المجال المغناطيسي وخصائصه. عندما يمر تيار كهربائي في موصل، أ مجال مغناطيسي. مجال مغناطيسي يمثل أحد أنواع المادة. لديها طاقة تتجلى في شكل قوى كهرومغناطيسية تعمل على الشحنات الكهربائية المتحركة الفردية (الإلكترونات والأيونات) وعلى تدفقاتها، أي التيار الكهربائي. تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية، تنحرف الجسيمات المشحونة المتحركة عن مسارها الأصلي في اتجاه عمودي على المجال (الشكل 34). يتم تشكيل المجال المغناطيسيفقط حول الشحنات الكهربائية المتحركة، ويمتد تأثيرها أيضًا إلى الشحنات المتحركة فقط. المجالات المغناطيسية والكهربائيةلا ينفصلان ويشكلان معًا واحدًا حقل كهرومغناطيسي. أي تغيير الحقل الكهربائييؤدي إلى ظهور مجال مغناطيسي، وعلى العكس من ذلك فإن أي تغير في المجال المغناطيسي يصاحبه ظهور مجال كهربائي. حقل كهرومغناطيسيوينتشر بسرعة الضوء أي 300000 كم/ث.
التمثيل البياني للمجال المغناطيسي.ويتم تمثيل المجال المغناطيسي بيانياً بخطوط القوة المغناطيسية، التي يتم رسمها بحيث يتطابق اتجاه خط المجال عند كل نقطة من نقاط المجال مع اتجاه قوى المجال؛ خطوط المجال المغناطيسي تكون دائمًا متواصلة ومغلقة. يمكن تحديد اتجاه المجال المغناطيسي عند كل نقطة باستخدام إبرة مغناطيسية. يتم دائمًا ضبط القطب الشمالي للسهم في اتجاه قوى المجال. تعتبر نهاية المغناطيس الدائم، التي تخرج منها خطوط المجال (الشكل 35، أ)، هي القطب الشمالي، والطرف المقابل، الذي تدخل إليه خطوط المجال، هو القطب الجنوبي (خطوط المجال المارة لا تظهر داخل المغناطيس). يمكن اكتشاف توزيع خطوط المجال بين أقطاب المغناطيس المسطح باستخدام برادة فولاذية مرشوشة على ورقة موضوعة على القطبين (الشكل 35، ب). يتميز المجال المغناطيسي في فجوة الهواء بين قطبين متقابلين متوازيين للمغناطيس الدائم بتوزيع موحد لخطوط القوة المغناطيسية (الشكل 36) (لا تظهر خطوط المجال التي تمر داخل المغناطيس).
أرز. 37. التدفق المغناطيسي الذي يخترق الملف في وضعه المتعامد (أ) والمائل (ب) بالنسبة لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي.
للحصول على تمثيل أكثر وضوحًا للمجال المغناطيسي، يتم وضع خطوط المجال بشكل أقل تكرارًا أو أكثر كثافة. في تلك الأماكن التي يكون فيها المجال المغناطيسي أقوى، تكون خطوط المجال أقرب إلى بعضها البعض، وفي الأماكن التي يكون فيها أضعف، تكون متباعدة. خطوط القوة لا تتقاطع في أي مكان.
في كثير من الحالات، من المناسب اعتبار خطوط القوة المغناطيسية بمثابة بعض الخيوط المرنة الممدودة التي تميل إلى الانقباض والتنافر أيضًا (لديها دفع جانبي متبادل). هذا المفهوم الميكانيكي لخطوط القوة يجعل من الممكن شرح ظهور القوى الكهرومغناطيسية بوضوح أثناء تفاعل المجال المغناطيسي والموصل مع التيار، بالإضافة إلى مجالين مغناطيسيين.
الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي هي الحث المغناطيسي، التدفق المغناطيسي، النفاذية المغناطيسية وقوة المجال المغناطيسي.
الحث المغناطيسي والتدفق المغناطيسي.يتم تحديد شدة المجال المغناطيسي، أي قدرته على إنتاج شغل، بكمية تسمى الحث المغناطيسي. كلما كان المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم أو المغناطيس الكهربائي أقوى، كلما زاد التحريض. يمكن أن يتميز الحث المغناطيسي ب بكثافة خطوط المجال المغناطيسي، أي عدد خطوط المجال التي تمر عبر مساحة 1 م2 أو 1 سم2 تقع بشكل متعامد مع المجال المغناطيسي. هناك مجالات مغناطيسية متجانسة وغير متجانسة. في المجال المغناطيسي المنتظم، يكون للحث المغناطيسي عند كل نقطة في المجال نفس القيمة والاتجاه. يمكن اعتبار المجال الموجود في فجوة الهواء بين القطبين المتقابلين للمغناطيس أو المغناطيس الكهربائي (انظر الشكل 36) متجانسًا على مسافة ما من حوافه. يتم تحديد التدفق المغناطيسي F الذي يمر عبر أي سطح من خلال العدد الإجمالي لخطوط القوة المغناطيسية التي تخترق هذا السطح، على سبيل المثال الملف 1 (الشكل 37، أ)، وبالتالي، في مجال مغناطيسي موحد
و = بكالوريوس (40)
حيث S هي مساحة المقطع العرضي للسطح الذي تمر عبره خطوط المجال المغناطيسي. ويترتب على ذلك أن الحث المغناطيسي في مثل هذا المجال يساوي التدفق مقسومًا على مساحة المقطع العرضي S:
ب = F/س (41)
إذا تم وضع أي سطح بشكل غير مباشر بالنسبة لاتجاه خطوط المجال المغناطيسي (الشكل 37، ب)، فسيكون التدفق المخترق له أقل مما لو كان عموديًا على موضعه، أي أن Ф 2 سيكون أقل من Ф 1 .
في نظام الوحدات الدولي SI، يتم قياس التدفق المغناطيسي بالويبر (Wb)، وهذه الوحدة لها البعد V*s (فولت-ثانية). يتم قياس الحث المغناطيسي في وحدات SI بالتسلا (T)؛ 1 طن = 1 واط/م2.
النفاذية المغناطيسية.لا يعتمد الحث المغناطيسي على قوة التيار الذي يمر عبر موصل أو ملف مستقيم فحسب، بل يعتمد أيضًا على خصائص الوسط الذي ينشأ فيه المجال المغناطيسي. الكمية التي تميز الخواص المغناطيسية للوسط هي النفاذية المغناطيسية المطلقة؟ أ. وحدة قياسها هي هنري لكل متر (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
في وسط ذي نفاذية مغناطيسية أكبر، يخلق تيار كهربائي بقوة معينة مجالًا مغناطيسيًا ذو تحريض أكبر. لقد ثبت أن النفاذية المغناطيسية للهواء وجميع المواد، باستثناء المواد المغناطيسية الحديدية (انظر الفقرة 18)، لها نفس قيمة النفاذية المغناطيسية للفراغ تقريبًا. تسمى النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ بالثابت المغناطيسي؟ س = 4?*10 -7 س/م. إن النفاذية المغناطيسية للمواد المغناطيسية الحديدية أكبر بآلاف بل عشرات الآلاف من المرات من النفاذية المغناطيسية للمواد غير المغناطيسية. نسبة النفاذية المغناطيسية؟ وأي مادة للنفاذية المغناطيسية للفراغ؟ o تسمى النفاذية المغناطيسية النسبية:
؟ = ؟ أ /؟ يا (42)
قوة المجال المغناطيسي. ولا تعتمد الشدة على الخواص المغناطيسية للوسط، ولكنها تأخذ بعين الاعتبار تأثير شدة التيار وشكل الموصلات على شدة المجال المغناطيسي عند نقطة معينة في الفضاء. ترتبط العلاقة بين الحث المغناطيسي والتوتر
ح = ب/؟ أ = ب/(؟؟س) (43)
وبالتالي، في وسط ذي نفاذية مغناطيسية ثابتة، يتناسب تحريض المجال المغناطيسي مع قوته.
يتم قياس شدة المجال المغناطيسي بالأمبير لكل متر (A/m) أو الأمبير لكل سنتيمتر (A/cm).
يوم جيد، اليوم سوف تكتشف ذلك ما هو المجال المغناطيسيومن أين يأتي.
لقد عقد كل شخص على هذا الكوكب مرة واحدة على الأقل مغناطيسفى اليد. بدءًا من مغناطيس الثلاجة التذكاري، أو مغناطيس العمل لجمع حبوب اللقاح الحديدية وغير ذلك الكثير. عندما كنت طفلاً، كانت لعبة مضحكة تلتصق بالمعادن الحديدية، ولكن ليس بالمعادن الأخرى. فما هو سر المغناطيس ومكوناته حقل مغناطيسي.
ما هو المجال المغناطيسي
في أي نقطة يبدأ المغناطيس في الجذب؟ يوجد حول كل مغناطيس مجال مغناطيسي، حيث تبدأ الأجسام في الانجذاب إليه. يمكن أن يختلف حجم هذا المجال اعتمادًا على حجم المغناطيس وخصائصه.
مصطلح ويكيبيديا:
المجال المغناطيسي هو مجال قوة يؤثر على الشحنات الكهربائية المتحركة وعلى الأجسام ذات العزم المغناطيسي، بغض النظر عن حالة حركتها، وهو المكون المغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي.
من أين يأتي المجال المغناطيسي؟
يمكن إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق تيار الجسيمات المشحونة أو العزم المغناطيسي للإلكترونات في الذرات، وكذلك العزم المغناطيسي للجسيمات الأخرى، وإن كان بدرجة أقل بشكل ملحوظ.
مظهر من المجال المغناطيسي
يتجلى المجال المغناطيسي في التأثير على العزوم المغناطيسية للجسيمات والأجسام، وعلى تحريك الجسيمات المشحونة أو الموصلات. القوة المؤثرة على جسم مشحون كهربائيا يتحرك في مجال مغناطيسي هي تسمى قوة لورنتز، والذي يتم توجيهه دائمًا بشكل عمودي على المتجهين v و B. ويتناسب مع شحنة الجسيم q، ومكون السرعة v المتعامد مع اتجاه ناقل المجال المغناطيسي B، وحجم تحريض المجال المغناطيسي B.
ما هي الأجسام التي لها مجال مغناطيسي
غالبًا لا نفكر في الأمر، لكن العديد من الأشياء (إن لم تكن كلها) من حولنا عبارة عن مغناطيس. لقد اعتدنا على حقيقة أن المغناطيس عبارة عن حصاة ذات قوة جذب واضحة تجاه نفسها، ولكن في الواقع، كل شيء تقريبًا لديه قوة جذب، إنها أقل بكثير. لنأخذ كوكبنا، على سبيل المثال - نحن لا نطير إلى الفضاء، على الرغم من أننا لا نتمسك بالسطح بأي شيء. مجال الأرض أضعف بكثير من مجال المغناطيس الحصوي، لذلك فهو يحملنا فقط بسبب حجمه الهائل - إذا سبق لك أن رأيت كيف يسير الناس على القمر (قطره أصغر بأربع مرات)، فسوف ترى بوضوح فهم ما نتحدث عنه. تعتمد جاذبية الأرض إلى حد كبير على المكونات المعدنية لقشرتها ونواتها، حيث تتمتع بمجال مغناطيسي قوي. ربما تكون قد سمعت أنه بالقرب من الرواسب الكبيرة من خام الحديد، لم تعد البوصلات تشير بشكل صحيح إلى الشمال - وذلك لأن مبدأ البوصلة يعتمد على تفاعل المجالات المغناطيسية، وخام الحديد يجذب إبرته.
عند توصيل موصلين متوازيين بالتيار الكهربائي، فإنهما سوف يتجاذبان أو يتنافران، اعتمادًا على اتجاه (قطبية) التيار المتصل. ويفسر ذلك ظاهرة ظهور نوع خاص من المادة حول هذه الموصلات. تسمى هذه المادة بالمجال المغناطيسي (MF). القوة المغناطيسية هي القوة التي تؤثر بها الموصلات على بعضها البعض.
نشأت نظرية المغناطيسية في العصور القديمة في حضارة آسيا القديمة. عثروا في جبال مغنيسيا على صخرة خاصة يمكن أن تنجذب قطعها إلى بعضها البعض. وبناءً على اسم المكان، سُميت هذه الصخرة بـ”المغناطيسية”. يحتوي القضيب المغناطيسي على قطبين. خصائصه المغناطيسية واضحة بشكل خاص في القطبين.
مغناطيس معلق على خيط سيظهر جوانب الأفق بأقطابه. وسوف تتحول أقطابها شمالا وجنوبا. جهاز البوصلة يعمل على هذا المبدأ. الأقطاب المتقابلة للمغناطيسين تتجاذب، والأقطاب المتشابهة تتنافر.
اكتشف العلماء أن الإبرة الممغنطة الموجودة بالقرب من الموصل تنحرف عندما يمر تيار كهربائي عبرها. وهذا يدل على أن البرلمان يتكون حوله.
يؤثر المجال المغناطيسي على:
الشحنات الكهربائية المتحركة.
المواد التي تسمى المغناطيسات الحديدية: الحديد، الحديد الزهر، سبائكها.
المغناطيس الدائم عبارة عن أجسام لها عزم مغناطيسي مشترك للجسيمات المشحونة (الإلكترونات).
1- القطب الجنوبي للمغناطيس
2- القطب الشمالي للمغناطيس
3- النائب باستخدام مثال برادة المعادن
4- اتجاه المجال المغناطيسي
تظهر خطوط القوة عندما يقترب المغناطيس الدائم من ورقة تُسكب عليها طبقة من برادة الحديد. يوضح الشكل بوضوح مواقع الأقطاب ذات خطوط القوة الموجهة.
مصادر المجال المغناطيسي
- المجال الكهربائي يتغير مع مرور الوقت.
- رسوم الهاتف المحمول.
- مغناطيس دائم.
لقد عرفنا المغناطيس الدائم منذ الطفولة. تم استخدامها كلعب تجذب الأجزاء المعدنية المختلفة. تم إرفاقها بالثلاجة، وتم بناؤها في ألعاب مختلفة.
غالبًا ما تحتوي الشحنات الكهربائية المتحركة على طاقة مغناطيسية أكبر مقارنة بالمغناطيس الدائم.
ملكيات
- السمة المميزة الرئيسية وخاصية المجال المغناطيسي هي النسبية. إذا تركت جسمًا مشحونًا بلا حراك في إطار مرجعي معين، ووضعت إبرة مغناطيسية بالقرب منه، فسوف تشير إلى الشمال، وفي الوقت نفسه لن "تشعر" بحقل غريب، باستثناء مجال الأرض . وإذا بدأت بتحريك جسم مشحون بالقرب من السهم، فسوف يظهر MP حول الجسم. ونتيجة لذلك، يصبح من الواضح أن القوة MF تتشكل فقط عندما تتحرك شحنة معينة.
- يمكن للمجال المغناطيسي أن يؤثر ويؤثر على التيار الكهربائي. ويمكن اكتشافه من خلال مراقبة حركة الإلكترونات المشحونة. في المجال المغناطيسي، تنحرف الجسيمات المشحونة، وتتحرك الموصلات ذات التيار المتدفق. سيبدأ الإطار المتصل بإمدادات التيار في الدوران، وستتحرك المواد الممغنطة لمسافة معينة. غالبًا ما تكون إبرة البوصلة ملونة باللون الأزرق. إنه شريط من الفولاذ الممغنط. تشير البوصلة دائمًا إلى الشمال، نظرًا لوجود مجال مغناطيسي للأرض. الكوكب بأكمله يشبه المغناطيس الكبير بأقطابه الخاصة.
لا يمكن للأعضاء البشرية إدراك المجال المغناطيسي ولا يمكن اكتشافه إلا بواسطة أجهزة وأجهزة استشعار خاصة. ويأتي في أنواع متغيرة ودائمة. عادة ما يتم إنشاء المجال المتردد بواسطة محاثات خاصة تعمل على التيار المتردد. يتكون المجال الثابت من مجال كهربائي ثابت.
قواعد
دعونا نفكر في القواعد الأساسية لتصوير المجال المغناطيسي لمختلف الموصلات.
قاعدة جيمليت
يتم تصوير خط القوة في مستوى يقع بزاوية 90 0 على مسار الحركة الحالية بحيث يتم توجيه القوة عند كل نقطة بشكل عرضي إلى الخط.
لتحديد اتجاه القوى المغناطيسية، عليك أن تتذكر قاعدة المثقاب ذو الخيط الأيمن.
يجب وضع المثقاب على طول نفس المحور مع المتجه الحالي، ويجب تدوير المقبض بحيث يتحرك المثقاب في اتجاه اتجاهه. في هذه الحالة، يتم تحديد اتجاه الخطوط عن طريق تدوير مقبض الثقب.
حكم المثقاب الدائري
تُظهر الحركة الانتقالية للمثقاب في موصل مصنوع على شكل حلقة كيف يتم توجيه الحث مع تدفق التيار؛
خطوط القوة لها استمراريتها داخل المغناطيس ولا يمكن أن تكون مفتوحة.
يتم إضافة المجال المغناطيسي للمصادر المختلفة لبعضها البعض. ومن خلال القيام بذلك، فإنهم يخلقون مجالًا مشتركًا.
المغناطيس ذو الأقطاب نفسها يتنافر، والمغناطيس ذو الأقطاب المختلفة يتجاذب. تعتمد قيمة قوة التفاعل على المسافة بينهما. ومع اقتراب القطبين، تزداد القوة.
معلمات المجال المغناطيسي
- اقتران التدفق ( Ψ ).
- ناقل الحث المغناطيسي ( في).
- الفيض المغناطيسي ( F).
يتم حساب شدة المجال المغناطيسي بحجم ناقل الحث المغناطيسي، الذي يعتمد على القوة F، ويتكون من التيار I على طول موصل بطول ل: ب = و / (أنا * ل).
ويقاس الحث المغناطيسي بوحدة تسلا (T)، تكريما للعالم الذي درس ظواهر المغناطيسية وعمل على طرق حسابها. 1 T يساوي قوة تحريض التدفق المغناطيسي 1 نعلى طول 1 مموصل مستقيم بزاوية 90 0 في اتجاه المجال مع مرور تيار مقداره أمبير واحد:
1 ت = 1 × ح / (أ × م).
حكم اليد اليسرى
تجد القاعدة اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.
إذا تم وضع كف اليد اليسرى في المجال بحيث تدخل خطوط المجال المغناطيسي إلى راحة اليد من القطب الشمالي عند 90 0، وتم وضع 4 أصابع على طول تدفق التيار، فإن الإبهام سيظهر اتجاه القوة المغناطيسية.
إذا كان الموصل بزاوية مختلفة، فستعتمد القوة بشكل مباشر على التيار وإسقاط الموصل على المستوى بزاوية قائمة.
لا تعتمد القوة على نوع المادة الموصلة ومقطعها العرضي. إذا لم يكن هناك موصل، وتحركت الشحنات في وسط مختلف، فلن تتغير القوة.
عندما يتم توجيه متجه المجال المغناطيسي في اتجاه واحد بقدر واحد، يسمى المجال موحدًا. تؤثر البيئات المختلفة على حجم ناقل الحث.
الفيض المغناطيسي
الحث المغناطيسي الذي يمر عبر منطقة معينة S ومحدود بهذه المنطقة هو تدفق مغناطيسي.
إذا كانت المنطقة مائلة بزاوية معينة α إلى خط الحث، فسيتم تقليل التدفق المغناطيسي بحجم جيب تمام هذه الزاوية. تتشكل قيمته العظمى عندما تكون المنطقة بزاوية قائمة على الحث المغناطيسي:
و = ب * س.
يتم قياس التدفق المغناطيسي بوحدة مثل "ويبر"، وهو ما يعادل تدفق الحث من حيث الحجم 1 تحسب المنطقة في 1 م2.
ربط التدفق
يستخدم هذا المفهوم لإنشاء قيمة عامة للتدفق المغناطيسي، الذي يتم إنشاؤه من عدد معين من الموصلات الموجودة بين الأقطاب المغناطيسية.
في حالة وجود نفس التيار أنايتدفق خلال ملف بعدد من اللفات n، فإن إجمالي التدفق المغناطيسي المتكون من جميع اللفات هو رابط التدفق.
ربط التدفق Ψ تقاس في ويبر، ويساوي: Ψ = ن * ف.
الخواص المغناطيسية
تحدد النفاذية المغناطيسية مقدار المجال المغناطيسي في وسط معين أقل أو أعلى من تحريض المجال في الفراغ. تسمى المادة ممغنطة إذا كانت تنتج مجالاً مغناطيسياً خاصاً بها. عندما توضع مادة في مجال مغناطيسي فإنها تصبح ممغنطة.
حدد العلماء سبب اكتساب الأجسام للخصائص المغناطيسية. وبحسب فرضية العلماء، توجد تيارات كهربائية مجهرية داخل المواد. وللإلكترون عزم مغناطيسي خاص به، وهو ذو طبيعة كمومية، ويتحرك في مدار معين في الذرات. هذه التيارات الصغيرة هي التي تحدد الخواص المغناطيسية.
إذا تحركت التيارات بشكل عشوائي، فإن المجالات المغناطيسية الناتجة عنها تكون ذاتية التعويض. المجال الخارجي يجعل التيارات مرتبة، فيتكون مجال مغناطيسي. هذا هو مغنطة المادة.
يمكن تقسيم المواد المختلفة حسب خصائص تفاعلها مع المجالات المغناطيسية.
وهي مقسمة إلى مجموعات:
بارامغناطيسية- المواد التي لها خصائص مغنطة في اتجاه مجال خارجي ولها قدرة مغناطيسية منخفضة. لديهم قوة مجال إيجابية. وتشمل هذه المواد كلوريد الحديديك والمنغنيز والبلاتين وما إلى ذلك.
مغناطيس حديدي– المواد ذات العزوم المغناطيسية غير متوازنة في الاتجاه والقيمة. وهي تتميز بوجود المغناطيسية الحديدية المضادة غير المعوضة. تؤثر قوة المجال ودرجة الحرارة على قابليتها المغناطيسية (أكاسيد مختلفة).
المغناطيسات الحديدية- المواد ذات الحساسية الإيجابية المتزايدة، اعتمادا على التوتر ودرجة الحرارة (بلورات الكوبالت والنيكل وغيرها).
ديامغناطيس- لها خاصية المغنطة في الاتجاه المعاكس للمجال الخارجي، أي قيمة سالبة للقابلية المغناطيسية، مستقلة عن الجهد. وفي حالة عدم وجود مجال، لن يكون لهذه المادة خصائص مغناطيسية. وتشمل هذه المواد: الفضة والبزموت والنيتروجين والزنك والهيدروجين وغيرها من المواد.
المغناطيسات المضادة
– تتمتع بعزم مغناطيسي متوازن مما يؤدي إلى انخفاض درجة مغنطة المادة. عند تسخينها، يحدث انتقال طوري للمادة، تظهر خلاله الخصائص المغناطيسية. عندما تنخفض درجة الحرارة عن حد معين، لن تظهر مثل هذه الخصائص (الكروم والمنغنيز).
يتم تصنيف المغناطيسات قيد النظر أيضًا إلى فئتين أخريين:
مواد مغناطيسية ناعمة
. لديهم انخفاض الإكراه. في المجالات المغناطيسية منخفضة الطاقة يمكن أن تصبح مشبعة. أثناء عملية عكس المغنطة، يتعرضون لخسائر طفيفة. ونتيجة لذلك، يتم استخدام هذه المواد لإنتاج نوى الأجهزة الكهربائية التي تعمل على الجهد المتردد (، مولد،).
مغناطيسية صلبةمواد. لديهم قوة قسرية متزايدة. ولإعادة مغنطتها، يلزم وجود مجال مغناطيسي قوي. وتستخدم هذه المواد في إنتاج المغناطيس الدائم.
تجد الخواص المغناطيسية للمواد المختلفة استخدامها في المشاريع الهندسية والاختراعات.
الدوائر المغناطيسية
يسمى مزيج من عدة مواد مغناطيسية بالدائرة المغناطيسية. إنها متشابهة وتحددها قوانين الرياضيات المماثلة.
تعمل الأجهزة الكهربائية والمحاثة وما إلى ذلك على أساس الدوائر المغناطيسية. في المغناطيس الكهربائي الفعال، يتدفق التدفق عبر دائرة مغناطيسية مصنوعة من مادة مغناطيسية حديدية وهواء، وهو ليس مغناطيسيًا حديديًا. مزيج هذه المكونات هو دائرة مغناطيسية. تحتوي العديد من الأجهزة الكهربائية على دوائر مغناطيسية في تصميمها.
ووفقا للأفكار الحديثة، فقد تشكلت منذ حوالي 4.5 مليار سنة، ومنذ تلك اللحظة أصبح كوكبنا محاطا بمجال مغناطيسي. ويتأثر به كل شيء على وجه الأرض، بما في ذلك الناس والحيوانات والنباتات.
يمتد المجال المغناطيسي إلى ارتفاع حوالي 100000 كيلومتر (الشكل 1). فهو يحرف أو يلتقط جزيئات الرياح الشمسية الضارة بجميع الكائنات الحية. تشكل هذه الجسيمات المشحونة الحزام الإشعاعي للأرض، وتسمى المنطقة بأكملها من الفضاء القريب من الأرض التي توجد فيها هذه الجسيمات الغلاف المغناطيسي(الصورة 2). على جانب الأرض الذي تنيره الشمس، يقتصر الغلاف المغناطيسي على سطح كروي يبلغ نصف قطره حوالي 10-15 نصف قطر الأرض، وعلى الجانب المقابل يمتد مثل ذيل المذنب على مسافة تصل إلى عدة آلاف نصف قطر الأرض، وتشكيل ذيل مغنطيسي أرضي. يتم فصل الغلاف المغناطيسي عن المجال بين الكواكب بواسطة منطقة انتقالية.
الأقطاب المغناطيسية للأرض
يميل محور مغناطيس الأرض بالنسبة لمحور دوران الأرض بمقدار 12 درجة. وتقع على بعد حوالي 400 كيلومتر من مركز الأرض. والنقاط التي يتقاطع عندها هذا المحور مع سطح الكوكب هي أقطاب مغناطيسية.لا تتطابق الأقطاب المغناطيسية للأرض مع الأقطاب الجغرافية الحقيقية. إحداثيات القطبين المغناطيسيين حاليًا هي كما يلي: خط العرض الشمالي - 77 درجة شمالًا. و102 درجة غربًا؛ جنوبا - (65 درجة جنوبا و 139 درجة شرقا).
أرز. 1. هيكل المجال المغناطيسي للأرض
أرز. 2. هيكل الغلاف المغناطيسي
تسمى خطوط القوة الممتدة من قطب مغناطيسي إلى آخر خطوط الطول المغناطيسية. تتشكل زاوية بين خطوط الطول المغناطيسية والجغرافية تسمى الانحراف المغناطيسي. كل مكان على وجه الأرض له زاوية انحراف خاصة به. تبلغ زاوية الانحراف في منطقة موسكو 7 درجات شرقًا، وفي ياكوتسك حوالي 17 درجة غربًا. وهذا يعني أن الطرف الشمالي لإبرة البوصلة في موسكو ينحرف بمقدار T إلى يمين خط الطول الجغرافي الذي يمر عبر موسكو، وفي ياكوتسك - بمقدار 17 درجة إلى يسار خط الطول المقابل.
توجد إبرة مغناطيسية معلقة بحرية أفقيًا فقط على خط الاستواء المغناطيسي الذي لا يتطابق مع الخط الجغرافي. إذا تحركت شمال خط الاستواء المغناطيسي، فإن الطرف الشمالي للإبرة سوف ينحدر تدريجياً. تسمى الزاوية التي تتكون من الإبرة المغناطيسية والمستوى الأفقي الميل المغناطيسي. في القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي، يكون الميل المغناطيسي أكبر. وهي تساوي 90 درجة. وفي القطب المغناطيسي الشمالي، سيتم تركيب إبرة مغناطيسية معلقة بحرية بشكل عمودي بحيث يكون طرفها الشمالي إلى الأسفل، وفي القطب المغناطيسي الجنوبي سينخفض طرفها الجنوبي. وهكذا فإن الإبرة المغناطيسية توضح اتجاه خطوط المجال المغناطيسي فوق سطح الأرض.
مع مرور الوقت، يتغير موقع الأقطاب المغناطيسية بالنسبة لسطح الأرض.
اكتشف المستكشف جيمس سي روس القطب المغناطيسي عام 1831، على بعد مئات الكيلومترات من موقعه الحالي. ويتحرك في المتوسط 15 كيلومترا في السنة الواحدة. وفي السنوات الأخيرة، زادت سرعة حركة الأقطاب المغناطيسية بشكل حاد. على سبيل المثال، يتحرك القطب المغناطيسي الشمالي حاليًا بسرعة حوالي 40 كيلومترًا سنويًا.
يسمى انقلاب الأقطاب المغناطيسية للأرض انقلاب المجال المغناطيسي.
طوال التاريخ الجيولوجي لكوكبنا، تغير المجال المغناطيسي للأرض قطبيته أكثر من 100 مرة.
يتميز المجال المغناطيسي بالكثافة. في بعض الأماكن على الأرض، تنحرف خطوط المجال المغناطيسي عن المجال الطبيعي، وتشكل حالات شاذة. على سبيل المثال، في منطقة شذوذ كورسك المغناطيسي (KMA)، تكون شدة المجال أعلى بأربع مرات من المعتاد.
هناك تغيرات يومية في المجال المغناطيسي للأرض. وسبب هذه التغيرات في المجال المغناطيسي للأرض هو التيارات الكهربائية التي تتدفق في الغلاف الجوي على ارتفاعات عالية. وهي ناجمة عن الإشعاع الشمسي. تحت تأثير الرياح الشمسية، يتشوه المجال المغناطيسي للأرض ويكتسب "مسارًا" في اتجاه الشمس يمتد لمئات الآلاف من الكيلومترات. السبب الرئيسي للرياح الشمسية، كما نعلم بالفعل، هو الانبعاثات الهائلة للمادة من الهالة الشمسية. وأثناء تحركها نحو الأرض تتحول إلى سحب مغناطيسية وتؤدي إلى اضطرابات قوية وأحياناً شديدة على الأرض. اضطرابات قوية بشكل خاص في المجال المغناطيسي للأرض - العواصف المغناطيسية.تبدأ بعض العواصف المغناطيسية فجأة وفي وقت واحد تقريبًا عبر الأرض بأكملها، بينما يتطور بعضها الآخر تدريجيًا. يمكن أن تستمر لعدة ساعات أو حتى أيام. غالبًا ما تحدث العواصف المغناطيسية بعد يوم أو يومين من التوهج الشمسي بسبب مرور الأرض عبر تيار من الجسيمات التي تقذفها الشمس. واستنادا إلى زمن التأخير، تقدر سرعة هذا التدفق الجسيمي بعدة ملايين كيلومتر في الساعة.
أثناء العواصف المغناطيسية القوية، يتعطل التشغيل العادي للتلغراف والهاتف والراديو.
غالبًا ما تتم ملاحظة العواصف المغناطيسية عند خطي عرض 66-67 درجة (في منطقة الشفق القطبي) وتحدث في وقت واحد مع الشفق القطبي.
يتغير هيكل المجال المغناطيسي للأرض حسب خط عرض المنطقة. تزداد نفاذية المجال المغناطيسي باتجاه القطبين. فوق المناطق القطبية، تكون خطوط المجال المغناطيسي متعامدة إلى حد ما مع سطح الأرض ولها تكوين على شكل قمع. ومن خلالها يخترق جزء من الرياح الشمسية القادمة من جهة النهار الغلاف المغناطيسي ومن ثم إلى الغلاف الجوي العلوي. أثناء العواصف المغناطيسية، تندفع الجزيئات من ذيل الغلاف المغناطيسي إلى هنا، وتصل إلى حدود الغلاف الجوي العلوي في خطوط العرض العليا لنصفي الكرة الشمالي والجنوبي. هذه الجسيمات المشحونة هي التي تسبب الشفق هنا.
لذلك، يتم تفسير العواصف المغناطيسية والتغيرات اليومية في المجال المغناطيسي، كما اكتشفنا بالفعل، من خلال الإشعاع الشمسي. ولكن ما هو السبب الرئيسي الذي يخلق المغناطيسية الدائمة للأرض؟ ومن الناحية النظرية، كان من الممكن إثبات أن 99% من المجال المغناطيسي للأرض ناتج عن مصادر مخفية داخل الكوكب. ينشأ المجال المغناطيسي الرئيسي عن مصادر موجودة في أعماق الأرض. يمكن تقسيمهم تقريبًا إلى مجموعتين. ويرتبط الجزء الرئيسي منها بالعمليات التي تحدث في قلب الأرض، حيث يتم إنشاء نظام من التيارات الكهربائية بسبب الحركات المستمرة والمنتظمة للمادة الموصلة للكهرباء. والآخر يرجع إلى أن صخور القشرة الأرضية، عند مغنطتها بالمجال الكهربائي الرئيسي (مجال اللب)، تخلق مجالها المغناطيسي الخاص، والذي يتلخص في المجال المغناطيسي للقلب.
بالإضافة إلى المجال المغناطيسي حول الأرض، هناك مجالات أخرى: أ) الجاذبية؛ ب) كهربائي. ج) الحرارية.
مجال الجاذبيةتسمى الأرض بمجال الجاذبية. يتم توجيهه على طول خط راسيا عمودي على سطح الجيود. إذا كانت الأرض على شكل إهليلجي للثورة وكانت كتلها موزعة بالتساوي، فسيكون لها مجال جاذبية طبيعي. الفرق بين شدة مجال الجاذبية الحقيقي والمجال النظري هو شذوذ الجاذبية. اختلاف تركيب المواد وكثافة الصخور يسبب هذه الحالات الشاذة. لكن الأسباب الأخرى ممكنة أيضًا. يمكن تفسيرها من خلال العملية التالية - توازن القشرة الأرضية الصلبة والخفيفة نسبيًا على الوشاح العلوي الأثقل، حيث يتم تعادل ضغط الطبقات الفوقية. تسبب هذه التيارات تشوهات تكتونية وحركة صفائح الغلاف الصخري وبالتالي خلق ارتياح كبير للأرض. تحمل الجاذبية الغلاف الجوي والغلاف المائي والناس والحيوانات على الأرض. يجب أن تؤخذ الجاذبية بعين الاعتبار عند دراسة العمليات في الغلاف الجغرافي. على المدى " الانتحاء الجغرافي"هي حركات نمو أعضاء النبات، والتي، تحت تأثير قوة الجاذبية، تضمن دائمًا الاتجاه الرأسي لنمو الجذر الأولي المتعامد مع سطح الأرض. تستخدم بيولوجيا الجاذبية النباتات كمواضيع تجريبية.
إذا لم تؤخذ الجاذبية في الاعتبار، فمن المستحيل حساب البيانات الأولية لإطلاق الصواريخ والمركبات الفضائية، وإجراء استكشاف الجاذبية للمعادن الخام، وأخيرا، فإن مواصلة تطوير علم الفلك والفيزياء والعلوم الأخرى أمر مستحيل.
حقل مغناطيسييُطلق على نوع خاص من المادة يختلف عن المادة التي ينتقل من خلالها عمل المغناطيس إلى أجسام أخرى.
مجال مغناطيسييحدث في الفضاء المحيط بالشحنات الكهربائية المتحركة والمغناطيس الدائم. إنه يؤثر فقط على الرسوم المتحركة. تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية، تنحرف الجسيمات المشحونة المتحركة
من مساره الأصلي في اتجاه عمودي على المجال.
المجالان المغناطيسي والكهربائي لا ينفصلان ويشكلان معًا مجالًا كهرومغناطيسيًا واحدًا. أي تغيير الحقل الكهربائييؤدي إلى ظهور مجال مغناطيسي، وعلى العكس من ذلك فإن أي تغير في المجال المغناطيسي يصاحبه ظهور مجال كهربائي. وينتشر المجال الكهرومغناطيسي بسرعة الضوء أي 300 ألف كيلومتر في الثانية.
إن تأثير المغناطيس الدائم والمغناطيس الكهربائي على الأجسام المغناطيسية الحديدية، ووجود أقطاب المغناطيس ووحدتها التي لا تنفصم وتفاعلها (الأقطاب المتقابلة تتجاذب، كما تتنافر الأقطاب) معروف جيدًا. بصورة مماثلة
مع الأقطاب المغناطيسية للأرض تسمى أقطاب المغناطيس الشمالية والجنوبية.
يتم تصوير المجال المغناطيسي بوضوح بواسطة خطوط القوة المغناطيسية التي تحدد اتجاه المجال المغناطيسي في الفضاء (الشكل 1). هذه الخطوط ليس لها بداية ولا نهاية، أي. مغلقة.
خطوط المجال المغناطيسي للموصل المستقيم عبارة عن دوائر متحدة المركز تحيط بالسلك. كلما كان التيار أقوى، كان المجال المغناطيسي حول السلك أقوى. كلما ابتعدت عن السلك الحامل للتيار، يضعف المجال المغناطيسي.
في الفضاء المحيط بالمغناطيس أو المغناطيس الكهربائي، الاتجاه من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي. كلما زادت شدة المجال المغناطيسي، زادت كثافة خطوط المجال.
يتم تحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي حكم المثقاب:.
أرز. 1. المجال المغناطيسي للمغناطيس:
مباشر؛ ب - على شكل حدوة حصان
أرز. 2. المجال المغناطيسي:
أ - سلك مستقيم؛ ب - الملف الحثي
إذا قمت بربط المسمار في اتجاه التيار، فسيتم توجيه خطوط المجال المغناطيسي على طول اتجاه المسمار (الشكل 2 أ)
للحصول على مجال مغناطيسي أقوى، يتم استخدام الملفات الحثية مع لفات الأسلاك. في هذه الحالة، تتراكم المجالات المغناطيسية للملفات الحثية المنفردة وتندمج خطوط قوتها في تدفق مغناطيسي مشترك.
خطوط القوة المغناطيسية تخرج من الملف الحثي
في النهاية حيث يتجه التيار عكس اتجاه عقارب الساعة، أي أن هذه النهاية هي القطب المغناطيسي الشمالي (الشكل 2، ب).
عندما يتغير اتجاه التيار في الملف التحريضي، فإن اتجاه المجال المغناطيسي سيتغير أيضًا.