شدة المجال المغناطيسي

شدة المجال المغناطيسي (بالإنجليزية magnetic field strength) هي قوة المجال المغناطيسي الموزع في كل نقطة في المكان في اتجاه معين منتظم .^[1][2][3]يرمز لها بالرمز H . وهي ترتبط بخاصية المادة بالمعادلة :

${\displaystyle {\vec {B}}=\mu \cdot {\vec {H}}}$

حيث B كثافة الفيض المغناطيسي.

و ${\displaystyle \mu }$

هي نفاذية المادة للمجال المغناطيسي.

في حالة الفراغ أو الهواء يمكن وضع ${\displaystyle \mu }$ = 1 وبالتالي تصبح ${\displaystyle {\vec {B}}={\vec {H}}}$ في تلك الحالتين فقط، أما مع المواد الأخرى فيجب أخذ نفاذيتها للمجال المغناطيسي ${\displaystyle \mu }$ في الحسبان . فمثلا ${\displaystyle \mu }$ للحديد تكون كبيرة تصل إلى 10.000 أو أكثر بحسب نوع الحديد، هذا الرقم يعبر عن نفاذية الحديد للمغناطيسية بالنسبة إلى نفاذية الفراغ .

وحدة شدة المجال المغناطيسي هي أمبير/متر:

${\displaystyle \left[H\right]=\,{\mathrm {A} \over \mathrm {m} }}$

أشكال مختلفة للموصل

السلك المستقيم

تنشأ خطوط مجال (حقل) مغناطيسي حول سلك يمر فيه تيار كهربائي وتكون متساوية الشدة عبر طول السلك . فإذا كانت H هي شدة المجال المغناطيسي حول السلك وتبعد عن السلك المسافة r ، فتكون I شدة التيار المستمر في السلك، وتكون r نصف قطر دوائر الخطوط المغناطيسية حول السلك، وتبلغ شدة المجال المغناطيسي باعتبار مادة السلك منتظمة النفاذية المغناطيسية، تنطبق المعادلة :

${\displaystyle H={\frac {I}{2\pi \cdot r}}}$

مثال عددي

إذا كانت r المسافة إلى السلك تبلغ 5 سنتيمتر، ويمر في السلك تيار مستمر I مقداره 50 A ,فتكون شدة المجال المغناطيسي :

${\displaystyle H={\frac {I}{2\pi \cdot r}}={\frac {50\,\mathrm {A} }{2\pi \cdot 5\,\mathrm {cm} }}=159{,}15\,\mathrm {\frac {A}{m}} }$

تيار يمر في سلك حلقي

إذا كان السلك في شكل حلقة واحدة دائرية ونصف قطرها r ويمر فيها تيار I , فتبلغ شدة المجال المغناطيسي داخل الحلقة على مسافة x من مركز الحلقة:

${\displaystyle H={\frac {Ir^{2}}{2(x^{2}+r^{2})^{3/2}}}}$

لولب أسطواني

ملف اسطواني.

المجال المغناطيسي في لولب اسطواني (في مقطع ). لفات اللولب معلمة بالإشارة „ד (اتجاه التيار يدخل الصفحة) والعلامة „·“ (التيار يخرج من الصفحة) .

إذا كان طول اللولب l و قطره D و N عدد اللفات وكانت شدة التيار]] المارة في اللولب ت، فإننا نقيس شدة المجال المغناطيسي H طبقا للمعادلة:

${\displaystyle H={\frac {I\cdot N}{\sqrt {l^{2}+D^{2}}}}}$

فإذا كان اللولب طويلا بحيث يزيد طوله كثيرا عن قطره (في حالة اللولب القصير توجد معادلة تقريبية ) فيمكن تبسيط المعادلة اعلاه على الصورة:

${\displaystyle H={\frac {I\cdot N}{l}}={\frac {U_{m}}{l}}={\frac {\Theta }{l}}}$

يسمى حاصل الضرب I · N "عدد الأمبير واللفات " أو "الجهد المغناطيسي " U_m ، ويرمز له أحيانا بالرمز Θ.

عند طرفي الملف تكون قيمة H قيمتها عند وسط الملف، أما داخل الملف فتكون شدة المجال المغناطيسي H متساوية ومنتظمة وتقريبا لا تعتمد على البعد من المحور المركزي للملف . اختلافات شدة المجال المغناطيسي تظهر فقط عن طرفي الملف .

ملف هلمهولتز

لولب هلمهولتز

يتكون ملف هلمهولتز من لولبين في لكل منهما عدد N من لفات السلك والمسافة بينهما قصيرة، فتنشأ بين الملفين منطقة كبيرة يكون فيها شة المجال المغناطيسي تكاد تكون متساوية . لملف هلمهولتز تنطبق المعادلة:

${\displaystyle H={\frac {8\cdot I\cdot N}{{\sqrt {125}}\cdot R}}}$

العلاقة بين شدة المجال المغناطيسي وكثافة الفيض المغناطيسي

من المعادلات المادية للإلكتروديناميكا نجد العلاقة بين شدة المجال المغناطيسي H و كثافة الفيض المغناطيسي B ، وتكتب المعادلة في صيغة متجهات:

${\displaystyle {\vec {H}}={{\vec {B}} \over \mu }}$

حيث μ النفاذية المغناطيسية عند نقطة المشاهدة .

تنتج العلاقة

${\displaystyle \operatorname {rot} \ {\vec {H}}={\vec {J}}+{\frac {\partial {\vec {D}}}{\partial t}}}$

من معادلات ماكسويل . وتعبر J عن شدة التيار ، ويعطي الشق الثاني في المعادلة تغير تيار الإزاحة الكهربائية D . وفي حالة السكون حيث لا يحدث تغير مع الزمن يختفي الشق الثاني من حاصل الجمع، وينطبق :

${\displaystyle \operatorname {rot} \ {\vec {H}}={\vec {J}}}$

وهي تدل على أن خطوط المجال المغناطيسي تكون دورانية حول الموصل المستقيم.

اقرأ أيضا

• جهد (كهرباء)
• مغناطيسية
• موجة كهرومغناطيسية
• شدة المجال الكهربائي
• كهرومغناطيسية
• كثافة الفيض المغناطيسي

مراجع

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة الفيزياء
• موسوعة طاقة
• موسوعة كهرباء
• موسوعة كهرومغناطيسية