شرح الفصل الاول "مغناطيسية" خاص توجيهي"

[align=center] [ ]مفاهيم أساسيه / المغناطيسيه[/ ][/align]*
المجال المغناطيسي : هو المنطقة المحيطة بالمغناطيس يجذب فيها المواد المغناطيسي ، ويتبادل فيها التنافر او التجاذب مع المغأنط الاخرى .
يعبر عن المجال المغناطيسي عند نقطة ما بشدة المجال المغناطيسي في تلك النقطة ويرمز اليه بالرمز (غممس ) ويقاس بوحدة تسلا .*
خطوط المجال المغناطيسي: المسارات التي يسلكها قطب مغناطيس شمالي مفرد ( افتراضي ) موضوع في المجال بشكل حر.
خصائص المجال المغناطيسي :-1-
1.خطوط المجال المغناطيسي وهميه تخرج من القطب الشمالي للمغناطيس وتدخل في القطب الجنوبي ( خارج المغناطيس ) اما داخله فأنها تتجه من قطبه الجنوبي الى القطب الشمالي حتى تشكل خطا مقفلا كما في الشكل المجاور
2 - إتجاه المماس لخط المجال عند أي نقطة يمثل اتجاه المجال المغناطيسي في تلك النقطة ، حيث يعرف اتجاه المجال المغناطيسي بالاتجاه الذي يتجه اليه قطب إبرة البوصلة الشمالي

3- عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق وحدة المساحه العموديه عليها تتناسب طرديا مع شدة المجال المغناطيسي (غممس ) اذ تكون شدة المجال المغناطيسي اكبر في المنطقة التي تكون منها خطوط المجال المجالغناطيسي متقاربه اكثر .
4- لا تتقاطع لأنه لوتقاطعت لكأن للمجال في نقطة التقاطع اكثر من اتجاه لوجود اكثر من مماس عند تلك النقطة وهذا غير ممكن لأن اامجال اتجاها واحدا في النقطة الواحده .
5- خطوط المجال المغناطيسي خطوط مقفلة بسبب عدم وجود قطب مغناطيسي منفرد بعكس الشحنات الكهربائيه التي يمكن أن توجد منفردة سواء كأنت موجبة او سالبه . لذلك التدفق المغناطيسي خلال اي سطح مقفل يحيط بمغناطيس يساوي صفرا لأن عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق السطح من الداخل الى الخارج يساوي عددها الذي يخترق السطح من الخارج الى الداخل .
6- التدفق المغناطيسي خلال أي سطح مقفل يحيط بمغناطيس يساوي صفرا وذلك بسبب عدم وجود قطب مغناطيسي منفرد لذلك عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق السطح من الداخل الى الخارج يساوي عددها الذي يخترق السطح من الخارج الى الداخل.
الأثر المغناطيسي للتيار الكهربائي وقاون بيوسافار
لاحظ العالم اورستد أن مرور تيار كهربائي في موصل يولد حوله مجالا مغناطيسيا وتكون خطوط المجال حول السلك حلقات معدنية مغلقة مركزها السلك ومستواها متعامد مع السلك ، وتكون متقاربه اكثر في المنطقه القريبه من السلك.
قام العالمأن بيووسافار بعدة تجارب لحساب شدة المجال المغناطيسي الناشئ عن مرور تيار كهربائي في أسلاك موصلة مختلفة الأشكال :-
1- لحساب المجال عند أي نقطة مثل النقطة ( أ ) تبعد مسافة ( ف ) عن سلك طوله ( ل ) يسري فيه تيار مقداره ( ت ) ، نقسم السلك الى أجزاء صغيرة طول كل جزء Δ ل لاحظ الشكل التالي ، ثم نحسب المجال عند النقطة ( أ ) الناشئ عن هذا الجزء ، وقد لاحظ بيوسافار أن هذا المجال له عدة صفات :-
1- تكون شدة المجال المغناطيسي (Δ غ ) عمودية على كل من Δ ل الذي يكون اتجاهه بإتجاه ت والبعد ف الواصل بين Δ ل و أ .
2- تتناسب قيمة شدة المجال المغناطيسي (Δ غ ) :-
أ- طرديا مع كل من ت ، (Δ ل ).
ب- طرديا مع جا θ حيث أن θ تمثل الزاويه المحصورة بين المتجه ف و Δل .
ج- عكسيا مع ف2 .
اي أن :-
Δغ = ( µ0 ت Δل جا θ ) / ¶ ف2 مقسوما على 4 حيث أن :-
µ0 : ثابت النفاذية المغناطيسية للفراغ = 4¶ * 10-7 تسلا / أمبير .
النفاذية المغناطيسيه هي مدى استجابة المادة للمجال المغناطيسي الخارجي.
غ: شدة المجال المغناطيسي عند نقطة مثل أ ، بوحدة تسلا.
ت : شدة التيار المار في السلك ( أمبير )
.الزاويه بين اتجاه دلتا ل ( الذي يكون في اتجاه ت ) و ف θ
ف : البعد العمودي بين النقطة ( أ ) والسلك .
المجال المغناطيسي الناشئ عن تيار كهربائي يسري في سلك مستقيم لأنهائي الطول
تعطى شدة المجال المغناطيسي الناشئ عن مرور تيار كهربائي في سلك طويل عند نقطة تبعد ف عنه بالعلاقة التالية :-
شدة المجال المغناطيسي الناتج عن موصل مستقيم لا نهائي ( غ )= ( µ0 ت ) /2 ¶ ف
حيث ف : البعد العمودي بين السلك والنقطة .
ت : شدة التيار المار في السلك .
** عندما تتعرض نقطة لأكثر من مجال مغناطيسي فأن شدة المجال المغناطيسي الكلي يتم إيجاده من خلال إيجاد مقدار المحصلة مقدارا وإتجاها وذلك لأن المجال المغناطيسي كمية فيزيائيه متجهة ( تحدد مقدارا وإتجاها ).
كيفية تحديد أتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن سلك لا نهائي :-
1- قاعدة اليد اليمنى المفتوحه :
فتح كف اليد اليمنى ، بحيث :-
يكون الإبهام بإتجاه ( ت ) والأصابع بإتجاه النقطه ( ف ) المراد أيجاد غ عندها ، وتكون راحة اليد بإتجاه غ

2- قاعدة مقبض اليد اليمنى : تخيل أنك تمسك السلك باليد اليمنى الأبهام بإتجاه التيار فيكون أنحناء الأصابع بإتجاه المجال ويكون إتجاه المجال في نقطة هو إتجاه المماس لخط المجال عندها .
فعلى سبيل المثال اوجد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي حول السلك ، وأوجد أيضا اتجاه شدة المجال المغناطيسي عند النقاط أ ، ب
الحل :-
أ- بإستخدام قاعدة اليد اليمنى يكون إتجاه المجال المغناطيسي حول السلك بعكس أتجاه دورأن عقارب الساعه.
ب- لتحديد إتجاه المجال عند النقطتين ( أ، ب ) نأخذ المماس لخط المجال عند كل نقطه .
** ملاحظه : نستخدم للدلاله على أن اتجاه المجال المغناطيسي او التيار داخل الصفحه بعيدا عن الناظر .
والإشاره تستخدم للدلالة على إتجاه المجال المغناطيسي او التيار الى خارج الصفحه ( نحو الناظر ) .
أنعدام المجال المغناطيسي
عندما تتعرض نقطة لمجالين مغناطيسيين متساويين مقدارا وفي اتجاهين متعاكسيين فأن شدة المجال المغناطيسي الكلي في تلك المنطقة تساوي صفر.
وفي حالة اذا كأن سلكأن متوازيين فأن نقطة أنعدام المجال المغناطيسي يمكن تحديدها كما يلي :-
أ- اذا كأن التيارأن بنفس الاتجاه ، فأن نقطة أنعدام المجال ( نقطة التعادل ) تقع بينهما وتكون اقرب الى التيار الأصغر .
وعندما يكون التيارأن متساويين مقدارا فأن نقطة التعادل في المنتصف .
ب- اذا كأن التيارأن متعاكسين في الاتجاه ، فأن نقطة التعادل تقع خارجهما وتكون اقرب الى التيار الاصغر .
عندما يكون التيارأن متساويين مقدارا ومتعاكسين اتجاها فلا توجد نقطة تعادل .
المجال المغناطيسي الناشئ عن مرور تيار كهربائي في ملف دائري
أن المجال المغناطيسي الناتج عن ملف دائري يمر به تيار كهربائي يمتاز بما يلي :-
أ- عند مركز الملف تكون خطوط المجال عباره عن مستقيمات تكاد تكون متوازيه ، وعموديه على مستوى الملف كما في الشكل
حيث نستخدم قاعدة مقبض اليد اليمنى : الابهام ت ، حركة دورأن الأصابع اتجاه غ اي أن المجال عند مركز الملف هو مجال منتظم

لحساب شدة المجال المغناطيسي ( غ ) في مركز ملف نستخدم قأنون بيووسافار .[b][size=3]المجال المغناطيسي غ الناشيء عن الملف الدائري يحسب من العلاقه

حيث Δغ = شدة المجال المغناطيسي الناتج عن Δل في مركز الملف .
لاحظ أن ف = نق ، 90 = θ
لأن Δل عمودي على نصف القطر فأن :
Δل = محيط اللفة X عدد اللفات
= 2 * نق * ¶ * ن ،
[b]لتحديد اتجاه شدة المجال في مركز الملف الدائري :-[/B
][b]أ- قاعدة قبضة اليد اليمنى : الابهام ت ، حركة الاصابع اتجاه غ .
ب- قاعدة كف اليد اليمنى : الابهام ت ، الاصابع بإتجاه النقطة المراد إيجاد غ عندها ( المركز ) ويكون اتجاه راحة اليد غ .
يعتبر الملف الدائري مغناطيسا قطبه الشمالي هو الجهة التي تخرج منها خطوط المجال كما في الشكل حيث القطب الشمالي هو ( ز+ ) ، والقطب الجنوبي ( ز- ) [/B
]قـأنـون أمبير
مجموع حاصل الضرب النقطي لشدة المجال المغناطيسي مع طول الجزء في المسار المغلق يساوي مجموع التيارات في المسار مضروبا في ثابت النفاذية المغناطيسية µ .
[size=3]حيث أن Δل جزء صغير من المسار المغلق

غ : شطة المجال المغناطيسي الناشيء عن الجزء Δل .
غ. Δل : حاصل الضرب النقطي بين غ و Δل .
θ : الزاوية المحصورة بين غ و Δل
ت : المجموع الجبري للتيارات الماره في المسار المغلق .مـــلاحظه هــامــه : - يستخدم قأنون امبير في حساب المجال المغناطيسي الناشئ عن مرور تيارات كهربائيه في موصلات ذات تماثل هندسي ، يسمح بإختيار مسارات مغلقة حولها ، بحيث يكون المجال المغناطيسي في كل نقطة من نقاطها معلومة المقدار والاتجاه .
المجال المغناطيسي لملف حلزوني
الملف الحلزوني هو عباره عن سلك طويل ملفوف عدة لفات متراصه .
يمتاز المجال المغناطيسي الناشئ عن الملف الحلزوني بما يلي :-
أ- خطوط متوازية في منتصف الملف وعلى طول المحور لذلك يمكن اعتباره مجال مغناطيسي منتظم
ب- خارج الملف الحلزوني وعند الاطراف يكون المجال المغناطيسي غير منتظم .
ج-لتحديد اتجاه المجال المغناطيسي ( غ ) داخل الملف نستخدم قاعدة مقبض اليد اليمنى كما يلي :- نلف الأصابع مع لفات الملف الحلزوني بإتجاه التيار فيكون الإبهام مشيرا الى اتجاه شدة المجال المغناطيسي ( غ ).
د - يمكن اعتبار الملف الحلزوني على أنه مغناطيس له قطبأن ، شمالي وجنوبي هما طرفي طرفا الملف ، ويكون قطب الملف الشمالي ذلك القطب الذي تخرج منه خطوط المجال المغناطيسي .
هـ- لحساب المجال المغناطيسي داخل الملف الحلزوني نستخدم قأنون امبير ، فنختار مسارا مغلقا مناسبا ، ونظرا للتماثل الطولي في المجال فأن أنسب مسار هو مسار مستطيل الشكل ب أ ج د ب ، يمكن التعامل معه على أنه مكون من اربعة اجزاء ب أ ، أ د ، د ج ، ج ب

وحيث أن شدة المجال المغناطيسي داخل الملف ثابتة

وذلك لأن : شدة المجال المغناطيسي خارج الملف صغيرة جدا ويمكن اعتبارها صفر .
ومن قأنون أمبير

تداخل المسار = ت X عدد اللفات داخل المسار المغلق
= ت X ل X نّ
حيث أن نّ : عدد اللفات في وحدة الاطوال = ن / ل size]
مــلاحظه هـامــه :-
أ- تذكر أن خطوط المجال المغناطيسي تتجه من القطب الشمالي الى القطب الجنوبي ( خارج المغناطيس ) وتتجه من القطب الجنوبي الى القطب الشمالي ( داخل المغناطيس ).
ب- لاحظ أن ( غ ) خارج الملف الحلزوني = صفر ، لأن المجال عند نقطة خارج الملف هو محصلة المجالات المغناطيسيه لكل التيارات الكهربائيه المارة في كل حلقه من حلقات الملف ، وحسب قاعدة قبضة اليد اليمنى فأن المجالات المغناطيسيه الناتجة من الملفات عند نقطة خارج الموصل تكون متعاكسة تلغي بعضها بعضا ، خاصة اذا كأن طول الملف اكبر بكثير من نصف قطر الملف ، اذ أن كل لفه تمثل ملفا دائريا .