مجالات مغناطيسية من التيارات
الشحنة الكهربائية المتحركة تنشئ مجالًا مغناطيسيًا حولها، فأي سلك يمر به تيار تحيط به خطوط مجال مغناطيسي دائرية. إن ثنيت ذلك السلك ملفًا، تتجمع خطوط المجال من كل لفة في الداخل في مجال واحد قوي منتظم يمتد على طول الملف. أضف مزيدًا من اللفات أو ادفع مزيدًا من التيار، فيقوى المجال في الداخل.
الصيغة
B = μ₀ · N · I / L
- B — المجال المغناطيسي (T): شدة المجال المغناطيسي داخل الملف
- μ₀ — نفاذية الفراغ (T·m/A): ثابت ثابت يحدد ما أشد توليد التيار لمجال مغناطيسي
- N — عدد اللفات (turns): كم لفة سلك تُكوّن الملف
- I — التيار (A): كم شحنة تتدفق عبر السلك كل ثانية
- L — الطول (m): طول الملف الذي تُلف عليه اللفات
مثال مشروح
ملف (ملف لولبي) فيه 500 لفة سلك ملفوفة على طول 0.5 متر، يمر به تيار 2 أمبير. ما شدة المجال المغناطيسي في الداخل؟
- N = 500 لفة
- I = 2 A
- L = 0.5 m
- B = μ₀ · N · I / L
- B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m
B = 8π × 10⁻⁴ T
اختبر نفسك
الملف اللولبي به الآن 1000 لفة بدل 500، بالتيار والطول نفسيهما. ماذا يحدث للمجال المغناطيسي في الداخل؟
- الإجابة الصحيحة: يتضاعف إلى 16π × 10⁻⁴ T
- ينصف إلى 4π × 10⁻⁴ T
- يبقى نفسه عند 8π × 10⁻⁴ T
صحيح! B تتناسب مع N، فمضاعفة اللفات تضاعف المجال: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
حول سلك مستقيم مفرد يمر به تيار، بلا ملف، أي شكل تصنع خطوط المجال المغناطيسي؟
- مجال منتظم كداخل ملف
- خطوط مستقيمة تجري على السلك
- الإجابة الصحيحة: دوائر تلتف حول السلك
بالضبط — السلك المستقيم بالتيار تحيط به حلقات مجال مغناطيسي دائرية، تبعًا لقاعدة اليد اليمنى.
أين تراه
رافعة في ساحة الخردة تُنزل ملفًا من السلك، وتشغّل التيار، فترفع سيارة — أطفئ التيار فتسقط السيارة. لا مغناطيسية بلا تيار، ومغناطيسية كاملة عند الطلب: أجراس الأبواب وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي ورافعات ساحات الخردة كلها الجهاز نفسه، ملف لولبي تقود مجاله بمفتاح.
الأخطاء الشائعة
أولًا شكل المجال: حول السلك المستقيم تشكّل خطوط المجال دوائر ملتفّة حول السلك — لا خطوط مستقيمة ولا مجالًا منتظمًا؛ فالمجال القوي المنتظم لا يظهر إلا داخل ملف. ثانيًا التحجيم: B = μ₀ · N · I / L تنمو مع عدد اللفات والتيار، فالانتقال من 500 إلى 1000 لفة عند التيار نفسه يضاعف المجال في الداخل تمامًا. التيار هو الذي يصنع المجال — القلب الحديدي لا يفعل سوى تركيزه.
كيف يرتبط
هذا هو محور تحوّل وحدة الكهرومغناطيسية من الكهرباء إلى المغناطيسية: قانون كولوم والسعة كانا عن شحنات ساكنة، وهنا الشحنة المتحركة — التيار — تثير حولها مجالًا. قوة لورنتز، تاليًا، تُغلق الحلقة: تلك المجالات تردّ الدفع على أي شحنة متحركة أخرى تمرّ عبرها.