المجال المغناطيسي والمغناطيس الكهربائي

ينشأ المجال المغناطيسي (magnetic field) بالأصل نتيجة لحركة الشحنات الكهربية، ونحن نعلم أنّ جميع الشحنات في المادّة تتحرك مما يولّد مجالاً مغناطيسياً يكون في العادة صغيراً جداً وليس له تأثير في الواقع العملي إلاّ في بعض المواد المغناطيسية والتي تتراكم فيها هذه المجالات الصغيرة بحيث تشكل مجالاً كبيراً في أي قطعة كبيرة من المادة والتي تسمى عندئذٍ بالمغناطيس، وهذا يحدث فقط في بعض المواد التي تسمى بالمواد المغناطيسية. وأما في المواد غير المغناطيسية فإنّ المجالات المغناطيسية الصغيرة للشحنات التي تحوي عليها هذه المواد تكون عادة متعاكسة مع بعضها البعض ويلغي بعضها البعض فلا يكون لها أي تأثير خارجي، كما هو حال معظم المواد في الطبيعة كالغازات والسوائل ومعظم المعادن كالألمنيوم والنحاس، في حين إنّ المواد المغناطيسية قليلة جداً كالحديد والنيكل.

وعلى الرغم من أنّ الحديد مثلاً هو مادّة مغناطيسية إلا أنه لا يملك حقلاً مغناطيسياً واضحاً في جميع الحالات، ولكنه دائماً يتأثر بالقوة المغناطيسية التي تنشأ مثلاً من مغناطيس مجاور. والسبب في ذلك هو أنّ المجالات المغناطيسية الصغيرة التي تنشأ عن ذرات الحديد، أو عن مجموعة منها، قد تكون أيضاً متعاكسة ومتنافرة بحيث يكون مجموعها يساوي الصفر، ولكن حين نقرّب منها مغناطيساً قوياً بما فيه الكفاية فإنّ المجالات المغناطيسية لهذه الذرات تغير اتجاهها بحيث تنتظم مع جهة المجال المغطيسي الخارجي الذي يؤثر عليها. فبعد أن تنتظم هذه الذرات في اتجاه واحد يكون المجال المغناطيسي الناتج عن مجموع المجالات المغناطيسية الصغيرة لكل ذرة كبيراً وواضحاً، فيكون لدينا في النهاية مغناطيسان الأول هو الذي قربناه من قطعة الحديد والثاني هو قطعة الحديد نفسها بعد أن انتظمت ذراتها بجهة المجال المغناطيسي الذي أثر عليها.

وفي الحالات العادية فإنّ هذا الترتيب للذرات في القطعة الحديدية التي نقرب منها المغناطيس يكون مؤقتاً ومشروطاً بوجودها تحت تأثير هذا المجال الخارجي، وأمّا إذا أردنا أن يبقى هذا الترتيب دائماً فيجب أن نخضعها لمجال مغناطيسي كبير جداً مما يجعل هذا الترتيب دائماً وتصبح بالتالي هي نفسها مغاطيساً دائماً.

والمجال المغناطيس له جهتان هما جهة الشمال وجهة الجنوب، وعند تقريب مغناطيسن من بعضهما البعض فإنّ كل جهة تحاول أن تجذب الجهة المعاكسة، فالشمال يتجاذب مع الجنوب ويتنافر مع الشمال، والعكس كذلك صحيح، فالجنوب يتجاذب مع الشمال ويتنافر مع الجنوب.

وكذلك هناك خطوط قوة للمجال المغناطيسي ويمكن ملاحظتها بسهول بواسطة رش برادة الحديد على قطعة ورقية موضوعة فوق المغناطيس فنلاحظ أنّ البرادة تترتب في خطوط كما هو في الشكل التالي:

الكهرومغناطيسية

وبما أنّ المجال المغناطيسي ينشأ عن حركة الشحنات فإنّه يكون دائماً مترافقاً مع المجال الكهربائي (electric field) لهذه الشحنات التي تتحرّك، وبالمجموع يسمى المجال أو الحقل الكهرومغناطيسي (electromagnetic field). والقوة الكهرومغناطيسية هي واحدة من بين أربع قوي أساسية في الطبيعة بالإضافة إلى القوة النووية القوية المسؤولة عن ترابط نواة الذرة, والقوة النووية الضعيفة التي تؤثر بين الجسيمات الأولية، والقوة الجاذبية.

المغناطيس الكهربائي

وبما أنّ المجال المغناطيس ينشأ عن حركة الشحنات، فإنّه من السهل الحصول على مجال مغناطيسي كبير عن طريق التيار الكهربائي الذي هو عبارة عن تدفق الإلكترونات في الأسلاك الناقلة للتيار. فللحصول على مغناطيس كهربائي يكفي أن نصنع ملفاً كهربائياً من عدة لفات لزيادة التأثير المغنطيسي. ويُمكن زيادة المجال المغنطيسي الذي ينتجه الملف بوضع مادة مغنطيسية، كقضيب حديدي أو مسمار، داخل الملفات. ويتسبب التيار المار خلال الملف في تحول الحديد إلى مغنطيس مؤقت يدوم بدوام مرور التيار الكهربائي في السلك. فعندما يمر تيار كهربائي في السلك فإنه يتولد عنه مجال مغناطيسي حول السلك، وعند لف السلك حول قطعة من الحديد، تتمغنط هذه القطعة، بحيث تصبح مغناطيسًا كهربائياً مؤقتاً.

هذا ويجب الانتباه إلى أنّ السلك يجب أن يكون معزولاً حتى لا تتلامس اللفات مع بعضها البعض أو مع المسمار الحديدي الناقل للتيار الكهربائي.

وعادة ما يستخدم تجار الحديد الخردة مغنطيسات كهربية ضخمة لالتقاط السيارات القديمة، وعند فصل التيار الكهربي عن المغنطيس فإنه يفقد قوته ويمكن إسقاط السيارة في مكان آخر.

وعلى الرغم من أنّ الحديد مثلاً هو مادّة مغناطيسية إلا أنه لا يملك حقلاً مغناطيسياً واضحاً في جميع الحالات، ولكنه دائماً يتأثر بالقوة المغناطيسية التي تنشأ مثلاً من مغناطيس مجاور. والسبب في ذلك هو أنّ المجالات المغناطيسية الصغيرة التي تنشأ عن ذرات الحديد، أو عن مجموعة منها، قد تكون أيضاً متعاكسة ومتنافرة بحيث يكون مجموعها يساوي الصفر، ولكن حين نقرّب منها مغناطيساً قوياً بما فيه الكفاية فإنّ المجالات المغناطيسية لهذه الذرات تغير اتجاهها بحيث تنتظم مع جهة المجال المغطيسي الخارجي الذي يؤثر عليها. فبعد أن تنتظم هذه الذرات في اتجاه واحد يكون المجال المغناطيسي الناتج عن مجموع المجالات المغناطيسية الصغيرة لكل ذرة كبيراً وواضحاً، فيكون لدينا في النهاية مغناطيسان الأول هو الذي قربناه من قطعة الحديد والثاني هو قطعة الحديد نفسها بعد أن انتظمت ذراتها بجهة المجال المغناطيسي الذي أثر عليها.

وفي الحالات العادية فإنّ هذا الترتيب للذرات في القطعة الحديدية التي نقرب منها المغناطيس يكون مؤقتاً ومشروطاً بوجودها تحت تأثير هذا المجال الخارجي، وأمّا إذا أردنا أن يبقى هذا الترتيب دائماً فيجب أن نخضعها لمجال مغناطيسي كبير جداً مما يجعل هذا الترتيب دائماً وتصبح بالتالي هي نفسها مغاطيساً دائماً.

والمجال المغناطيس له جهتان هما جهة الشمال وجهة الجنوب، وعند تقريب مغناطيسن من بعضهما البعض فإنّ كل جهة تحاول أن تجذب الجهة المعاكسة، فالشمال يتجاذب مع الجنوب ويتنافر مع الشمال، والعكس كذلك صحيح، فالجنوب يتجاذب مع الشمال ويتنافر مع الجنوب.

وكذلك هناك خطوط قوة للمجال المغناطيسي ويمكن ملاحظتها بسهول بواسطة رش برادة الحديد على قطعة ورقية موضوعة فوق المغناطيس فنلاحظ أنّ البرادة تترتب في خطوط كما هو في الشكل التالي:

الكهرومغناطيسية

وبما أنّ المجال المغناطيسي ينشأ عن حركة الشحنات فإنّه يكون دائماً مترافقاً مع المجال الكهربائي (electric field) لهذه الشحنات التي تتحرّك، وبالمجموع يسمى المجال أو الحقل الكهرومغناطيسي (electromagnetic field). والقوة الكهرومغناطيسية هي واحدة من بين أربع قوي أساسية في الطبيعة بالإضافة إلى القوة النووية القوية المسؤولة عن ترابط نواة الذرة, والقوة النووية الضعيفة التي تؤثر بين الجسيمات الأولية، والقوة الجاذبية.

المغناطيس الكهربائي

وبما أنّ المجال المغناطيس ينشأ عن حركة الشحنات، فإنّه من السهل الحصول على مجال مغناطيسي كبير عن طريق التيار الكهربائي الذي هو عبارة عن تدفق الإلكترونات في الأسلاك الناقلة للتيار. فللحصول على مغناطيس كهربائي يكفي أن نصنع ملفاً كهربائياً من عدة لفات لزيادة التأثير المغنطيسي. ويُمكن زيادة المجال المغنطيسي الذي ينتجه الملف بوضع مادة مغنطيسية، كقضيب حديدي أو مسمار، داخل الملفات. ويتسبب التيار المار خلال الملف في تحول الحديد إلى مغنطيس مؤقت يدوم بدوام مرور التيار الكهربائي في السلك. فعندما يمر تيار كهربائي في السلك فإنه يتولد عنه مجال مغناطيسي حول السلك، وعند لف السلك حول قطعة من الحديد، تتمغنط هذه القطعة، بحيث تصبح مغناطيسًا كهربائياً مؤقتاً.

هذا ويجب الانتباه إلى أنّ السلك يجب أن يكون معزولاً حتى لا تتلامس اللفات مع بعضها البعض أو مع المسمار الحديدي الناقل للتيار الكهربائي.

وعادة ما يستخدم تجار الحديد الخردة مغنطيسات كهربية ضخمة لالتقاط السيارات القديمة، وعند فصل التيار الكهربي عن المغنطيس فإنه يفقد قوته ويمكن إسقاط السيارة في مكان آخر.