شدة المجال المغناطيسي

شدة المجال المغناطيسي (بالإنجليزية: magnetic field strenth) هي قوة المجال المغناطيسي الموزع في كل نقطة في المكان في اتجاه معين منتظم .يرمز لها بالرمز H . وهي ترتبط بخاصية المادة بالمعادلة :

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

حيث B كثافة الفيض المغناطيسي.

و $\mu$

هي نفاذية المادة للمجال المغناطيسي.

في حالة الفراغ أو الهواء يمكن وضع $\mu$ = 1 وبالتالي تصبح ${\vec {B}}={\vec {H}}$ في تلك الحالتين فقط ، أما مع المواد الأخرى فيجب أخذ نفاذيتها للمجال المغناطيسي $\mu$ في الحسبان . فمثلا $\mu$ 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:

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

أشكال مختلفة للموصل

السلك المستقيم

تنشأ خطوط مجال 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 :

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

مثال عددي:

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

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

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:

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

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 و كانت شدة التيار ]] المارة في اللولب ت, فإننا نقيس شدة المجال المغناطيسي H طبقا للمعادلة:

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

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

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

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 ل 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:

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

العلاقة بين شدة المجال المغناطيسي و كثافة الفيض المغناطيسي

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

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

حيث μ النفاذية المغناطيسية عند نقطة المشاهدة .

تنتج العلاقة

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

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 :

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

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