ويظهر فيها أثره (على مواد معينة).

إذا وضعت إبرة بوصلة في المجال المغناطيسي ذو قوة ما فإنها توجه نفسها في اتجاه معين في كل جزء من المجال, والخطوط المرسومة في اتجاه الإبرة عند النقط المختلفة تحدد الوضع العام للخطوط التي هي عليها القوة المغناطيسية في المجال.

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

التيارات الخارجية تتجه من الشمال إلى الجنوب والتيارات الداخلية تتجه من الجنوب إلى الشمال. ويمكن إنشاء حقل مغناطيسي بتمرير تيار كهربائي بسلك ما حيث تتشكل دوائر مغناطيسية حول السلك ومركزها السلك نفسه. حيث أن التيار الكهربائي يولّد مجالاً مغناطيسياً والعكس صحيح. نستطيع معرفة اتجاهه باستخدام قاعدة اليد اليمنى حيث يشير الإبهام إلى جهة التيار وبقية الأصابع تشير باتجاه الحقل المغناطيسي. ويمكن تكبير مجال الحقل المغناطيسى بواسطة تكبير الذبذبات الخارجة من المادة عن طريق إمرار تيار كهربى من الشمال إلى الجنوب.

مصادر المجال المغناطيسي

التمغنط بالتأثير: اذا لامس المغناطيس مسمارا ثم لامس المسمار قطع حديد الصغيره فسيصبح المسمار نفسة مغناطيسا.
التمغنط بالدلك: هو دلك مسمار بالمغناطيس عدة مرات في نفس الاتجاه ثم نقربه من برادة الحديد .
التمغنط الدائم: سبيكة من الحديد تحتوي على خليط من الالمنيوم والنيكل والكوبالت.