كيف تصنع مجال كهرومغناطيسي
مفهوم المجال الكهرومغناطيسي
ببعض الخطوات البسيطة يمكنك أن تتعلم كيف تصنع مجال كهرومغناطيسي من مصادرها المختلفة سواء المصادر الطبيعية أو المصادر الاصطناعية، ويمكن التميير بين مجموعة المجالات الثلاثة الكهربائية والمغناطيسية والكهرومغناطيسية، سواء كانت ثابتة أو متغيرة في الوقت المناسب، حيث أنّ
الفرق بين الموجات الكهرومغناطيسية والميكانيكية
هو أنّ لكل منها خصائص فيزيائية وتنتج تفاعلات محددة مع الكائنات الحية النباتية، أو الحيوانية والبشرية.
في الفيزياء يمكن تعريف المجال كمجال تأثير، فمثلًا هناك مجال جاذبية الأرض وهي المنطقة التي تجذب فيها الأرض الأجسام، ومنها تدرك
كيف تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء
، أمّا في المجالات الكهرومغناطيسية وهي المناطق التي يمكننا فيها التقاط التلفزيون البث وإشارات الهاتف المحمول على سبيل المثال تعمل الجاذبية بين جسمين لهما كتلة، في حين أنّ المجال الكهربائي
يعمل على شحنات كهربائية موجبة أو سالبة فإنّ الشحنة الكهربائية أساس خاصية المادة إلى جانب الكتلة، وهذه التفاعلات ترجع إلى القوى التي تتناسب شدتها مع كتلة الأشياء أو مع قيمة الشحنات الكهربائية، والتي تتناقص مع مربع المسافة التي يفصل بينهما ويلغي كل منهما الآخر إلى ما لا نهاية.
طريقة صنع مجال كهرومغناطيسي
كان اكتشاف أنّ الكهرباء والمغناطيسية مجرد مظاهر مختلفة لنفس الظاهرة تتويجًا لإنجازات الفيزياء الكلاسيكية في القرن التاسع عشر.
ويعرف العلماء الآن أن المجال المحيط بمغناطيس دائم هو نفس المجال المحيط بسلك يتدفق من خلاله تيار كهربائي، وكلاهما أمثلة على المجالات الكهرومغناطيسية.
كما ويمكنك إثبات ذلك بنفسك عن طريق إنشاء مغناطيس كهربائي بسيط ومراقبة
سلوك الموجات
وتأثيرها على الأجسام المعدنية الصغيرة مثل المسامير أو برادة الحديد.
وستكون قادرًا على مقارنة المجال المستحث كهربائيًا بنفسك بالمغناطيس، فقط تأكد من أنّ المغناطيس الكهربائي الخاص بك لا يعمل لفترة طويلة بدون المقاوم وهو جهاز يقلل من تدفق التيار، والذي ستتصل به في دائرتك أو قد يكون ساخنًا جدًا بحيث لا يمكن التعامل معه.
خطوات عمل مجال كهرومغناطيسي
هناك عدة
طرق توليد الموجات الكهرومغناطيسية
، ومنها ما يأتي: طرق
-
لف سلكًا نحاسيًا رفيعًا ومعزولًا حول مسمار أو مسمار حديدي متوسط الحجم، واصنع أكبر عدد ممكن من الالتواءات.
ولا ينبغي أن يكون السلك رقيقًا جدًا، أو قد يسخن عند تمرير تيار من خلاله، لكن لا ينبغي أن يكون سميكًا جدًا أيضًا، أو لن تتمكن من إجراء العديد من الدورات في الملف. - قم بفك أطراف السلك بسكين وشريط أحد طرفيها على أي من طرفي بطارية ديسيل، باستخدام شريط كهربائي، وتأكد من وجود اتصال جيد.
- رش بعض برادة الحديد على طاولة وضع المسمار فوقها، ثم المس الطرف الآخر من السلك بطرف البطارية الآخر، وراقب ما يحدث للبطاقات، ثم افصل الاتصال لمنع السلك من السخونة الزائدة.
- ضع قضيبًا مغناطيسيًا دائمًا بعيدًا بما يكفي عن الظفر لمنع الانجذاب أو التنافر، ثم المس السلك بطرف البطارية، وشاهد ما يحدث للمغناطيس.
-
قم بتوصيل السلك الفضفاض بمقاوم صغير في حدود 30 أوم وقم بتوصيل المقاوم بطرف البطارية بطول آخر من السلك بنفس المقياس.
حيث يقلل المقاوم من تدفق التيار في السلك ويزيل احتمالية ارتفاع درجة الحرارة، لذا يمكنك الآن ترك السلك متصلاً.
لاحظ النمط الذي تم إنشاؤه بواسطة برادة الحديد عند وضع المغناطيس الكهربائي عليها. -
ثم قم بإزالة المغناطيس الكهربائي واستبدله بمغناطيس القضيب وقارن الأنماط، وهنا يجب أن تبدو متشابهة تقريبًا، على الرغم من أنّ أحدهما قد ينتشر أكثر أو أقل من الآخر، اعتمادًا على القوة النسبية للمغناطيس.
وهذا يؤكد أنّ الحقول التي ينتجها المغناطيس والمغناطيس الكهربائي متطابقة، وكلاهما مجالان كهرومغناطيسي. - أمسك قضيب المغناطيس بالقرب من المغناطيس الكهربائي لتشعر بجاذبية، ومن ثمّ اقلب المغناطيس بحيث تكون الأقطاب في اتجاهين متعاكسين وتشعر بالتنافر، وهذا يؤكد أنّ كلا الحقلين لهما قطب شمالي وجنوبي. [2]
عزل الموجات الكهرومغناطيسية
الظواهر الكهرومغناطيسية موجودة في كل مكان من بطارية هاتفك الخلوي إلى الأقمار الصناعية التي ترسل البيانات إلى الأرض، يمكنك وصف سلوك الكهرباء من خلال المجالات الكهرومغناطيسية، وهي مناطق حول الأشياء التي تمارس قوى كهربائية ومغناطيسية، وكلاهما جزء من نفس القوة الكهرومغناطيسية.
نظرًا لوجود القوة الكهرومغناطيسية في العديد من التطبيقات في الحياة اليومية، يمكنك حتى بناء واحدة باستخدام بطارية وأشياء أخرى مثل الأسلاك النحاسية أو المسامير المعدنية الموجودة حول منزلك لإثبات هذه الظواهر في الفيزياء لنفسك.
يتطلب معرفة
كيف يمكن توليد الموجات الكهرومغناطيسية
وبناء مولد المجال الكهرومغناطيسي ملفًا لولبيًا من الأسلاك النحاسية سواء على شكل حلزوني أو لولبي، وجسم معدني مثل مسمار حديدي، وسلك عازل ومصدر جهد مثل بطارية أو أقطاب كهربائية لتنبعث منها تيارات كهربائية.
يمكنك اختياريًا استخدام مشابك ورقية معدنية أو بوصلة لمراقبة تأثير المولد إذا كان الجسم المعدني مغناطيسيًا حديديًا مثل الحديد، وهي مادة يمكن مغنطتها بسهولة، فستكون أكثر فاعلية بكثير، ويكون ذلك من خلال اتباع الخطوات التالية:
- ضع المواد على سطح غير موصل مثل الخشب أو الخرسانة.
- لف السلك النحاسي بإحكام قدر الإمكان حول الجسم المعدني حتى يتم تغطيته بالكامل، وكلما زاد عدد الملفات، كلما كان المولد الميداني أقوى.
- قص السلك النحاسي بحيث توجد أجزاء صغيرة منه من الرأس ونهايات الجسم المعدني.
- قم بتوصيل أحد طرفي قطعة من السلك المعزول بالنحاس البارز من رأس الجسم المعدني،ومن ثم قم بتوصيل الطرف الآخر من السلك المعزول بأحد طرفي مصدر الجهد على مصدر الطاقة المتغير.
- بعد ذلك قم بتوصيل أحد طرفي السلك المعزول بالمصدر الموجود على مصدر الطاقة المتغير.
- ضع بعض المشابك الورقية بالقرب من الجسم المعدني أثناء وضعه على السطح.
- اضبط قرص مزود الطاقة المتغير على 0 فولت.
- قم بتوصيل مصدر الطاقة وتشغيله.
- أدر قرص الجهد لأعلى ببطء وشاهد دبابيس الورق، وسوف تلاحظ التفاعل مع المجال المغناطيسي من الجسم المعدني بمجرد أن يكون قويًا بدرجة كافية من مولد الظفر.
- استخدم بوصلة في المنتصف لملاحظة اتجاه المجال الكهرومغناطيسي، بحيث يجب أن تتماشى إبرة البوصلة مع محور الملف عندما يتدفق التيار.
قوة المجال الكهرومغناطيسي
تصف
خصائص الموجات الكهرومغناطيسية
وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة كيفية نشوء مجال كهرومغناطيسي ناتج عن تدفق التيار الكهربائي.
عندما يتدفق تيار كهربائي عبر سلك، يزداد المجال المغناطيسي مع ملفات السلك، ويتيح ذلك تدفق المزيد من التيار عبر مسافة أصغر أو في مسارات أصغر أقرب إلى الظفر المعدني، وعندما يتدفق التيار عبر سلك، يكون المجال الكهرومغناطيسي دائريًا حول السلك.
عندما يتدفق التيار عبر السلك، فإنه ينتج حقلاً، وتحدد
انواع الموجات
اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام قاعدة اليد اليمنى.
وتعني هذه القاعدة أنه إذا وضعت إبهامك الأيمن في اتجاه تيار السلك، فإن أصابعك ستلتف في اتجاه المجال المغناطيسي، ويمكن أن تساعدك هذه القواعد العامة على تذكر اتجاه هذه الظواهر.
عندما ينتقل التيار في شكل ملف لولبي حول مسمار معدني، يتولد مجال مغناطيسي داخل الظفر، تنطبق قاعدة اليد اليمنى أيضًا على شكل الملف اللولبي للتيار حول الجسم المعدني، وعندما ينتقل التيار في حلقات حول السلك، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا في الظفر المعدني أو أي جسم آخر.
يؤدي هذا إلى إنشاء مغناطيس كهربائي يتداخل مع اتجاه البوصلة ويمكن أن يجذب مشابك الورق المعدنية إليه، ويعمل هذا النوع من باعث المجال الكهرومغناطيسي بشكل مختلف عن المغناطيس الدائم.
على عكس المغناطيس الدائم، تحتاج المغناطيسات الكهربائية إلى تيار كهربائي من خلالها لإعطاء مجال مغناطيسي لاستخداماتها، ويسمح هذا للعلماء والمهندسين وغيرهم من المهنيين باستخدامها لمجموعة واسعة من التطبيقات والتحكم فيها بشكل كبير. [3]