شدة المجال المغناطيسي

شدة المجال المغناطيسي Magnetic Field Strength
ذكرنا في البند الأول من هذا الفصل أن الإبرة المغناطيسية تنحرف عند وضعها بالقرب من سلك يحمل تياراً كهربائياً، والتيار كما عرفناه هو نتيجة لحركة شحنات كهربائية وان انحراف الإبرة المغناطيسية هو بسبب تأثرها بقوة المجال المغناطيسي الذي أنتجته هذه الشحنات الكهربائية المتحركة. وهكذا ساد الاعتقاد منذ ذلك الوقت على أن جميع الظواهر المغناطيسية تتولد من قوى تنتج من شحنات كهربائية متحركة، لذا وجدنا من الأفضل البحث في المجال المغناطيسي المتولد في الفضاء حول شحنة متحركة ثم في القوى التي يسلطها هذا المجال على شحنة أخرى تتحرك فيه.
أن أي شحنة متحركة تولد مجالاً مغناطيسياً في الفضاء المحيط بها إلى جانب المجال الكهربائي المحيط بها في حالتي الحركة والسكون. وهنا لابد من الإشارة إلى أن أي شحنة كهربائية سواء كانت ساكنة أم متحركة داخل مجال كهربائي سوف تتأثر به بينما يشترط أن تكون هذه الشحنة متحركة لكي تتأثر بالمجال المغناطيسي. كما أن المجال الكهربائي المتولد من الشحنات الكهربائية المتحركة أو من التيارات الكهربائية، غالباً ما يكون صغيراً بحيث يمكن إهمال القوة الكهربائية التي يسلطها هذا المجال على شحنة متحركة إذا ما قورنت بالقوة المغناطيسية المؤثرة على تلك الشحنة.
تتأثر المواد المغناطيسية وكذلك الشحنات الكهربائية المتحركة بقوة المجال المغناطيسي عند تواجدها في المجال المؤثر لمغناطيس. فإذا ما تحركت شحنة كهربائية خلال ذلك المجال لتأثرت بقوة جانبية بالإضافة إلى ما كان عليها من قوى سابقة (إلا إذا كانت الشحنة الكهربائية متحركة باستقامة المجال حيث مقدار القوة المؤثرة عليها صفراً) تحرفها عن اتجاه حركتها الأصلي.
أن هذه القوة التي تدعى بالقوة المغناطيسية تبلغ أقصى قيمة لها عندما تكون حركة الشحنة الكهربائية باتجاه عمودي على المجال، أي الحالة التي تكون بها سرعة الشحنة المتحركة تصنع زاوية مع المجال.
أما إذا كانت سرعة الشحنة ليست عمودية على اتجاه المجال وإنما تصنع زاوية مع المجال فعندئذ يكون مقدار القوة المغناطيسية يتناسب طردياً مع مركبة السرعة العمودية على المجال ومقدارها إضافة إلى مقدار الشحنة q كما في الشكل ( 11).












كما هو الحال في تعريف شدة المجال الكهربائي سوف نعطي تعريفاً لشدة المجال المغناطيسي B في أية نقطة بدلالة القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة متحركة في المجال وعلى النحو الآتي:

………(1)
ويمكن كتابة المعادلة (1) بجبر المتجهات على النحو الآتي:
………(2)
ومن خصائص هذه المعادلة أن القوة تكون دائماً عمودية على كل من و . ويمكن تحديد اتجاه القوة المغناطيسية باستعمال قاعدة اليد اليسرى الموضحة في الشكل (11)، حيث يشير الإبهام إلى اتجاه F أما الإصبع الوسطى فيشير إلى اتجاه حركة الشحنة أي السرعة فيما تشير السبابة إلى اتجاه المجال المغناطيسي B.
ويجب الانتباه إلى أن قاعدة اليد اليسرى تطبّق على الشحنات الموجبة، أما في حالة تطبيقها على الشحنات المتحركة السالبة فيتحتم عكس اتجاه القوة كما في الشكل (11). عند قياس F بالنيوتن و q بالكولوم وv بالمتر/ثانية تصبح وحدة B أو وهذا يساوي تسلا وفي نظام الوحدات cgs يقاس B بوحدة الكاوس حيث أن 1 تسلا تعادل 104 كاوس.


عيّنْ اتجاه انحراف الجسيمات المشحونة الداخلة إلى المجالات المغناطيسية كما تظهر في الحالات المبينة في الشكل ( 12) .
الحل:
باستعمال قاعدة الكف الأيسر ينحرف الجسيم موجب الشحنة في a باتجاه عمودي على المجال المغناطيسي نحو الأعلى. وفي b ينحرف الجسيم سالب الشحنة في اتجاه عمودي على المجال نحو القارئ، حيث يتم عكس اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة السالبة عند تطبيق قاعدة الكف الأيسر عليها. وفي c لايحصل انحراف وهذا واضح من تطبيق المعادلة حيث تساوي 180° وعليه فان F=0، أي أن الجسيم الموجب المقذوف إلى المجال لا يتأثر بقوة المجال لذا لا يعاني انحراف. وفي d ينحرف الجسيم الموجب الشحنة في اتجاه عمودي على المجال بعيداً عن القارئ.


















ما مقدار واتجاه القوة المؤثرة على إلكترون يتحرك بسرعة شاقولياً إلى الأعلى حال دخوله مجال مغناطيسي منتظم B=0.5T يؤثر باتجاه الغرب.
الحل :
من المعادلة (1) نجد أن مقدار القوة التي تؤثر على إلكترون هي :

واتجاه القوة نحو الشمال.