الامارات 7 - المغناطيس الكهربائي هو جهاز يتكون من مادة مغناطيسية محاطة بملف كهربائي يتدفق من خلاله تيار كهربائي، مما يجعل المادة المغناطيسية مغناطيسية. يُستخدم المغناطيس الكهربائي عندما نحتاج إلى مغناطيس يمكن التحكم فيه، مثل في التطبيقات التي تتطلب تغيير التدفق المغناطيسي أو عكسه أو تشغيله وإيقافه.
مبدأ العمل: عندما يمر تيار كهربائي في سلك مستقيم، يتكون حوله مجال مغناطيسي. يتم تحقيق ذلك عن طريق لف الأسلاك النحاسية حول قلب مغناطيسي (Magnetic core) في اتجاه معين. لزيادة كثافة المجال المغناطيسي، يجب إجراء لفات متعددة من الأسلاك النحاسية مع الحرص على عدم لف السلك في الاتجاه المعاكس، حيث سيؤدي ذلك إلى إلغاء تأثير اللف السابق.
تعمل الذرات داخل المادة المعدنية للقلب المغناطيسي كمغناطيس طبيعي، ولكنها تكون في اتجاه عشوائي، مما يلغي تأثير كل ذرة على الأخرى. عندما يتولد المجال المغناطيسي الناتج عن سريان التيار في الملفات، تتجه الذرات نحو محاذاة مع هذا المجال المغناطيسي.
يمكن إزالة تأثير المغناطيسية عن طريق قطع تدفق التيار، مما يجعل المغناطيس الكهربائي مثاليًا لتطبيقات مثل المولدات والمحركات الكهربائية، حيث يمكن تغيير أقطابه عن طريق عكس اتجاهات القطبين. يُحدد اتجاه المجال للمغناطيس الكهربائي باستخدام قاعدة اليد اليمنى، حيث تتجه أصابع اليد في اتجاه التيار بينما يشير الإبهام نحو الشمال.
مكونات المغناطيس الكهربائي: تتكون العناصر الأساسية للمغناطيس الكهربائي من السلك ومصدر الطاقة، الذي قد يكون تيارًا مترددًا أو تيارًا مباشرًا. تعتمد قوة المجال المغناطيسي على عدة عوامل، مثل قيمة التيار وعدد لفات السلك ونوع المادة المستخدمة، حيث إن المغناطيسات الكهربائية المصنوعة من الموصلات الفائقة تتمتع بقوة كافية لرفع قطارات الماجليف المستخدمة في بعض أجزاء أوروبا وآسيا.
تطبيقات المغناطيس الكهربائي:
الأجهزة المنزلية: تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في العديد من الأجهزة المنزلية مثل المراوح الكهربائية، وأجراس الأبواب، والأقفال المغناطيسية. فعلى سبيل المثال، تعمل المروحة الكهربائية بفضل الحث الكهرومغناطيسي، بينما تُنشط القوى الكهرومغناطيسية جرس الباب عند الضغط على الزر.
المجال الطبي: تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في أجهزة مثل جهاز الرنين المغناطيسي، الذي يمسح التفاصيل الدقيقة في جسم الإنسان.
أجهزة تخزين الذاكرة وأجهزة الكمبيوتر: تُخزن البيانات في الأجهزة الإلكترونية مثل الكتب الإلكترونية والهواتف بطريقة كهرومغناطيسية، كما تحتوي أجهزة الكمبيوتر على شرائط مغناطيسية تعمل بمبدأ الكهرومغناطيسية.
أجهزة الاتصال ودوائر الطاقة: تعتمد الهواتف المحمولة على المغناطيسات الكهربائية لتسهيل نقل الإشارات، مما يسهل الاتصال عبر مسافات طويلة.
الفرق بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس العادي: يعمل المغناطيس الكهربائي بنفس الطريقة التي يعمل بها المغناطيس العادي، حيث يمتلك قطبين شمالي وجنوبي ويتبع نفس القوانين المغناطيسية. لكن على عكس المغناطيسات العادية، فإن المجال المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي غير دائم، ويتلاشى عند قطع التيار الكهربائي. كما يمكن عكس أقطاب المغناطيس الكهربائي، وهي ميزة لا تتوفر في المغناطيس العادي.
مبدأ العمل: عندما يمر تيار كهربائي في سلك مستقيم، يتكون حوله مجال مغناطيسي. يتم تحقيق ذلك عن طريق لف الأسلاك النحاسية حول قلب مغناطيسي (Magnetic core) في اتجاه معين. لزيادة كثافة المجال المغناطيسي، يجب إجراء لفات متعددة من الأسلاك النحاسية مع الحرص على عدم لف السلك في الاتجاه المعاكس، حيث سيؤدي ذلك إلى إلغاء تأثير اللف السابق.
تعمل الذرات داخل المادة المعدنية للقلب المغناطيسي كمغناطيس طبيعي، ولكنها تكون في اتجاه عشوائي، مما يلغي تأثير كل ذرة على الأخرى. عندما يتولد المجال المغناطيسي الناتج عن سريان التيار في الملفات، تتجه الذرات نحو محاذاة مع هذا المجال المغناطيسي.
يمكن إزالة تأثير المغناطيسية عن طريق قطع تدفق التيار، مما يجعل المغناطيس الكهربائي مثاليًا لتطبيقات مثل المولدات والمحركات الكهربائية، حيث يمكن تغيير أقطابه عن طريق عكس اتجاهات القطبين. يُحدد اتجاه المجال للمغناطيس الكهربائي باستخدام قاعدة اليد اليمنى، حيث تتجه أصابع اليد في اتجاه التيار بينما يشير الإبهام نحو الشمال.
مكونات المغناطيس الكهربائي: تتكون العناصر الأساسية للمغناطيس الكهربائي من السلك ومصدر الطاقة، الذي قد يكون تيارًا مترددًا أو تيارًا مباشرًا. تعتمد قوة المجال المغناطيسي على عدة عوامل، مثل قيمة التيار وعدد لفات السلك ونوع المادة المستخدمة، حيث إن المغناطيسات الكهربائية المصنوعة من الموصلات الفائقة تتمتع بقوة كافية لرفع قطارات الماجليف المستخدمة في بعض أجزاء أوروبا وآسيا.
تطبيقات المغناطيس الكهربائي:
الأجهزة المنزلية: تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في العديد من الأجهزة المنزلية مثل المراوح الكهربائية، وأجراس الأبواب، والأقفال المغناطيسية. فعلى سبيل المثال، تعمل المروحة الكهربائية بفضل الحث الكهرومغناطيسي، بينما تُنشط القوى الكهرومغناطيسية جرس الباب عند الضغط على الزر.
المجال الطبي: تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في أجهزة مثل جهاز الرنين المغناطيسي، الذي يمسح التفاصيل الدقيقة في جسم الإنسان.
أجهزة تخزين الذاكرة وأجهزة الكمبيوتر: تُخزن البيانات في الأجهزة الإلكترونية مثل الكتب الإلكترونية والهواتف بطريقة كهرومغناطيسية، كما تحتوي أجهزة الكمبيوتر على شرائط مغناطيسية تعمل بمبدأ الكهرومغناطيسية.
أجهزة الاتصال ودوائر الطاقة: تعتمد الهواتف المحمولة على المغناطيسات الكهربائية لتسهيل نقل الإشارات، مما يسهل الاتصال عبر مسافات طويلة.
الفرق بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس العادي: يعمل المغناطيس الكهربائي بنفس الطريقة التي يعمل بها المغناطيس العادي، حيث يمتلك قطبين شمالي وجنوبي ويتبع نفس القوانين المغناطيسية. لكن على عكس المغناطيسات العادية، فإن المجال المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي غير دائم، ويتلاشى عند قطع التيار الكهربائي. كما يمكن عكس أقطاب المغناطيس الكهربائي، وهي ميزة لا تتوفر في المغناطيس العادي.