نشاط عملي يوضح طريقة توليد مجال مغناطيسي

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

طريقة توليد مجال مغناطيسي مجال مغناطيسي الفيزياء

الأهداف :

1- توليد مجال مغناطيسي.

2– استخدام بوصلة لتحديد أبعاد المجال المغناطيسي الذي قمت بتوليده.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– لوح خشبي أو كرتوني (ورق مقوى)

– سلك قاس مستقيم طوله حوالي 4 بوصات (10 سم) أو مشبك أوراق مقوّم

– زوج من أسلاك التوصيل مع ملقط مسنن في نهايتهما

– بطارية 6 فولتات

– بوصلة

– أقلام مختلفة من الألوان

 

خطوات العمل:

1- قم بثني السلك القاسي أو مشبك الورق المستقيم لتشكل منه حرف V .

2- الصق السلك على اللوح الخشبي بحيث يكون طرفا الشكل V بارزين إلى الأعلى .

3- علق أحد طرفي الوصلتين بنهايتي السلك.

4- علق الطرفين الآخرين من سلكي التوصيل بقطبي البطارية.

5– ضع بوصلتك على طرف لوح الكرتون، ثم حركها ببطء نحو السلك،  استخدم قلم رصاص لرسم أسهم على اللوح أثناء تحريكك البوصلة بحيث تحدد اتجاه إبرة البوصلة في نقاط مختلفة.

6- اعكس الآن توصيل البطارية، ثم ضع البوصلة في المكان السابق نفسه. استخدم ألواناً مختلفة كي ترسم أسهم تشير إلى الاتجاهات التي تظهر على البوصلة في كل نقطة .

 

بإمكانك أن تجعل هذا النشاط أكثر دقة باستخدام مسطرة نقيس بها المسافة التي تظهرها القراءات المختلفة على البوصلة وبعدها عن السلك (انظر الصورة في الأسفل).

ومن خلال القياسات تستطيع التحديد بدقة مدى ابتعاد المجال المغناطيسي عن سلك كل بطارية.

إذا توافر لديك أميتر،  تستطيع أيضاً استخدام بوصلتك لتحديد شدة المجال المغناطيسي.

 

قم أولاً بوصل البطارية  بالسلك، كما فعلت من قبل، ثم حرك البوصلة على اللوح بعيداً عن السلك إلى أن تفقد  إبرة البوصلة تأثرها بالتيار الكهربائي .

قس المسافة المستقيمة على اللوح من الإبرة إلى البوصلة ، ثم دوّن القراءة التي تظهر والتي تبيّن شدة التيار.

قم الآن بوصل بطارية ثانية، وكرر الخطوات السابقة، ثم دوّن المسافة الجديدة وشدة التيار. كرر التجربة باستخدام ثلاث وأربع بطاريات 1.5 فولت .

 

حاول أن تضع رسماً بيانياً للتيار (على خط عمودي) والمسافة (على خط أفقي). ماذا تُبيّن النتائج التي توصلت إليها؟

إذا كان لديك قضيب مغناطيسي وبعض البوصلات، استخدمها كي توضح شدة المجال المغناطيسي. ضع البوصلات على شكل قوس حول المغناطيس، كما هو مبيّن في الشكل أعلاه.

حرك كل بوصلة بعيداً عن المغناطيس إلى أن تشير إلى الشمال المغناطيسي، ثم حركها مرة أخرى نحو المغناطيس إلى أن تتحرك الإبرة. وبهذا تستطيع أن ترسم حدود المجال المغناطيسي.

 

تحليل النشاط:

يؤدي مرور التيار الكهربائي في الأسلاك إلى نشوء مجال مغناطيسي، وتكون خطوط القوة المغناطيسية  محيطة بالأسلاك على شكل دوائر متحدة المركز (والمقصود بذلك دوائر متمركزة على السلك نفسه) بما يشبه تقريباً الموجات المتمركزة التي تنشأ إذا رميت حجراً في بحيرة راكدة.

ويتوقف اتجاه المجال المغناطيسي على اتجاه التيار (انظر الشكل إلى اليسار). فلو تخيلت تدوير أداة نزع سدادات الفلين (أو برغي) باتجاه التيار.

فإن خطوط القوة المغناطيسية تدور في الاتجاه الذي تدور فيه يدك (من الشمال إلى الجنوب) ، وإذا كان التيار يسري داخل اللوح، فإن المجال المغناطيسي ينبغي أن يدور باتجاه عقارب الساعة.

 

وإذا عكست التيار عن طريق تغيير التوصيل بالبطاريات، فإن خطوط المجال المغناطيسي ستدور بعكس عقارب الساعة.

ولقد أثبتت تجربة (أورستد) أن المغناطيسية هي عبارة عن كهرباء. والحقيقة هي أن القوة المغناطيسية تنشأ عندما تتحرك الشحنات الكهربائية، تماماً كما تتولد نتيجة حركة المجالات المغناطيسية.

لذلك فإن القوتين الكهربائية والمغناطيسية جزء من قوة واحدة هي الكهرباء المغناطيسية (أو الكهرطيسية).

 

لقد كان المجال المغناطيسي في ذروته عندما كان قريباً من السلك. ثم خفّت شدته كلما ابتعدت عن السلك.

وإذا رفعت من شدة التيار الكهربائي بإضافة المزيد من البطاريات لوجدت أن المجال المغناطيسي موجود على مسافة أكثر بعداً عن السلك.

 

لماذا لم أتمكن  من تحديد أي مجال مغناطيسي حول السلك؟

قد يعود السبب إلى أن قوة المجال المغناطيسي المحيط بالسلك لم تكن كافية كي تجذب إبرة البوصلــة، تستطيع زيادة قوة هذا المجال عن طريق استخدام بطاريات إضافية.

وتأكد من عدم وجود مصادر للطاقة  الكهربائية أو المغناطيسية قرب المكان الذي تجري فيه التجربة.

 

اكتشاف الكهرباء المغناطيسية

إن أول من قام بالتجربة التي تُبيّن أن المغناطيسية يمكن أن تنشأ عن طريق الكهرباء هو عالم الفيزياء الدانماركي (هانس كريستيان أروستيد) ( 1777 – 1851 ).

وأوصل ذلك الاكتشاف الذي حدث على يد (أورستيد) عام 1820 إلى مفهوم جديد يفيد أن الكهرباء والمغناطيسية جزءان من شيء واحد (أو وجهان لعملة واحدة).

ويُطلق على نظريته الآن بالمغناطيسية الكهربائية أو الكهرطيسية. وقد جرى تطويرها من جانب العالمين الأنكليزيين (مايك فاراداي) ( 1791 – 1867 ) و (جيمس كلارك ماكسويل) ( 1831 – 1879).

 

لغز السلحفاة الكبير

تقطع السلاحف البحرية خلال موسم تكاثرها آلاف الأميال كي تضع بيوضها في المكان ذاته الذي تكاثرت فيه.

وظل العلماء يتساءلون لفترة طويلة عن سرّ وصول السلاحف إلى المكان ذاته الذي تكاثرت فيه رغم الامتداد الهائل للمحيطات ، بل إن السلاحف لا تخطئ أبداً في الوصول إلى الجزيرة ذاتها، حيث تنتقل عبر المحيط بخط مستقيم .

ويـعتقد علماء بيولوجيا البحار أن السلاحف تبحر عن طريق الاستعانة بالمجال المغناطيسي للأرض، كما يُعتقد أن العديد من الحيوانات الأخرى، مثل النحل والحمام والحيتان والدلافين، تستخدم المجال المغناطيسي للأرض في التماس طريقها.

 

ولقد وجد العلماء قطعاً صغيرة من الحديد المغناطيسي (المغنتيت) داخل دماع تلك الحيوانات، حيث تعمل هذه الجسيمات المغناطيسية وكأنها إبر في بوصلات صغيرة  تساعد هذه المخلوقات على اتباع المجال المغناطيسي للأرض.

ويميل بعض العلماء إلى الاعتقاد بأن البشر يستطيعون أيضاً استشعار مغناطيسية الأرض. ويستطيع الكثير من الناس أن يحددوا موقع القطب الشمالي أو الجنوبي بشكل صحيح، وهم معصوبو العينين وبعد تغيير اتجاههم بالدوران حول أنفسهم.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]