الكهرومغناطيسية: المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي — الثالثة ثانوي

الكهرومغناطيسية: المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي

الكهرومغناطيسية هي فرع الفيزياء الذي يدرس العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. اكتشف العالم الدنماركي هانز كريستيان أورستد عام 1820 أن التيار الكهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً.

1. مفهوم المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي هو حقل يؤثر على الجسيمات المشحونة المتحركة والأجسام الممغنطة. يرمز له بـ B ووحدته التسلا (T) أو الغاوس (1 T = 10000 G). خطوط المجال المغناطيسي تخرج من القطب الشمالي وتدخل إلى القطب الجنوبي.

2. المجال المغناطيسي الناتج عن تيار كهربائي

عند مرور تيار كهربائي في سلك مستقيم، ينشأ مجال مغناطيسي على شكل دوائر متحدة المركز حول السلك. قاعدة اليد اليمنى تحدد اتجاه المجال. شدة المجال: B = μ₀I/(2πr) حيث μ₀ هو النفاذية المغناطيسية للفراغ.

3. قوة لورنتس

القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة q تتحرك بسرعة v في مجال مغناطيسي B: F = qv×B (ضرب اتجاهي). مقدار القوة: F = qvB sin θ. اتجاه القوة عمودي على كل من السرعة والمجال المغناطيسي (قاعدة اليد اليمنى).

4. قانون بيو-سافار وأمبير

قانون بيو-سافار يحسب المجال المغناطيسي الناتج عن عنصر تيار. قانون أمبير: ∮B·dl = μ₀I، وهو قانون أساسي لحساب المجال المغناطيسي في الحالات المتناظرة.

5. الحث الكهرومغناطيسي

قانون فاراداي: القوة الدافعة الكهربائية الحثية تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي. ε = -dΦₘ/dt. قانون لينز: التيار الحثي يعاكس التغير الذي causedه. هذا المبدأ هو أساس عمل المولدات الكهربائية والمحولات.

مثال تطبيقي

مثال: سلك مستقيم يمر به تيار 5A. أحسب المجال المغناطيسي على بعد 2cm من السلك.
الحل: B = μ₀I/(2πr) = (4π×10⁻⁷×5)/(2π×0.02) = (2×10⁻⁶)/0.02 = 10⁻⁴ T.

تمارين

1. ما اتجاه المجال المغناطيسي حول سلك يمر به تيار من الأسفل إلى الأعلى؟
2. أحسب القوة المغناطيسية المؤثرة على إلكترون يتحرك عمودياً في مجال 0.1T بسرعة 2×10⁶ m/s.
3. اشرح مبدأ عمل المولد الكهربائي باستخدام قانون فاراداي.

للمزيد من المعلومات، راجع درس قوانين كيرشوف ودرس قوانين الدوائر الكهربائية.