نبذة تعريفية عن “الكهرطيسية” وتطبيقاتها على الأجهزة

219 2 دقائق

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

تستخدم مكبرات الصوت وأجهزة التلفزيون والحواسب والمحركات الكهربائية المغناطيسات الكهربائية.

وعلى عكس القضبان المغناطيسية المستعملة في أجهزة التبريد تستخدم المغناطيسات الكهربائية الكهرباء من أجل توليد مجال مغناطيسي، إضافة إلى إمكانية تشغيلها وإيقافها في أي وقت.

أدرك العلماء في بداية تجاربهم المكثفة حول الكهرباء والمغناطيسية احتمال وجود علاقة بين هاتين الطاقتين. وكان الفيزيائي الدانماركي (هانس كريستيان أورستيد) أول من اكتشف هذه العلاقة.

كما اكتشف (أورستيد) عام 1820 عن طريق المصادفة أن السلك الذي يمر فيه تيار كهربائي يُمكن أن يحرف البوصلة عن الشمال المغناطيسي للأرض.

كما أدرك أن الكهرباء التي تسري في السلك تقوم بتوليد مجال مغناطيسي خاص بها وتعطل عمل البوصلة المجاورة للسلك الكهربائي.

وبعد ذلك بفترة قصيرة بيّن عالم الفيزياء الفرنسي (أندريه ماري أمبير) ( 1775 – 1836 ) بصورة واضحة ودقيقة كيف يولد التيار الكهربائي مجالاً مغناطيسياً ولخص نتائج عمله في معادلة تسمى " قانون أمبير ".

وعلى الرغم من أن هذه المعادلة وُضعت قبل 150 عاماً إلا أن العلماء والمهندسين ما زالوا يستخدمونها إلى الآن.

ثم قام عالم الفيزياء البريطاني (جيمس كلارك ماكسويل) ( 1831 – 1879 ) في وقت لاحق بالربط بين الكهرباء والمغناطيسية على شكل قوة واحدة أطلق عليها اسم الكهرطيسية أو المغناطيسية الكهربائية.

وتشرح أربع معادلات وضعها (ماكسويل) كيف تولد التيارات الكهربائية مجالات مغناطيسية .

وتفيد المعادلات الأربع أن الشحنات الكهربائية تنتج مجالات كهربائية وأن الأقطاب المغناطيسية تكون مزدوجة دائماً (شمالية وجنوبية)؛ وأن المجالات المغناطيسية المتغيرة أو المتحركة تُولّد تيارات كهربائية؛ وأن التغيرات التي تطرأ على التيارات الكهربائية تؤدي إلى تغيرات في المجالات المغناطيسية.

المغناطيسية الكهربائية (الكهرطيسية) في التطبيق العملي

أدت هذه التجارب المبكرة إلى ظهور تطبيقات عملية مهمة.

يستخدم المغناطيس الكهربائي في الوقت الحاضر في العديد من الأجهزة مثل مكبرات الصوت وآلات التسجيل والحواسب وفي واحد من أهم الأجهزة التي ظهرت في القرن العشرين، ألا وهو التلفزيون.

وربما استخدمت في بعض التجارب التي أجريتها في هذا الكتاب الأميتر لقياس شدة التيار. ويدخل المغناطيس الكهربائي أيضاً في هذا الجهاز .

ويطلق على أجهزة القياس التقليدية التي تحتوي على مؤشرات تتحرك عبر شاشة العرض أحياناً اسم مقاييس الملف المتحرك، وإذا تفحصت قاعدة المؤشر، حيث يتحرك في اتجاهات مختلفة، ستدرك سبب هذه التسمية.

ويرتبط مؤشر القياس بملف من أسلاك نحاسية موضوعة بين قطبي مغناطيس دائم. وعندما يمر تيار كهربائي عبر الملف يتحول إلى مغناطيس كهربائي.

ويؤدي المجال المغناطيسي الذي يولده المغناطيس الكهربائي إلى جذب المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم، ما يجعل الملف يدور.

وكلما زادت شدة التيار الكهربائي أصبحت القوة المطبقة على الملف أكبر، وزاد دورانه وزادت بالتالي حركة المؤشر.

ويمكنك في هذا النشاط استعمال مجال كهربائي لإنتاج مجال مغناطيسي عن طريق مغناطيس كهربائي من صنعك.

التلفزيون الكهرطيسي

إن الفضل في وجود جهاز التلفزيون يعود جزئياً إلى المغناطيسية الكهربائية (الكهرطيسية).

تُلتقط إشارة البث التلفزيوني عن طريق الهوائي ثم يجري تحويلها إلى تيار كهربائي، ويطلق هذا التيار حزمة إلكترونية من داخل قطعة معدنية ساخنة تسمى أنبوب الأشعة الكاثودية.

وبما أن الإلكترونات عبارة عن شحنات كهربائية متحركة فإنها تنتج مجالاً مغناطيسياً حولها.

وعندما تنتقل الإلكترونات من الكاثود الساخن إلى الشاشة، تمر بين مغناطيسات كهربائية قوية، ثم تقوم هذه المغناطيسات الكهربائية بدفع الحزم الإلكترونية إلى الشاشة.