تعريف القوة المغناطيسية وقانونها

القوة المغناطيسية هي نتاج تفاعل جسدين مع بعضهما البعض، والقوة عموماً هي سحب أو دفع الجسم نتيجة التفاعل عندما ينتهي التفاعل. إذ تحدث القوة المغناطيسية بين الجسمين الممغنطين. وتقاس القوة بوحدات نيوتن، وقد تحدث القوة بين مواد أخرى غير مغناطيسية وبين مادة ممغنطة، أو بين أجسام متحركة مشحونة بشحنة كهربائية، لأن السبب الرئيسي للمجال المغناطيسي هو شحنات الحركة. وفي هذا المقال في موقع مفاهيم نتعرف على تعريف القوة المغناطيسية وكيفية حسابها وقوانينها، تابعونا.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• تعريف القوة المغناطيسية
• طريقة حساب القوة المغناطيسية
• اتجاه القوة المغناطيسية
• القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك
• المجال المغناطيسي
• تأثير المغناطيس
• قانون القوة المغناطيسية
• القوة بين المغناطيسات

تعريف القوة المغناطيسية

• تعرف القوى المغناطيسية بأنها تساعد على توليد حقل مغناطيسي، ويحدث ذلك في التيار الكهربائي عند السير في السلك، ويحدث أيضاً تبادل ما بين القوى الخاصة بالمغناطيس والحقل المغناطيسي.
• وهي تنشأ بسبب تفاعل الأقطاب المغناطيسية، حيث تجذب الأقطاب المغناطيسية المتضادة بعضها البعض وتنفر الأقطاب المتشابهة. وتنتج القوة المغناطيسية عن وجود التيار الكهربائي في الأسلاك أو عندما تتحرك الشحنات الكهربائية، وتتفاعل هذه القوى مع الأجسام المغناطيسية الأخرى الموجودة في المجال المغناطيسي.

طريقة حساب القوة المغناطيسية

من حيث المبدأ، تعتمد كمية القوى المغناطيسية المتبادلة بين جسمين مشحونين على مقدار الشحنة الموجودة في الجسم، وزخمه (مقدار تحركه) والمسافة بين الجسمين في معظم المشكلات (باستثناء المراحل المتقدمة).

لاستكشاف القوى المغناطيسية، من الضروري إيجاد القوى المغناطيسية لجسم مشحون بشحنة مقدارها ثابت، ويتحرك بسرعة ثابتة، ويقع في مجال مغناطيسي موحد أي المجال المغناطيسي للجسم الآخر، وحتى إذا كنت لا تعرف حجم المجال المغناطيسي، استخدم هذه الطريقة بينما يمكن حساب المجال المغناطيسي بناءً على المسافة والتيار.

يمكن إيجاد القوى المغناطيسية بالعلاقة التالية:

ق = ش × ع × غ × جاθ

عندما تكون "ق" هي القوى المغناطيسية، و(ش) هي مقدار الشحنة، و"ع" هي سرعة حركة الشحنة، و"غ" مقدار المجال المغناطيسي الذي يتحرك فيه الجسم، و"θ" هي الزاوية بين اتجاه حركة الشحنة واتجاه المجال المغناطيسي عند استخدام نظام الوحدات العالمية، تكون وحدة الطاقة نيوتن، ووحدة السرعة م/ث، ووحدة المجال المغناطيسي هي (تسلا).

اتجاه القوة المغناطيسية

• من المعروف أن القوة هي كمية متجهة، لذا لا يكفي حساب مقدار القوى المغناطيسية وحدها لوصف هذه القوة، لأنه من الضروري معرفة اتجاه هذه القوة، ويمكن إيجاد اتجاه القوى المغناطيسية بواسطة (قاعدة اليد اليمنى).
• فعندما يشير إبهام اليد اليمنى إلى اتجاه حركة الشحنات (اتجاه السرعة)، بينما نقوم بعمل اتجاه باقي الإصبع باستخدام اتجاه المجال المغناطيسي، بحيث يكون اتجاه القوة مع اتجاه السهم الوهمي الخارج من راحة اليد والعمودي عليها.
• ومن الجدير بالذكر أن هذا ينطبق فقط على الأجسام المشحونة الرئيسة، حيث يكون اتجاه القوة عند الحديث عن الشحنات السالبة عكس الاتجاه الذي نحصل عليه عند استخدام قاعدة اليد اليمنى،(أي يمكنك ببساطة استخدام اليد اليسرى بدلاً من التعامل المباشر مع الشحنات السالبة).

القوة المغناطيسية المؤثرة على سلك

في بعض المسائل، قد نحتاج إلى إيجاد القوى المغناطيسية المؤثرة على سلك يتدفق فيه تيار كهربائي مغمور في مجال مغناطيسي (كالعادة، مجال مغناطيسي منتظم).

يمكن إيجاد القوى المغناطيسية في مثل هذه المشاكل من خلال معالجة شحنة الشحنة وسرعة الشحنات، لأن السرعة تساوي المسافة (ف) مقسومة على الوقت (ز)، لذلك يمكن كتابة المعادلة التالية:

ع (الشحنة) = ف/ز:

لكننا نعلم أن التيار الكهربائي هو مقدار الشحنة التي تمر عبر مقطع من الأسلاك لكل وحدة زمنية، لذلك:

ق = غ × ت × ف × جاθ:

حيث "ت" هي مقدار التيار الكهربائي الذي يمر عبر السلك، و"ف" هو طول السلك، بينما "θ" هذه المرة هي الزاوية بين اتجاه المجال المغناطيسي واتجاه حركة التيار بالنسبة لاتجاه القوى المغناطيسية.

يمكن استخدام قاعدة اليد اليمنى، لكن الاختلاف هو أن الإبهام هذه المرة سيشير إلى اتجاه حركة التيار.

المجال المغناطيسي

• يرتبط مفهوم القوة بمفهوم المجال، على سبيل المثال: إذا كانت لدينا شحنتان، فستكون هناك قوة بينهما دون الحاجة إلى ربطهما، ونتائج التفاعل بين الشحنتين (أو الهيئتين المشحنتين) من المجال الكهربائي، ونفس الشيء بالنسبة للأجسام المغناطيسية.
• فلا يحتاج المغناطيس إلى لمس وقطع الحديد (أو أي مغناطيس آخر) حتى تتأثر القوى المغناطيسية، ويعني وجود المجال المغناطيسي وجود قوة مغناطيسية.
• المجال المغناطيسي هو أداة تستخدم في الفيزياء لوصف القوى المغناطيسية حول المغناطيس.

تأثير المغناطيس

• للمغناطيس تأثير واضح على أي مادة أخرى موضوعة في مجاله، لأنه يتأثر بالقوة المغناطيسية.
• ويؤثر المجال المغناطيسي على الشحنات الكهربائية التي تمر عبره بقوة معينة متعامدة مع سرعة الشحنة واتجاه المجال المغناطيسي بين اتجاه حركة الشحنة واتجاه المجال المغناطيسي.

قانون القوة المغناطيسية

القوى المغناطيسية = القوى المغناطيسية المؤثرة على شحنة × عدد الشحنات.

حركة جسيم مشحون في مجال مغناطيسي منتظم:

• عندما يتحرك جسيم مشحون في مجال مغناطيسي منتظم، تكون القوى المغناطيسية قيمة ثابتة بسبب الشحنة الثابتة المستمرة للشحنة والسرعة والمجال المغناطيسي، ويكون الاتجاه شمالًا.
• في بداية الحركة تظل القوة متغيرة في حالة استمرار حركة الجسيم، ويكون الاتجاه دائمًا متعامدًا على السرعة والمجال المغناطيسي يوضح هذا أن الجسيم يتحرك في حركة دائرية وعكس اتجاه عقارب الساعة.
• وبالتالي فإن القوى المغناطيسية تشبه القوة المركزية التي تغير اتجاه حركة الجسيم المتحرك مع مقدار السرعة الثابت، القوى المغناطيسية تساوي الشحنة في المجال =ش ع غ جا(الزاوية بين كل من ع وغ).

القوى المغناطيسية المؤثّرة في مادة موصلة يسري فيها التيار الكهربائي:

• يعبر التيار الكهربائي عن تدفق متتابع لشحنات كهربائية تتحرك، وتتأثر كل شحنة تنتقل في المجال المغناطيسي بقوة مغناطيسية متعامدة مع اتجاه انتقالها، وبالتالي تكون ناتجة عن القوة التي تحرك الموصل الذي يتدفق فيه التيار الكهربائي.
• على سبيل المثال: في حالة مادة موصلة بطول ومساحة مقطعية، وعدد الشحنات لكل وحدة حجم، وتيار شدة يتدفق فيها، يقع في مجال مغناطيسي، لذلك فإن معادلة القوى المغناطيسية هي:

القوّة المتبادلة بين سلكين متوازيين طويلين يحملان تياراً كهربائيّاً:

• في حالة تقاطع سلكين مع مادة موصلة، وكلاهما يحمل تيارًا كهربائيًا، يؤثر كل منهما على الآخر بقوة مغناطيسية مثيرة للاشمئزاز، إذا كان اتجاه التيار في السلكين مختلفًا، أو جذابًا إذا كان اتجاه التيار في السلكين هو نفسه.

قوة لورنتز وحركة الشحنات في مجال كهربائي ومغناطيسي:

• عندما يتحرك جسم مشحون في بيئة تحتوي على قوة كهربائية وقوى مغناطيسية، فإنه يتأثر بكلتا القوتين معًا، وتكون قيمة القوة الناتجة مساوية لمجموع اتجاهات القوى المغناطيسية، والقوة الكهربائية كانت تسمى قوة لورنتز إشارة إلى العالم الذي اكتشفها.

القوة بين المغناطيسات

• تؤثر المغناطيسات على بعضها البعض بالقوى وعزم الدوران وفقًا لقواعد الكهرومغناطيسية، وتنتج قوى المجال المغناطيسي عن التيارات المجهرية للإلكترونات المشحونة كهربائياً التي تدور حول النوى والمغناطيسية الداخلية للجسيمات الأولية (مثل الإلكترونات) التي تشكل المادة.
• تم تصميم النماذج بشكل جيد للغاية بحيث تسمى الحلقات الصغيرة ثنائيات الأقطاب المغناطيسية التي تنتج مجالاتها المغناطيسية وتتأثر بالمجالات المغناطيسية الخارجية.
• لذلك فإن القوة الرئيسة بين المغناطيسات هي التفاعل بين ثنائيات الأقطاب المغناطيسية إذا كانت جميع ثنائيات الأقطاب المغناطيسية التي تشكل المغناطيسين معروفة.
• فيمكننا تحديد القوة التي تم الحصول عليها على المغناطيسين عن طريق إضافة كل هذه التفاعلات بين ثنائيات أقطاب المغناطيس الأول والمغناطيس الثاني.