الدرس 13: الوشيعة ، مدخل و تعريف

الوشيعة ، مدخل و تعريف

باسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه ومن والاه.

الموضوع: الوشيعة، مدخل وتعريف

     لاحظ الإنسان منذ زمن بعيد، أن المغناطيس يمتلك خاصية جذب قطع حديدية، وبما أن الأرض تتصرف كمغناطيس ضخم له قطبان، فقد استعمل الصينيون البوصلة منذ القرن الأول بعد الميلاد.

     يتوفر كل مغناطيس مستقيم على قطبين: قطب شمالي يرمز له بالحرف N، وقطب جنوبي يرمز له بالحرف S. 

     ولإبراز بعض خصائص المغناطيس، نقوم برش برادة الحديد على صفيحة زجاجية وضعت فوق مغناطيس مستقيم. نلاحظ أن البرادة تصطف وفق خطوط بجوار المغناطيس، تربط بين القطبين الشمالي والجنوبي.

     انطلاقا من هاته التجربة نستخلص بأن للمغناطيس خطوط تسمى خطوط المجال تتجه من القطب الشمالي N إلى القطب الجنوبي S. على شكل شبه دائري وذلك خارج المغناطيس. أما داخل المغناطيس فخطوط المجال تتجه من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي وفق خطوط عبارة عن مستقيمات متوازية. نقول إن المجال المغناطيسي داخل المغناطيس في هاته الحالة منتظم.

    وتكون مجموعة هذه الخطوط ما يسمى بالطيف المغناطيسي. والمجال المغناطيسي هو الحيز من الفضاء الذي يتأثر بقوة المغناطيس. حيث أنه إدا وضعت قطعة صغيرة من الحديد مثلا خارج المجال المغناطيسي، فلن تتأثر بالمغناطيس. أما إدا وضعت داخل المجال فأنها ستنجذب نحو المغناطيس.

     ومن المؤكد أن نعلم أن قوة المغناطيس أو بعبارة أخرى شدة المجال المغناطيسي تكون قوية فقط بجوار طرفي المغناطيس. أي عند القطبين الشمالي والجنوبي. لكن هاته الشدة تضعف إذا ابتعدنا من المغناطيس أو إدا اقتربنا من وسطه.

     ويميز المجال المغناطيسي بمتجهة رمزها

حيث عند وضع إبرة ممغنطة يمكنها الدوران حول محور ثابت، في مختلف نقط من مجال مغناطيسي، نلاحظ أن هذه الأخيرة تأخذ في كل حالة اتجاها مماسا لخط المجال المار من كل نقطة.

     وبما أن الإبرة الممغنطة لها قطب شمالي(N) و قطب جنوبي (S)، فقد أصطلح على أن اتجاه ومنحى متجهة المجال المغناطيسي هما اتجاه ومنحى المتجهة

     وكلنا نعرف بأن القطبين من نفس النوع للمغناطيس تتنافر أما التجاذب فيكون إلا في حالة تلاقي القطبين الشمالي والجنوبي.

     برهنت عدت تجارب، على أن المجال المغناطيسي ليس يالضرورة مرتبط بالمغناطيس. إذ يظهر نتيجة مرور تيار كهربائي في موصل كهربائي كيف ما كانت نوعيته.

     وكما علمنا في درس سابق أن تنقل الالكترونات في موصل بشكل منتظم يولد تيارا كهربائيا. هنا سأظيف بأن حركة الالكترونات المنتظمة في موصل تخلق مجالا مغناطيسيا، بطبيعة الحال إلى جانب التيار الكهربائي. إذن التيار الكهربائي مثله مثل المغناطيس يخلق مجالا مغناطيسا. أما شدة هذا الأخير و شكل خطوطه، فيعتمد على عدة عوامل منها نوع الموصل وشكله.

أولا: طيف مغناطيسي لموصل مستقيمي.

     ننجز طيفا مغناطيسيا في مستوى أفقى (P)عمودي على سلك موصل يمر فيه تيار كهربائي مستمر من النقطة A إلى النقطة B.

    نلاحظ أن خطوط المجال عبارة عن دائرات مركزها النقطة التي يجتاز فيها السلك المستوى (P). ونحصل كذلك على طيف مماثل في كل مستوى مواز للمستوى (P) وهكذا فمجموع خطوط المجال يكون اسطوانة، محورها منطبق مع السلك الموصل.

    وتوجد عدة طرق لتحديد منحى خطوط المجال المغناطيسي. سأقتصر على قاعدة اليد اليمنى فقط، هاته القاعدة تنص في حالتنا هاته التي تتعلق بسلك موصل على أن نضع اليد بكيفية يكون السلك الموصل داخل قبضة اليد بحيث يشير الإبهام إلى منحى مرور التيار الكهربائي. أما توجيه الأصابع الأخرى فتعبر عن منحى المجال المغناطيسي.

    إذا عكسنا منحى التيار الكهربائي ليمر من النقطة B نحو النقطة A، فسيتغير منحى خطوط المجال المغناطيسي ليصبح عكس المنحى الأول.

     إذن منحى خطوط المجال المغناطيسي يعتمد على منحى التيار الكهربائي المار في الموصل.

     ويرمز إلى شدة المجال المغناطيسي بالحرف B، ويعبر عن وحدتها بالتسلا (tesla)، يرمز لهاته الأخيرة بالحرف (T).

    فشدة المجال المغناطيسي لموصل على شكل مستقيم متواجد في الفراغ يمر فيه تيار كهربائي شدته I، في النقطة X من الفضاء تبعد بمسافة r من الموصل، تقاس بالعلاقة التالية:

     انطلاقا من هاته العلاقة نلاحظ أن شدة المجال المغناطيسي مرتبطة بالتيار مع مسافة النقطة X، حيث إذا اقتربت هاته الأخيرة من الموصل، وكذلك إذا زادت شدة التيار زادت شدة المجال المغناطيسي و العكس بالعكس.

ثانيا: طيف مغناطيسي لوشيعة مسطحة.

     الوشيعة ثنائي قطب يتكون من سلك موصل ملفوف حول أسطوانة عازلة. وتتكون الوشيعة المسطحة من لفة أو عدة لفات موصلة بحيث يكون شعاعها R كبيرا بالنسبة لطول الوشيعة.

     والصورة أسفله تبين طيف المجال المغناطيسي لوشيعة مسطحة دائرية، يمر فيها تيار كهربائي مستمر. حيث أن خطوط المجال مستقيمية تقريبا قرب مركز الوشيعة A، ومنحنية كلما ابتعدنا عن مركزها لتصير دائرية تقريبا بجوار السلك الموصل عند النقطتين O و o’.

    وإذا عكسنا منحى التيار الكهربائي المار في الوشيعة ينعكس معه منحى خطوط المجال.

    قياسا على المغناطيس، نسمي الوجه الشمالي (N)، وجه الوشيعة الذي تخرج منه خطوط المجال. والوجه الجنوبي (S) وجه الوشيعة الذي تدخل منه هذه الخطوط.

    وأسهل قاعدة تساعد على تمييز هذين الوجهين والتعرف عليهما، وذلك بمعرفة منحى التيار الكهربائي، حيث يجب أن نقف أمام وجهي الوشيعة ونلاحظ ما إذا كان منحى التيار يطابق منحى دوران عقارب الساعة نقول بأن الوجه جنوبي. وإذا كان العكس نقول بأن الوجه شمالي.

    وتحسب شدة المجال المغناطيسي في المركز A للوشيعة بالعلاقة التالية:

ثالثا: طيف مغناطيسي لملف لولبي.

     الملف اللولبي هو وشيعة طولها L كبير بالمقارنة مع شعاعها R أي

ويمكن للفات أن تكون متصلة بينها أو غير متصلة.

    يبين الطيف المغناطيسي المحدث من طرف ملف لولبي يمر فيه تيار كهربائي مستمر أن خطوط المجال داخل الملف عبارة عن مستقيمات متوازية للمحور، مما يدل على أن المجال المغناطيسي منتظم. أما خارج الملف، فإن الطيف شبيه بطيف مغناطيسي. ومنحى خطوط المجال المغناطيسي يعتمد على منحى التيار الكهربائي. ويمكن تحديده بتحديد وجهي الملف اللولبي كما هو الحال مع الوشيعة. بحيث الوجه الشمالي هو الذي يخرج منه خطوط المجال.

    يعبر عن الشدة B للمجال المغناطيسي بداخل ملف لولبي طوله L و عدد لفاته N ويمر في لفاته تيار كهربائي شدته I بالعلاقة التالية:

تبقى هاته العلاقة صحيحة مالم يوجد بداخل الملف اللولبي نواة من الحديد المطاوع أو أي شيء آخر.

    يمكن أن نستخلص من هذا الموضوع ثلاث نقاط:

أولا: المغانط و الدارات الكهربائية تتصرف بكيفية مماثلة في التأثيرات المغناطيسية التي تحدثها و التي تطرأ عليها. إذ تغير هذه المغانط و الدارات الكهربائية خاصيات الفضاء المحيط بها. ويسمى هذا الفضاء المجال المغناطيسي.

ثانيا: المغانط و التيارات الكهربائية مصادر للمجال المغناطيسي.

ثالثا: في حيز من الفضاء حيث يعم مجال مغناطيسي منتظم، تكون خطوط المجال مستقيمية و متوازية فيما بينها و العكس صحيح.

     إلى هنا ينتهي هذا الدرس، ترقبوا منا المزيد. دمتم في رعاية الله و حفظه.

والسلام عليكم و رحمة الله.