تجارب عن المغناطيس الكهربائي ومعلومات عنه،يعتبر مصطلح المغناطيس الكهربائي من أهم المصطلحات في العلوم الفيزيائية والكيميائية، حيث يستخدم في العديد من مجالات الحياة المختلفة دون معرفة ما يدور حوله. يعود أصل المغناطيس الكهربائي إلى العصور القديمة، وتحديداً إلى العصر اليوناني والصيني.
- كان الفيزيائي هانز كريستيان أوستد أول من اكتشف المغناطيس الكهربائي في عام 1820.
- لاحظ العالم أوستيد وجود علاقة وثيقة بين الظواهر الكونية والظواهر المغناطيسية.
- استنتج من ذلك بملاحظة انحراف الإبرة المغناطيسية بالبوصة إذا مر تيار كهربائي في سلك بالقرب منها.
- المغناطيس الكهربائي هو نوع من المغناطيس يتشكل عندما يتدفق تيار كهربائي عبر ملف.
- تتكون معظم الأجسام المغناطيسية من سلك ملفوف حول معدن مصنوع من الحديد أو الفولاذ.
- يمكن التحكم في المغناطيسات الكهربائية عن طريق إغلاق وفتح الدائرة الكهربائية التي يتشكل المغناطيس من خلالها.
- يعتمد المغناطيس الكهربائي على وجود تيار كهربائي لإنتاج مجال مغناطيسي لا يمكن رؤيته بالعين المجردة.
- تجذب المغناطيسات الكهربائية المواد المصنوعة من معادن معينة.
- يقطع المواد من الفولاذ أو الحديد أو النيكل أو الكوبالت.
- لا يمكن للمغناطيسات الكهربائية جذب المواد البلاستيكية أو الخشبية، بل تنفرها.
- وكذلك معادن أخرى وهي الفضة والذهب والنحاس والبلاتين.
الكهرومغناطيسية
في الفقرة السابقة تعاملنا مع المعلومات الخاصة بالمغناطيس الكهربائي واستمرنا في السرد من خلال تحديد سبب تسمية المغناطيس بهذا الاسم، حيث يعود السبب الحقيقي وراء الاسم إلى العصور القديمة. تم العثور على أول حجر مغناطيسي في منطقة تسمى Magnesia تقع في قارة آسيا، بجانب الراعي المسمى Magnes، أثناء سيره على طول الطريق، لاحظ التصاق عصاه المعدنية بالحجارة على سطح الأرض، حيث وكذلك المسامير التي من خلالها تم لصق حذائه على الصخور السوداء.
فيما يلي التعريف الكامل للمغناطيس الكهربائي على النحو التالي
- يُعرف المغناطيس في العلوم الفيزيائية بأنه المعدن الذي يجذب الحديد تجاهه، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا حوله.
- يتم إنشاء مجال مغناطيسي من خلال مرور كمية منتظمة من التيار الكهربائي عبر ملف، ويتم فقدان المجال في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
- يتأثر المجال المغناطيسي بكمية التيار الكهربائي الذي يمر عبر الملف ويعتمد أيضًا على عدد لفات الملف.
- مع زيادة شدة التيار الكهربائي المتدفق من خلاله، تزداد شدة المجال المغناطيسي المتولد، مما يؤدي إلى زيادة القوة الجذابة للمواد.
- تؤثر المسافة بين الأشياء والمغناطيس أيضًا على القوة المغناطيسية التي تجذبها.
- كلما زاد عدد الأشياء الموضوعة على مسافات صغيرة من المغناطيس، زادت قوة الجذب.
- تستخدم المغناطيسات الكهربائية على نطاق واسع في توليد الكهرباء.
أنواع المغناطيس الكهربائي
يُعرّف المغناطيس الكهربائي بأنه الحديد الذي يصبح مغناطيسًا كهربائيًا، حيث تتم عملية التحويل عن طريق لف الحديد بملفات أو أسلاك موصلة للكهرباء ثم تمرير كمية من التيار الكهربائي عبر تلك الأسلاك. يمكن تصنيف المغناطيس الكهربائي إلى ثلاثة أنواع (مغناطيس مقاوم، قيادة مغناطيسية فائقة، مغناطيس هجين).
مغناطيس مقاوم
- يستخدم هذا النوع من المغناطيس أسلاكًا مصنوعة من معدن النحاس.
- الأسلاك ملفوفة حول قطعة من الحديد. لإنتاج مجال مغناطيسي.
- الغرض من استخدام الحديد المعدني هو زيادة القوة الناتجة عن المجال المغناطيسي.
مغناطيس فائق التوصيل
- يعتبر هذا النوع من المغناطيس الكهربائي نوعًا من الموصلات الفائقة.
- كما يتميز الكابل المستخدم فيه بكفاءة عالية في نقل التيار الكهربائي.
- نتيجة لشدة التيار الكهربائي الذي يمر عبر توليد مجال مغناطيسي بكميات كبيرة.
- الأسلاك المستخدمة مصنوعة من سبيكة من معدن النيوبيوم ومعدن التيتانيوم.
مغناطيس هجين
- إنه مزيج من الخصائص المغناطيسية لمغناطيس مقاوم ومغناطيس فائق التوصيل.
- تتحد للحصول على أعلى شدة للمجال الكهربائي.
تجربة المغناطيس الكهربائي
يعتمد المغناطيس الكهربائي على الكهرباء ولن يكتمل تاريخه بدون تمرير التيار الكهربائي عبر الأسلاك. لفهم العلاقة بين المغناطيس والكهرباء، يمكن تشكيل المجال بإجراء تجربة علمية من خلالها يعمل المغناطيس. وهذه هي مكونات التجربة والخطوات على النحو التالي
- مكونات التجربة
(مفتاح، قطعة حديد أو مسمار، سلك نحاسي، سلك معزول، بطارية كهربائية)
- خطوات التجربة
يتم لف السلك المعزول حول القطعة الحديدية على شكل حلقات دائرية قريبة من بعضها البعض، ثم نقوم بتوصيل نهاية السلك بالبطارية بالقطب الموجب بواسطة السلك النحاسي، ويتم توصيل الطرف الآخر من السلك بـ المفتاح الكهربائي عبر أسلاك التوصيل النحاسية، ثم يتم توصيل نهاية المفتاح بالقطب السالب للبطارية ؛ لإكمال الدائرة الكهربائية.
- اختتام التجربة
يتم إنشاء مجال مغناطيسي من خلال مرور التيار الكهربائي في الدائرة، حيث يتم الاستدلال عليه من خلال قرب القطع المعدنية من قطعة الحديد لملاحظة جاذبيتها تجاهها والتصاقها بها. أثناء مروره عبر الملف، تزداد قوة المجال الكهربائي، بالإضافة إلى زيادة عدد دورات الملف، يزداد تركيز المجال المغناطيسي.
المجال المغناطيسي الناجم عن التيار الكهربائي
لقد تعلمنا من خلال التجارب السابقة أن مجالًا مغناطيسيًا يتولد عندما يمر تيار كهربائي عبر ملف، ولكن ما هو الاتجاه الصحيح لهذا المجال؟ وشكله؟ وما هي العوامل التي تعتمد عليها؟ فيما يلي إجابات لجميع الأسئلة أدناه
- يتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق مرور التيار الكهربائي عبر ملف على شكل دوائر متحدة المركز.
- مركز الدوائر المكونة هو السلك ومستوى الدوائر عمودي على السلك.
- أظهر البحث إمكانية تحديد اتجاه المجال المغناطيسي من خلال تطبيق قاعدة اليد اليمنى.
- يمكننا تحديد الاتجاه من خلال إمساك السلك باليد اليمنى، بحيث يشير الإبهام في اتجاه التيار بينما تشير الأصابع الأخرى إلى اتجاه المجال المغناطيسي.
- يعتمد المجال المتولد على مقدار التيار الكهربائي الذي يمر.
- بالإضافة إلى عدد المنعطفات والمسافة من نقطة إنشاء الحقل من الكابل.
استخدامات المغناطيس الكهربائي
يتم استخدام المغناطيس الكهربائي في العديد من المجالات والصناعات المختلفة، بما في ذلك المجالات الطبية والصناعية وغيرها. لقد تم استخدامه على نطاق واسع منذ أن استكشفته الشعوب. من خلاله، تمكنوا من تحديد المسار من خلال تحديد الاتجاهات الصحيحة.
– رفع الأثقال بالحديد الثقيل
- تستخدم في مكبات النفايات ومناطق المعدات الثقيلة.
- يتم إرفاق أوزان حديدية أو فولاذية بها لنقلها من مكان إلى آخر.
صناعة السيارات
- المحركات الكهربائية مصنوعة من مغناطيس كهربائي.
- بالإضافة إلى أنه يساهم في تكوين أجراس كهربائية.
- كل من الدينامو والملفات اللولبية المستخدمة في العمليات الكهربائية مصنوعة من مغناطيس كهربائي.
المجالات الطبية
- تستخدم المغناطيسات الكهربائية في التصوير بالرنين المغناطيسي.
- يستخدم الجهاز لرؤية الأعضاء الداخلية للجسم بدقة أكبر من الأشعة السينية.
هياكل القطار
- يعمل المغناطيس على تثبيت هياكل القطار، حيث يعتمد القطار في حركته على التيار الكهربائي والمغناطيس.
الأجهزة الإلكترونية
- يستخدم في صناعة مكبرات الصوت التي تستخدم في المساجد.
- بالإضافة إلى تصنيع الميكروفون المستخدم في قاعات الاحتفالات والندوات الكبيرة.
الرنين المغناطيسي
- باستخدام خاصية الرنين المغناطيسي في العلوم الكيميائية، يمكن التعرف على المركبات الاصطناعية من المركبات الأخرى.