أمثلة على القوة المغناطيسية: رؤى مفصلة


في هذه المقالة ، سنناقش بعض أمثلة القوة المغناطيسية ونفهم تطبيقها بمزيد من التفصيل.

فيما يلي قائمة ببعض الأمثلة والتطبيقات للقوة المغناطيسية التي نستخدمها غالبًا ونعمل بشكل أساسي على تطبيق القوة المغناطيسية:

أمثلة على القوة المغناطيسية وبعض التطبيقات

يمكن تحويل القوة المغناطيسية إلى شكل آخر مثل الميكانيكية إلى الميكانيكية في التجاذب والتنافر ؛ الميكانيكية إلى الكهربائية في المولدات والميكروفونات ؛ الكهربائية والميكانيكية في المحركات ومكبرات الصوت ؛ ميكانيكية لتسخين الطاقة مثل التيار الدوامي ، وأجهزة عزم الدوران التباطؤ ، وما إلى ذلك ، وبالتالي القوة المغناطيسية لها تطبيقات واسعة في الصناعات ، والمصانع ، والأجهزة الإلكترونية ، والمختبرات ، إلخ. دعونا نناقش بعض الأمثلة على القوة المغناطيسية.

اثنان بار مغناطيس

يوفر قضيب مغناطيسي له قطبين ، أحد قطب المغناطيس يحمل عددًا أكبر من البروتونات التي لها شحنة موجبة ، مما يجعلها موجبة ، ويشكل القطب الآخر عددًا أكبر من الإلكترونات ، وبالتالي سالب الشحنة.

يميل القطب الموجب للمغناطيس إلى الانجذاب نحو القطب السالب لمغناطيس آخر حيث أن القطب الموجب الذي يحتوي على عدد أكبر من البروتونات سيميل إلى جذب الإلكترونات من قطب آخر للمغناطيس باتجاهه والعكس صحيح ، وبالتالي يظهر كلاهما قوى الجذب تجاه بعضهم البعض.

وبالمثل ، عندما يتم شراء قطبين موجبين أو سالبين بالقرب من بعضهما البعض ، فسوف يظهر التنافر لأن القطب الذي يحتوي بالفعل على غالبية البروتونات لن يقبل المزيد من البروتونات تجاهه ، أو القطب الذي يحتوي على غالبية الإلكترونات لن يسحب المزيد من الإلكترونات تجاهها ، ومن ثم يتم رؤية قوة التنافر بواسطة قطبي المغناطيس.

هذا يتبع قانون نيوتن الثالث ، والذي بموجبه "كل عمل له رد فعل مساو له ومعاكسه." مقدار القوة يعاني كل من القطبين أثناء التجاذب أو التنافر دائمًا متساويًا ، وتعمل القوة دائمًا في الاتجاه المعاكس.

إذا تم تقريب القطب الموجب للمغناطيس من الجسم المحايد ، فسوف تنجذب الإلكترونات من الجسم نحو الشحنات الموجبة وبالتالي تتجمع في جانب واحد من الجسم وتصد البروتونات بعيدًا عنه تاركة وراءها البروتونات على الجانب الآخر الجانب. وبالتالي ، سيتم فصل البروتونات والإلكترونات عن الجسم المحايد مكونين قطبين مختلفين من الجسيمات المشحونة.

سلك حمل التيار

أمثلة القوة المغناطيسية
وضع موصل في مجال مغناطيسي

يمثل الرسم البياني أعلاه موصل الطول "L" الذي يحمل التيار "I" الموجود في المجال المغناطيسي. عند تطبيق التيار ، ستُظهر الشحنات في الموصل بعض الحركة ويكون التأثير الناتج بسبب وجود مجال مغناطيسي يسمى الكهرومغناطيسية. تُعطى القوة المؤثرة على طول وحدة السلك كـ

F = أنا (L * B)

[اللاتكس] F = I (L \ times B) [/ latex]

إذا كانت [اللاتكس] (\ ثيتا) [/ اللاتكس] زاوية بين السلك الحامل للتيار واتجاه المجال المغناطيسي ، فإن مقدار القوة يكون

F = ILB \ sinθ

[اللاتكس] F = ILB \ Sin (\ theta) [/ latex]

توضح هذه المعادلة العلاقة بين التيار والمجال المغناطيسي.

سلكان متوازيان يحملان التيار

أمثلة القوة المغناطيسية
قوة الجذب والتنافر من قبل الموصل الحامل للتيار بناءً على اتجاه التيار.

ضع في اعتبارك سلكين يحملان تيارًا متوازيين. يتم إعطاء المجال المغناطيسي الناتج عن سلك يحمل التيار 1 على مسافة r منه بواسطة

ب = μ0I1/ 2πr

[اللاتكس] B = \ frac {\ mu_ {0} I_1} {2 \ Pi r} [/ latex]

القوة التي حدثت بسبب وجود السلك الثاني الحامل للتيار بالتوازي مع تيار الحمل الأول I2 is

F = أنا2LB1

F = μ0I1I2L / 2πr

[لاتكس] F = I_2LB_1 [/ لاتكس]

[اللاتكس] F = \ frac {\ mu_ {0} I_1I_2L} {2 \ Pi r} [/ لاتكس]

القوة لكل وحدة طول

F / L = F = μ0I1I2/ 2πr

[اللاتكس] \ frac {F} {L} = \ frac {\ mu_ {0} I_1I_2} {2 \ Pi r} [/ اللاتكس]

سيُظهر السلكان بعض قوة الجذب عندما يكون التيار المتدفق في كلا السلكين في نفس الاتجاه ، وبالمثل ، كلاهما سوف يتنافر بعيدًا إذا كان اتجاه التيار في الاتجاه المعاكس.

بعض تطبيقات المجال المغناطيسي

بوصلة

البوصلة هي جهاز يستخدم لتحديد الاتجاه. يتكون من إبرة مغناطيسية مثبتة على دبوس صغير يشير دائمًا إلى القطب الشمالي للأرض. نظرًا لأن المجال المغناطيسي للأرض يقع في اتجاه الشمال والجنوب ، فإن الإبرة المغناطيسية تتماشى مع التأثير المغناطيسي المحسوس بسبب المجال المغناطيسي للأرض.

ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي

تستخدم آلات التصوير بالرنين المغناطيسي على نطاق واسع في التشخيص الطبي. أنها تنتج كبيرة قوة المجال المغناطيسي وتستخدم لالتقاط صور لأعضاء الإنسان للدراسات التفصيلية عن طريق تمرير موجات الراديو.

المحركات الكهربائية

يولد الملف الموجود في المحرك مجالًا مغناطيسيًا عند تطبيق التيار. ينتج المجال المغناطيسي بالتالي قوة مغناطيسية مع المغناطيس الذي يسبب حركة أو دوران المحرك. لذلك ، في الأساس ، يتم استخدام القوة المغناطيسية بواسطة المحرك لتوليد طاقة ميكانيكية من الطاقة الكهربائية.

صوتيات

مكبر الصوت والميكروفونات هي أجهزة تأتي مع مغناطيس كهربائي يحول الإشارة الكهربائية إلى صوت مسموع. يشبه المغناطيس الكهربائي الملف ، عندما يتدفق التيار عبر هذا الملف فإنه ينتج مجالًا مغناطيسيًا. يجذب هذا الملف المغناطيس ويتنافر بشكل متكرر لإنتاج تأثير صوتي.

ثلاجات

تحتوي الثلاجات على مغناطيس مدمج في أبوابها مكون من سيراميك مغناطيسي ضعيف مثل الباريوم الفريت أو الفريت السترونتيوم. ونتيجة لذلك ، فإن باب الثلاجة دائمًا ما يغلق من تلقاء نفسه كلما فتحت الثلاجة.

ميكروويف

تحتوي الأفران على مغنطرون وهو عبارة عن أنبوب مفرغ مصمم لتوليد أو تضخيم الموجات الدقيقة من خلال التحكم في تدفق الإلكترون عن طريق تطبيق مجال مغناطيسي خارجي. يتم وضع مغناطيس حول هذا الأنبوب المفرغ الذي يوفر قوة مغناطيسية ويسبب تحرك الإلكترونات في حلقة. وبالتالي توليد الحرارة وطهي الطعام.

سيارات

تستخدم السيارة خاصية كهرومغناطيسية داخل المحرك لحركتها. ملف مغناطيسي متصل بالمحور. من خلال تدوير هذا الملف المغناطيسي ، يتم تصنيع العجلات أيضًا للدوران ، وبالتالي التحكم في توجيه السيارة.

مراوح

يتم صد المغناطيسات الموجودة في دوار المروحة بواسطة الأجزاء الساكنة التي تزيد من حركة الدوار. يقوم التيار الكهربي بتبديل إحدى مجموعات المغناطيس ، وبالتالي ، يتنافر العضو الدوار والجزء الثابت بعيدًا عن بعضهما البعض في كل دورة من الجزء المتحرك. يتم تحقيق ذلك من خلال تطبيق القوة المغناطيسية.

القوة المغناطيسية

القوة المغناطيسية هي إحدى القوى الأساسية الأربعة. تعمل القوة المغناطيسية بشكل عمودي على حركة الجسيمات ، وبالتالي تعارض حركة الشحنات ؛ ومن ثم تميل الجسيمات المشحونة إلى الانحراف بسبب القوة المغناطيسية. 

تعتمد القوة المغناطيسية على الشحنة وسرعة الجسيم في المجال المغناطيسي والمجال الخارجي المطبق على الموصل وتعطى بواسطة F = qvB. في وجود المجال الخارجي ، تصطف الإلكترونات والبروتونات وفقًا للمجال المطبق. تعتمد كثافة المجال المغناطيسي على كثافة عبور التدفق المغناطيسي لكل وحدة مساحة المقطع العرضي للمادة.

أنواع القوة المغناطيسية

1) القوة الجاذبة: عندما يتم شراء قطبين من شحنة مختلفة عن قرب ، يميل كلا القطبين إلى الانجذاب نحو بعضهما البعض. تُعرف القوة التي يمارسها القطبان على بعضهما البعض بالقوة الجاذبة.

2) قوة التنافر: عندما يتم شراء قطبين من الشحنات المتشابهة بالقرب ، يتنافر القطبان عن بعضهما البعض. تُعرف القوة المحسوسة على كل من الأقطاب بالقوة الطاردة.

نظرية وتصنيف المواد المغناطيسية

وفقًا لمبدأ استبعاد باولي ، "لا يوجد إلكترونان لهما نفس العدد الكمي. لا يمكن أن يشغل أكثر من إلكترونين نفس المدار. يجب أن تحتوي الإلكترونات الموجودة في نفس المدار على دوران معاكس أو مضاد للتوازي."

تتزاوج الإلكترونات مع الإلكترونات التي لها دوران معاكس وتلغي العزم المغناطيسي الناتج عن بعضها البعض. حسنًا ، يُظهر الإلكترون غير المزاوج حركة الدوران والمدارية للذرة ويعطي اتجاه المجال المغناطيسي.

بناءً على عدد الإلكترونات الحرة المتاحة ، تُظهر المواد المختلفة خصائص مغناطيسية مختلفة. إذا كان عدد الإلكترونات غير المزدوجة المتاحة أكبر ، فإن التأثيرات المغناطيسية التي تظهر في المادة ستزداد أيضًا. يتم تصنيف المواد على النحو التالي: -

مغناطيسي: المواد ذات النفاذية المغناطيسية تظهر قوة التنافر على كلا قطبي المغناطيس. تميل هذه المواد إلى معارضة التدفق المغناطيسي من خلالها وبالتالي يتم صدها بالقوة المغناطيسية. أمثلة: الكربون ، الذهب ، الفضة ، الماء ، إلخ.

متوازي المغنطيسية: المواد البارامغنطيسية تظهر خصائص المغنطة فقط عندما يتم تطبيق قوة مغناطيسية قوية عليها. تنجذب بشكل ضعيف إلى أي من قطبي المغناطيس. أمثلة: أكسجين ، ألومنيوم ، نحاس ، إلخ.

المغناطيسية الحديدية: المواد المغناطيسية ممغنطة بدرجة عالية المواد. لديهم العديد من الإلكترونات غير الزوجية التي تتراصف لتشكل مستعمرات من الشحنات وبالتالي تصبح جذابة للغاية. يمكنهم الاحتفاظ بمغناطيسهم وحتى أن يصبحوا مغناطيسًا. أمثلة: حديد ، نيكل ، كوبالت ، إلخ.

على أي عوامل تعتمد القوة المغناطيسية

تعتمد القوة المغناطيسية بشكل أساسي على حجم الشحنة وسرعة الجسيم المشحون والقوة المغناطيسية الخارجية. في المنطقة الكهرومغناطيسية ، توصف هذه القوة بقوة لورنتز ويتم تمثيلها على النحو التالي:

F = q (E + v * B)

[اللاتكس] F = q (E + v \ times B) [/ latex]

القوة بسبب المجال المغناطيسي يعطى كـ

F = qvB

[اللاتكس] F = q \ v \ times B [/ latex]

مقدار القوة المغناطيسية

F = qvB sin θ

[اللاتكس] F = qvB \ Sin (\ theta) [/ اللاتكس]

حيث θ يختلف من 0 إلى 1800 و <1800.

تم تحديد اتجاه القوة باستخدام قاعدة فليمنغ اليمنى وقاعدة قبضة اليد اليمنى كما هو موضح أدناه ،

قاعدة قبضة اليد اليمنى

قاعدة قبضة اليد اليمنى ، صورة الائتمان: الكهربائية 4 الدمى

يتم تخيل اليد اليمنى باعتبارها الموصل الحامل الحالي. يُرمز إلى اتجاه التيار بواسطة الإبهام وخطوط المجال تدور حول الموصل لتشكل دوائر متحدة المركز كما هو موضح في الشكل.

قاعدة فليمينغ اليمنى

القوة المغناطيسية
قاعدة فليمنغ اليمنى ، اعتمادات الصورة: الكهربائية 4 الدمى

في قاعدة اليد اليمنى لـ Fleming ، يُظهر الإبهام اتجاه القوة ، بينما يشير السبابة والإصبع الأوسط إلى اتجاه المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي على التوالي.

بالنسبة للموصل الحامل للتيار الموضوع في مجال مغناطيسي ، فإن القوة التي تتعرض لها وحدة طول المقطع العرضي للسلك تعطى على النحو التالي

F = qvB sin θ

لأن السرعة = المسافة / الوقت

السرعة = \ فارك {مسافة} {الوقت} [/ لاتكس]

ومن ثم ، يمكننا إعادة كتابة المعادلة أعلاه على النحو التالي:

F = أ / LTBsin θ

[اللاتكس] F = q \ frac {L} {t} \ B \ Sin (\ theta) [/ اللاتكس]

يتم تعريف التيار كرسوم لكل وحدة زمنية ويتم تحديده بواسطة I = q / t [latex] I = \ frac {q} {t} [/ latex].

[اللاتكس] \ لذلك \ F = B \ I \ L \ Sin (\ theta) [/ اللاتكس]

لذلك ، F = BILsin θ

اقرأ المزيد عن "ما الأشياء التي لها قوة مغناطيسية: حقائق شاملة عن كائنات مختلفة".

الأسئلة المتكررة

ما هي القوة المغناطيسية؟

تعتمد القوة المغناطيسية على غالبية ناقلات الشحنة واتجاه المجال والتيار.

القوة المغناطيسية هي في الأساس قوة الجذب والتنافر بين الجسيمات الموجبة والسالبة الشحنة.

ضع في اعتبارك سلكًا موضوعًا بين قطبي المغناطيس. إذا كان التيار المتدفق في سلك يساوي 15A ، فأوجد مقدار واتجاه القوة المؤثرة على طول 10 مم من نفس السلك إذا كان المجال المغناطيسي 0.2T.

لذلك يكون المجال المغناطيسي عموديًا على اتجاه التيار المتدفق في السلك

الخطيئة θ = 1

[اللاتكس] الخطيئة (\ ثيتا) = 1 [/ اللاتكس]

القوة المؤثرة على مقطع 10 مم من السلك هي

F = BIL = 0.2T * 15A * 0.01 م = 0.01 نيوتن

[اللاتكس] F = BIL = 0.2T \ times 15A \ times 0.01m = 0.01N [/ latex]

إذا كانت خطوط المجال المغناطيسي تسير باتجاه الشمال وكان تسارع الإلكترونات متعامدًا على اتجاه المجال ، فإن القوة تُبذل للخارج.

ما هي المواد المستخدمة لصنع مغناطيس حدوة حصان؟

مغناطيس حدوة الحصان عبارة عن مغناطيس على شكل حرف U وكلا القطبين في نفس الاتجاه مما يساعد على إنشاء مجال مغناطيسي قوي.

وهي مصنوعة من سبيكة AlNiCo من الحديد وقضيب حديدي متصل بقطبي المغناطيس لمنع إزالة المغناطيس. تم استخدام هذا سابقًا في أفران الميكروويف في أنبوب المغنطرون.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات