مشاكل وآفاق كل إقليم " الوحدة الثاثة التباين الإقليمي في الجزائر "

مفهوم الحقل المغناطيسي ( درس ) Le Champ magnétique

الأستاذ : بوجمعة فريد

1 / تعريف المغناطيس :

    *  المغناطيس هو كل جسم يمتاز بخاصية جذب برادة الحديد ، و يجذب أيضا الفولاذ و النيكلNi  والكوبالتCo  و الكرومCr  وكل السبائك التي تحتوي على أحد هذه المعادن .

    *  يمتاز المغناطيس مهما كان شكله بمنطقتين تتمركز فيهما برادة الحديد يسميان : قطبا المغناطيس .

    *  المغناطيس الدائم : هو كل جسم يملك خاصية المغناطيس و يحافظ عليها باستمرار .

    *  المغناطيس المؤقت : هو كل جسم يملك خاصية المغناطيس في ظروف معينة أو تحت تاثير مغناطيس دائم  و يفقد هذه الخاصية عند غياب هذه الظروف أو زوال التأثير .

2 / قطبا المغناطيس :

    *  للمغانط قطبان من نوعين مختلفين ، حيث أن القطبين من نفس النوع يتنافران ، و القطبين من نوعين مختلفين يتجاذبان .

    *  البوصلة Boussole  : عبارة عن إبرة ممغنطة يمكنها الدوران حول محور شاقولي في مستو أفقي  تستعمل لتحديد اتجاه الشمال .

    *  عندما تكون البوصلة بعيدة عن التأثيرات المغناطيسية فإنها تأخذ وضعا موازيا تقريبا الخط الجغرافي

        " شمال –  جنوب " . ندعو قطبها الموجه نحو الشمال بالقطب الشماليN  و الآخر القطب الجنوبيS  .

    *  القطب الشمالي N للمغناطيس : هو القطب الموجه نحو الشمال المغناطيسي بجوار الشمال الجغرافي

        للأرض .

*  القطب الجنوبي S للمغناطيس : هو القطب الموجه نحو الجنوب المغناطيسي بجوار الجنوب الجغرافي  

    للأرض .

3 / الحقل المغناطيسي :

هو مجموعة الخصائص المغناطيسية التي تمتاز بها نقطة من نقاط الفضاء ، حيث تتجلى هذه الخصائص في التأثير الميكانيكي على إبرة بوصلة موضوعة في تلك النقطة .

4 / الطيف المغناطيسي و خطوط الحقل :

    *  عند بذر برادة الحديد على سطح يحتوي تحته مغناطيسا ، تتوزع هذه البرادة وفق خطوط وهمية تربط بين القطبين مكونة ما يسمى " الطيف المغناطيسي " ، و الخطوط المشكلة له تسمى "خطوط الحقل المغناطيسي" . هذه الخطوط لا تتقاطع فيما بينها أبدا .

    *  تتجه خطوط الحقل المغناطيسي من الشمال N نحو الجنوب S خارج المغناطيس .

    *  يختلف شكل الطيف المغناطيسي من مغناطيس لآخر ، حيث لكل مغناطيس طيفا يميزه .  

5 / شعاع الحقل المغناطيسي :

إن للحقل المغناطيسي شدة و حامل و جهة ، حيث يمكن أن نمثله بشعاع نرمز له بالرمزB خصائصه في نقطةM   من الفضاء هي :

·        نقطة التطبيق : هي النقطة المعتبرة M .

·        الحامل : هو حامل الإبرة المغناطيسية الموضوعة في تلك النقطة .

·        الجهة : من جنوب الإبرة نحو شمالها .

·        الشدة : تقاس بوحدة تسلا Tesla  رمزها T  .

6 / الحقل المغناطيسي الأرضي :

أثبت التجارب و الدراسات المختلفة أن الأرض تعتبر مصدرا لحقل مغناطيسي ، يمكن نمذجته بحقل يشبه تماما حقل قضيب مغناطيسي كبير قطبه الجنوبي ينطبق مع الشمال المغناطيسي .

في النصف الشمالي من الكرة الأرضية ، يميل شمال إبرة ممغنطة ، موضوعة في نقطة ما نحو الأسفل بزاوية  i تسمى زاوية الميل المغناطيسيinclinaison magnétique  .

في نقطة من الفضاء الأرضي ، يتميز الحقل المغناطيسي الأرضي B بزاوية الميل المغناطيسي i و بمركبته الأفقية B_h . قيمة B_h من رتبة 2×10^-5 T ، و قيمة B_T من رتبة 5×10^-5 T .

 إن إبرة البوصلة لاتتجه تماما نحو الشمال الجغرافي بل تتجه نحو منطقة من شمال كندا هي الشمال المغناطيسي . الزاوية المحصورة بين مستوى الزوال الجغرافي و مستوى الزوال المغناطيسي تسمى زاوية الإنحراف المغناطيسي d déclinaison magnétique . ( أنظر الشكل )

مستوى الزوال الجغرافي   méridien géographique   .

مستوى الزوال المغناطيسي   méridien magnétique   .

.   الحقول المغناطيسية المتولدة عن التيارات الكهربائية   .

إن أول من اكتشف أثر للتيار الكهربائي أثر مغناطيسي هو العالم الدانماركي أرستدŒrsted  سنة 1820 حيث لاحظ انحراف إبرة بوصلة كانت موضوعة بجوار سلك ناقل إثر مرور تيار كهربائي فيه .

1 / الحقل المغناطيسي المتولد عن تيار مستقيم :

تكون خطوط الحقل عبارة عن دوائر مركزها السلك و محمولة في مستويات عمودية عليه ، و اتجاهها متعلق بجهة التيار المار في السلك .

 خصائص شعاع الحقل المغناطيسي  المتولد في نقطة  M هي :

·        الحامل : مماسي للدائرة في النقطة M .

·        الجهة : تتعلق بجهة التيار و تحدد بقواعد مختلفة

     ( قاعدة اليد اليمنى أو مراقب أمبير ) .

·        الشدة : تتعلق بشدة التيار I و البعد العمودي R بين النقطة M و السلك ، و تعطى بالعلاقة :

حيث :μ₀ = 4π . 10^-7 S.I    ثابت يسمى النفاذية المغناطيسية للفراغ .

العلاقة السابقة صالحة في الفراغ أو الهواء فقط .

2 / الحقل المغناطيسي المتولد عن تيار دائري ( أو حلقي ) :

تشكل خطوط الحقل طيفا له شكل مميز ، حيث يكون خط الحقل المحمول على محور الحلقة مستقيما .

  

تعطى شدة الحقل المغناطيسي المتولد عن تيار شدته I يعبر ناقلا على شكل حلقة نصف قطرها R  بالعلاقة :                                    

الوشيعة المسطحة تحتوي على  عدد N  من اللفات المتراصة compact  ، حيث يكون نصف قطرها R أكبر من طولها   L . ( أنظر الشكل السابق )

3 / الحقل المتولد عن تيار حلزوني ( حالة وشيعة طويلة ) :

*  نسمي وشيعة طويلة كل وشيعة يكون طولها L  كبير كفاية أمام نصف قطرها R  .

    *  عندما يعبر تيار وشيعة طويلة يتولد عنه حقلا مغناطيسيا ، طيفه خارج الوشيعة يشبه طيف قضيب                 مغناطيسي ، و داخل الوشيعة عبارة عن خطوط متوازية و يكون الحقل منتظما .

    *  للوشيعة وجهان : وجه جنوبي S و وجه شمالي N . ( في الوجه الشمالي يكون اتجاه التيار في الحلقة              عكس جهة دوران عقارب الساعة ) .

يكون الحقل المغناطيسي داخل الوشيعة الطويلة منتظما ، وتعطى شدته في المنطقة المركزية بالعلاقة التالية :

حيث :     هو عدد اللفات لوحدة الطول [ spires/mètre ]

                   L  هو طول الوشيعة [ m ] .

                  N  هو عدد اللفات أو الحلقات .

·        قاعدة اليد اليمنى ( تيار مستقيم ) : نضع اليد اليمنى مفتوحة أمام السلك ، حيث يشير الإبهام لجهة التيار ، ثم نضم الأصابع لغلق اليد على السلك فتنغلق مشيرة لجهة الحقل . ·        قاعدة اليد اليمنى ( تيار حلزوني ) : نضم كف اليد اليمنى على السلك ، بحيث تشير الأصابع لجهة التيار ، فالإبهام يشير حينئذ لجهة الحقل . ·        قاعدة مراقب أمبير : نتخيل رجل مستلق على السلك ، حيث يدخل التيار من رجليه و يخرج من رأسه و هو ينظر إلى النقطة المعتبرة ، ويمد يده اليسرى عموديا على جسده مشيرا بها لجهة الحقل .
مفهوم الحقل المغناطيسي ( تمارين ) Le Champ magnétique	الأستاذ بوجمعة فريد – ثانوية ابن الهيثم – بلوزداد

العودة إلى صفحة الفيزياء التعليم الثانوي

صفحة دروس و ملخصات فيزياء السنة ثانوي علمي

سلاسل تمارين فيزياء الثانية ثانوي