شكل خطوط المجال المغناطيسي للتيار المستقيم
مقدمة
ينتج عن التيار الكهربائي المتدفق في موصل مجال مغناطيسي يتسرب إلى الفضاء المحيط بالموصل. ويتم تمثيل هذا المجال بخطوط المجال المغناطيسي، وهي خطوط وهمية تصف اتجاه وقوة المجال المغناطيسي في كل نقطة. وفي حالة التيار المستقيم، تتخذ خطوط المجال المغناطيسي شكلًا مميزًا يمكن تحديده باستخدام قاعدة اليد اليمنى.
قاعدة اليد اليمنى لخطوط المجال المغناطيسي
لإيجاد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي الناتجة عن تيار مستقيم، يمكن استخدام قاعدة اليد اليمنى على النحو التالي:
إذا كانت أصابع اليد اليمنى ملفوفة حول الموصل في اتجاه التيار، فإن إبهام اليد اليمنى سيشير في اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.
شكل خطوط المجال المغناطيسي للتيار المستقيم
1- بالقرب من الموصل
تكون خطوط المجال المغناطيسي بالقرب من الموصل دائرية الشكل وتكون متحدة المركز معه. وتكون خطوط المجال أكثر كثافة بالقرب من الموصل وتتباعد مع زيادة المسافة عن الموصل.
2- عند مسافة متوسطة من الموصل
مع زيادة المسافة عن الموصل، تتخذ خطوط المجال المغناطيسي شكلًا حلزونيًا. وتكون الخطوط الحلزونية أكثر إحكامًا بالقرب من الموصل وتتوسع مع زيادة المسافة.
3- بعيدًا عن الموصل
عند مسافة كبيرة من الموصل، تصبح خطوط المجال المغناطيسي متوازية تقريبًا. وتكون خطوط المجال متباعدة ومتساوية في الكثافة.
كثافة المجال المغناطيسي للتيار المستقيم
4- بالقرب من الموصل
باستخدام قانون بيو سافارت، يمكن إيجاد كثافة المجال المغناطيسي بالقرب من موصل التيار المستقيم على النحو التالي:
$ B = \frac\mu_0 I2\pi r $
حيث:
B هي كثافة المجال المغناطيسي
μ0 هي نفاذية الفراغ
I هو التيار في الموصل
r هي المسافة من الموصل
5- عند مسافة متوسطة من الموصل
لا توجد معادلة تحليلية دقيقة لوصف كثافة المجال المغناطيسي عند مسافة متوسطة من موصل التيار المستقيم. ومع ذلك، يمكن حساب الكثافة باستخدام الأساليب العددية.
6- بعيدًا عن الموصل
عند مسافة كبيرة من الموصل، تصبح كثافة المجال المغناطيسي متناسبة عكسياً مع مربع المسافة من الموصل:
$ B = \frac\mu_0 I4\pi r^2 $
7- تأثير التيار المتغير
عندما يتغير التيار في الموصل، يتغير المجال المغناطيسي أيضًا. ويتم إعطاء معدل تغير المجال المغناطيسي بقانون فاراداي للحث:
$ \varepsilon = – \fracd\Phi_Bdt $
حيث:
ε هي القوة الدافعة الكهربية المستحثة
ΦB هي التدفق المغناطيسي
التطبيقات
تستخدم خطوط المجال المغناطيسي للتيار المستقيم في العديد من التطبيقات، بما في ذلك:
المحركات الكهربائية
المولدات
المحولات
أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي
خاتمة
تُظهر خطوط المجال المغناطيسي للتيار المستقيم كيف يتوزع المجال المغناطيسي حول الموصل. وتكون خطوط المجال دائرية بالقرب من الموصل وتحزونية عند مسافة متوسطة وتصبح متوازية بعيدًا عن الموصل. ويمكن استخدام قاعدة اليد اليمنى لإيجاد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي، ويمكن حساب كثافة المجال المغناطيسي باستخدام قانون بيو سافارت. وتستخدم خطوط المجال المغناطيسي في العديد من التطبيقات العملية.