المجالات المغناطيسية

Report
‫ف‬
‫بسم هللا الرحمن الرحيم‬
‫خ‬
‫ف‬
‫(‪ )5-1‬المغانط ‪ :‬الدائمة والمؤقتة‬
‫(‪ )5-2‬القوى الناتجة عن المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫مجال الجاذبية األرضية والمجال الكهربائي مشابه‬
‫للمجال المغناطيسي‬
‫استخدم البحارة الصينيون المغانط في صورة بوصالت‬
‫مالحية قبل ‪ 900‬سنة تقريبا‬
‫للمغانط أهمية متنامية في األجهزة الكهربائية فجميعها تعتمد‬
‫على اآلثار المغناطيسية للتيار الكهربائي‬
‫يمكن صنع مغناطيس كهربائي بلف سلك معزول حول مسمار‬
‫ثم توصيل طرفي السلك ببطارية‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫*عند تعليق قضيب مغناطيسي بخيط وتركه حرا سيستقر‬
‫في اتجاه (الشمال‪-‬الجنوب)‬
‫*المغناطيس مستقطب ‪ :‬أي له قطبان متميزان متعاكسان‬
‫*احدهما القطب الباحث عن الشمال ويسمى القطب الشمالي‬
‫واآلخر القطب الباحث عن الجنوب ويسمى القطب الجنوبي‬
‫*البوصلة عبارة عن مغناطيس صغير حر الدوران (ابرة‬
‫البوصلة)‬
‫*األقطاب المتشابهة تتنافر واألقطاب المختلفة تتجاذب‬
‫*لجميع المغانط قطبين مختلفين حتى لو قسمت إلى أجزاء‬
‫صغيرة‬
‫*األرض عبارة عن مغناطيس عمالق‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫المغانط تجذب مغانط أخرى وبعض األجسام القريبة‬
‫أي طرف للمغناطيس يجذب أي طرف لقطعة حديد‬
‫المغناطيس يسبب تحفيزا للمسمار ليصبح مستقطبا ‪ ،‬فإذا ابعد‬
‫المغناطيس فسيفقد المسمار بعضا من مغناطيسيته ألن به معادن أخرى‬
‫أما الحديد اللين ( حديد يحتوي على القليل من الكربون ) فيفقد‬
‫كل جاذبيته ألنه مغناطيس مؤقت‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫تتولد مغناطيسية المغناطيس الدائم بالطريقة نفسها التي‬
‫تولدت بها مغناطيسية المسمار‬
‫وبسبب التركيب المجهري للمادة التي يتكون منها المغناطيس‬
‫فإن المغناطيسية المستحثة تصبح دائمة‬
‫يصنع العديد من المغانط الدائمة من سبيكة حديد تحتوي على‬
‫خليط من األلمنيوم والنيكل والكوبالت‬
‫هناك تشكيلة متنوعة من العناصر الترابية النادر‬
‫( النيوديميوم والجادولينيوم ) تنتج مغانط دائمة قوية جدا‬
‫بالنسبة إلى حجمها‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫المجاالت المغناطيسية كميات متجهة تظهر في المنطقة التي‬
‫تؤثر فيها القوة المغناطيسية‬
‫كل قطعة من برادة الحديد تصبح مغناطيسا بوساطة الحث مثل‬
‫ابرة البوصلة تماما‬
‫)‪ (1‬مجال مغناطيسي في ثالثية األبعاد‬
‫(برادة حديد في محلول الجليسرول)‬
‫(‪ )2‬مجال مغناطيسي في ثنائي األبعاد‬
‫(برادة حديد على ورقة أو طاولة)‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫•إن خطوط المجال المغناطيسي تشبه خطوط المجال‬
‫الكهربائي في كونها وهمية‬
‫•التدفق المغناطيسي ‪ :‬هو عدد خطوط المجال‬
‫المغناطيسي التي تخترق السطح‬
‫•التدفق عبر وحدة المساحة يتناسب طرديا مع شدة‬
‫المجال المغناطيسي‬
‫•يتركز التدفق المغناطيسي عند قطبي المغناطيس‬
‫•اتجاه خطوط المجال خارج المغناطيس عكس‬
‫اتجاهها داخل المغناطيس‬
‫ف‬
‫خ‬
‫•(خارج المغناطيس) خارجة من القطب الشمالي وداخلة‬
‫إلى القطب الجنوبي‬
‫•(داخل المغناطيس) من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي‬
‫لتشكل حلقات مقفلة‬
‫•ونوع المجال المغناطيسي المكون بوساطة زوج من‬
‫القضبان المغناطيسية ‪:‬‬
‫(‪ )1‬خطوط المجال لقطبين متشابهين‬
‫(‪ )2‬خطوط المجال لقطبين مختلفين‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫تؤثر المجاالت المغناطيسية بقوة في مغانط أخرى‬
‫عند وضع عينة مصنوعة من الحديد والكوبالت أو‬
‫النيكل في المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم‬
‫تصبح خطوط المجال مركزة أكثر خالل هذه العينة‬
‫لذلك يكون طرف العينة القريب من القطب الشمالي للمغناطيس‬
‫قطبا جنوبيا فتنجذب العينة نحو المغناطيس‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫أجرى الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد عام ‪1820‬م‬
‫تجارب على التيار المار باألسالك ‪ ،‬فتعجب لرؤية إبرة البوصلة‬
‫تدور لتصبح في اتجاه عمودي على السلك‬
‫انحراف إبرة البوصلة عند وضعها بالقرب من سلك يحمل تيارا وجب‬
‫أن يكون ذلك ناتجا عن مجال مغناطيسي ولده التيار الكهربائي‬
‫وأن برادة الحديد تترتب وتشكل نمطا في صورة‬
‫دوائر متحدة المركز حول السلك‬
‫تتناسب شدة المجال المغناطيسي المتولد حول سلك مستقيم وطويل‬
‫طرديا مع مقدار التيار المار بالسلك وعكسيا مع البعد عند السلك‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫اتجاه االبهام ‪:‬‬
‫(اتجاه التيار االصطالحي)‬
‫إذا اتجاه االصابع ‪:‬‬
‫(اتجاه المجال المغناطيسي)‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫يولد التيار الكهربائي المار بحلقة سلكية مجاال مغناطيسيا‬
‫حول جميع أجزاء الحلقة‬
‫وعند لف السلك عدة لفات لتكوين ملف لولبي يكون التجاه‬
‫المجال حول جميع اللفات في االتجاه نفسه‬
‫يسمى الملف الطويل المكون من عدة لفات (الملف اللولبي المحث)‬
‫حيث يضاف المجال المغناطيسي الناتج عن كل لفة إلى المجال الناتج‬
‫من اللفات االخرى لتوليد مجاال مغناطيسيا كليا أكبر يشبه المجال الناتج‬
‫عن مغناطيس دائم له قطبان شمالي وجنوبي‬
‫ف‬
‫خ‬
‫المغناطيس الكهربائي ‪ :‬هو المغناطيس الذي ينشأ عند تدفق‬
‫تيار كهربائي خالل ملف‬
‫وزيادة عدد اللفات يزيد من شدة المجال المغناطيسي‬
‫ويمكن زيادة قوة المغناطيس الكهربائي بوضع قضيب‬
‫حديدي أو قلب داخل الملف‬
‫ألن مجال الملف اللولبي يولد مجاال مغناطيسيا مؤقتا في القلب‬
‫مثل عند تقريب مغناطيس دائم من قطعة حديد‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫اتجاه األصابع ‪:‬‬
‫(اتجاه التيار في الملف اللولبي)‬
‫إذا اتجاه االبهام ‪:‬‬
‫(اتجاه القطب الشمالي للمغناطيس الكهربائي)‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫تتصرف العناصر الثالثة‬
‫(الحديد والنيكل والكوبالت)‬
‫كمغانط كهربائية بطرائق عديدة‬
‫فلها خاصية تسمى الفرومغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫كل الكترون في الذرة يشبه مغناطيسا كهربائيا صغيرا‬
‫المنطقة المغناطيسية ‪ :‬هو ترتيب مجموعة المجاالت‬
‫المغناطيسية الخاصة بإلكترونات الذرات المتجاورة في االتجاه‬
‫نفسه (غالبا من ‪ 15‬إلى ‪ 1000‬ميكرون)‬
‫للحصول على مغناطيس دائم بخلط الحديد مع مواد أخرى‬
‫إلنتاج سبائك تحافظ على المناطق المغناطيسية مرتبه بعد إزالة‬
‫تأثير المجال المغناطيسي الخارجي‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫•للتسجيل على شريط جديد ‪:‬‬
‫•تتكون رؤوس التسجيل في المسجالت الصوتية‬
‫وأجهزة الفيديو من مغانط كهربائية‬
‫•وهذه المسجالت تولد نبضات وإشارات كهربائية تنتج‬
‫تيارات كهربائية في رأس التسجيل‬
‫•فيعمل على توليد مجاالت مغناطيسية تمثل الصوت‬
‫والصورة المراد تسجيلها‬
‫•وعندما يمر شريط التسجيل المغناطيسي تترتب‬
‫المناطق المغناطيسية‬
‫ف‬
‫خ‬
‫•لتشغيل الشريط المسجل ‪:‬‬
‫•وعند تشغيل الشريط وإعادة قراءته تنتج إشارة‬
‫بوساطة التيارات المتولدة عند مرور رأس التسجيل‬
‫فوق الجسيمات المغناطيسية على الشريط‬
‫•وترسل هذه اإلشارة إلى مضخم وإلى زوج من‬
‫مكبرات الصوت أو سماعات االذن‬
‫•وعند استعمال شريط مسجل عليه سابقا لتسجيل‬
‫أصوات جديدة ينتج رأس المحور مجاال مغناطيسيا‬
‫متناوبا بصورة سريعة يعمل على بعثرة اتجاهات‬
‫المناطق المغناطيسية على الشريط‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫تسجل الصخور التي تحتوي على الحديد تاريخ اختالف‬
‫اتجاهات المجال المغناطيسي األرضي‬
‫في قاع البحر الصخور األبعد عن الشقوق تعد أقدم‬
‫من الصخور القريبة من الشقوق‬
‫وتوصل العلماء من خالل بياناتهم إلى أن القطبين‬
‫المغناطيسيين لألرض قد تبادال موقعهما عدة مرات‬
‫على مر العصور في تاريخ األرض‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫افترض أمبير وجود قوة تؤثر في‬
‫السلك الذي يحمل تيارا عند وضعه‬
‫في المجال المغناطيسي‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫عندما يسري تيار كهربائي في السلك تتولد قوة تؤثر فيه‬
‫يكون اتجاه تلك القوة نحو األسفل أو نحو األعلى‬
‫وذلك يعتمد على اتجاه التيار الذي يسري في السلك‬
‫اكتشف مايكل فاراداي أن القوة المؤثرة في‬
‫السلك تكون عمودية على التجاه كل من التيار‬
‫الكهربائي والمجال المغناطيسي‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫لتحديد التجاه القوة نستخدم ‪:‬‬
‫القاعدة الثالثة لليد اليمنى‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫اتجاه األصابع ‪:‬‬
‫(اتجاه المجال المغناطيسي)‬
‫واتجاه االبهام ‪:‬‬
‫(اتجاه التيار االصطالحي)‬
‫إذا اتجاه باطن الكف نحو الخارج ‪:‬‬
‫(اتجاه القوة المؤثرة في السلك)‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫لرسم األسهم المتجهة إلى داخل الورقة (‪ )X‬وإلى الخارج من الورقة (‪).‬‬
‫إن االسالك التي تحمل تيارات كهربائية يؤثر بعضها في بعض‬
‫إذا أصبح السلك موازيا للمجال المغناطيسي تصبح (‪=θ‬صفر)‬
‫وستؤول القوة إلى الصفر‬
‫المجال المغناطسي‬
‫(‪)T‬‬
‫(‪)T=N/A.m‬‬
‫‪F=I L B‬‬
‫طول السلك‬
‫داخل المجال‬
‫(‪)m‬‬
‫القوة المؤثرة‬
‫في سلك‬
‫(‪)N‬‬
‫التيار‬
‫الكهربائي‬
‫(‪)A‬‬
‫‪F = I L B sin θ‬‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫تعد مكبرات الصوت إحدى التطبيقات العملية على القوة المؤثرة‬
‫في سلك يعمل تيارا كهربائيا يمر في مجال مغناطيسي‬
‫تعمل السماعة على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة صوتية‬
‫باستخدام ملف من سلك رفيع مثبت فوق مخروط ورقي‬
‫وهذا المخروط موضوع في مجال مغناطيسي‬
‫حركة الملف تجعل المخروط الورقي يهتز محدثا‬
‫موجات صوتية في الهواء‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫يمكن استخدام القوة المؤثرة في حلقة سلكية وضعت في مجال‬
‫مغناطيسي لقياس تيارات كهربائية صغيرة جدا‬
‫أحد جانبي الحلقة سيتأثر بقوة إلى األعلى بينما يتأثر الجانب‬
‫اآلخر بقوة على األسفل‬
‫لذا ستعمل محصلة العزم على تدوير الحلقة ‪ ،‬حيث يتناسب‬
‫العزم المؤثر في الحلقة طرديا مع مقدار التيار‬
‫الجلفانومتر ‪ :‬هو جهاز يستخطم لقياس التيارات الكهربائية‬
‫الصغيرة جدا ‪ ،‬ويمكن تحويله إلى أميتر أو فولتمتر‬
‫يؤثر النابض الصغير في الجلفانومتر بعزم في اتجاه معاكس ‪،‬‬
‫ومقاومة ملف الجلفانومتر الحساس تساوي ألف أوم تقريبا‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫لقياس تيارات أكبر عن طريق توصيل مقاومة أقل من مقاومة‬
‫الجلفانومتر على التوازي (مجزئ التيار)‬
‫‬‫مجزئ‬
‫‪R‬‬
‫‪G‬‬
‫‪Im‬‬
‫‪Is‬‬
‫أميتر‬
‫‪+‬‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫لقياس فرق الجهد الكهربائي عن طريق توصيل مقاومة كبيرة‬
‫على التوالي ( المضاعف)‬
‫‪-‬‬
‫‪G‬‬
‫‪I‬‬
‫فولتميتر‬
‫مضاعف ‪R‬‬
‫‪+‬‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫يجب أن ينعكس اتجاه التيار المار في الحلقة عندما تصبح في‬
‫وضع رأسي ‪ ،‬وهذا االنعكاس يسمح للحلقة بمواصلة دورانها‬
‫باستخدام شريحتين فلزيتين يسميان الفرشاتين ‪،‬‬
‫وتسمى الحلقة عاكس التيار ‪ ،‬وتصنع الفرشاتان‬
‫في العادة من الجرافيت‬
‫المحرك الكهربائي ‪ :‬هو جهاز يستخدم لتحويل الطاقة‬
‫الكهربائية إلى طاقة حركية دورانية‬
‫ف‬
‫خ‬
‫المحرك الكهربائي يتكون من لفات عديدة تثبت على محور دوران‬
‫القوة المؤثرة في الملف ذي القلب الحديد يتناسب طرديا مع ‪:‬‬
‫‪F=nILB‬‬
‫عدد‬
‫اللفات‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫في أنبوب األشعة المهبطية المستخدمة في شاشات الحاسوب‬
‫وشاشات التلفاز يستخدم انحراف اإللكترونات بواسطة‬
‫المجاالت المغناطيسية لتشكيل صورة على الشاشة‬
‫تعمل المجاالت الكهربائية على انتزاع اإللكترونات من الذرات‬
‫في القطب السالب (الكاثود)‬
‫وتعمل مجاالت كهربائية أخرى على تجميع هذه اإللكترونات‬
‫وتسريعها وتركيزها في حزمة ضيقة‬
‫ف‬
‫خ‬
‫ثم تعمل مجاالت مغناطيسية على التحكم في حركة هذه الحزمة‬
‫إلى األمام وإلى الخلف وأفقيا ورأسيا على الشاشة‬
‫وتطلى الشاشة بطبقة فوسفورية تشع عندما‬
‫تصطدم اإللكترونات بها فتنتج الصورة‬
‫تعتمد القوة الناتجة عن المجال المغناطيسي المؤثرة في‬
‫اإللكترون على كل من سرعة اإللكترون وشدة المجال‬
‫المغناطيسي والزاوية المحصورة بين متجه السرعة‬
‫والتجاه المجال المغناطيسي‬
‫ف‬
‫اتجاه القوة يكون دائما عموديا على كل من اتجاه سرعة‬
‫الجسيم واتجاه المجال المغناطيسي‬
‫واالتجاه المحدد باستخدام القاعدة الثالثة لليد اليمنى يكون خاص‬
‫بالجسيمات الشحنة الموجبة ‪ ،‬أما اإللكترونات يكون عكس االتجاه‬
‫‪t=L/v‬‬
‫قوة المجال المغناطيسي‬
‫على جسم مشحون‬
‫متحرك (‪)N‬‬
‫‪F=qvB‬‬
‫زمن‬
‫المسافةقطع‪I=q/t L‬‬
‫التيار‬
‫شحنة‬
‫اإللكترون‬
‫‪I=qv/L‬‬
‫خ‬
‫ف‬
‫المجاالت المغناطيسية‬
‫خ‬
‫ف‬
‫خ‬
‫•يتم تخزين البيانات وأوامر برمجيات أجهزة‬
‫الحاسوب رقميا في صورة وحدات صغيرة (‪)bits‬‬
‫•كل وحدة (‪ )bit‬حددت أما بـ (‪ )0‬أو بـ (‪)1‬‬
‫•أثناء التسجيل على القرص يُرسل تيار كهربائي إلى‬
‫رأس القراءة ‪/‬الكتابة‬
‫•والذي يُعد مغناطيسا كهربائيا مكونا من سلك ملفوف‬
‫على قلب حديدي‬
‫•حيث يولد التيار المار بالسلك مجاال مغناطيسيا في‬
‫القلب الحديدي‬
‫ف‬
‫خ‬
‫•تترتب ذرات المناطق المغناطيسية على الشريحة‬
‫المغناطيسية في صورة حزم‬
‫•وتعتمد اتجاهات المناطق المغناطيسية على اتجاه التيار‬
‫•وتمثل شفرة كل حزمتين وحدة صغيرة (‪ )bit‬واحدة من‬
‫المعلومات‬
‫•السترجاع المعلومات ال يتم إرسال أي تيار إلى رأس‬
‫القراءة ‪/‬الكتابة‬
‫•وبدال من ذلك تعمل الحزمة الممغنطة الموجودة على‬
‫القرص على توليد تيار في الملف بطريقة الحث عندما يدور‬
‫القرص تحت الرأس‬
‫ف‬
‫تم بحمد هللا‬
‫خ‬

similar documents