تخطيط المجال المغناطيسي

لقد صكت معظم مصطلحات المغناطيسية منذ عدة قرون على أيدي أولئك الذي بادروا يبحث سلوك المغناطيسات. وكانت المغناطيسات الأولى مجرد قطع من الصخور الحاملة للحديد واطلق عليها عندئذ حجر المغناطيس. ونعرف الآن أن الحديد واحد من مواد قليلة لها خاصية القدرة على التمغنط بشكل دائم. وهذه المواد التي تمش النيكل والكوبالت تسمى مواد فيرومغناطيسية  (كلمة "فيروم" اللاتينية معناها "حديد").

تتوجه قطع برادة الحديد بواسطة المجالات المغناطيسية لمغناطيس على هيئة قضيب أو حذوة حصان مشكلة بهذا أنماط المجالات.

وقد عرف من قديم الزمن أن قطعاً مستطيلة من حجر المغناطيس يمكن ان تعلق بواسطة خيط ، ويستخدم كبوصلة بدائية يستعان بها في تحديد اتجاه يناظر الشمال الجغرافي ، وكما يحدث بالنسبة لإبرة البوصلة المغناطيسية في عصرنا الحالي ، فإن حجر المغناطيس يتوجه بحيث يصطف طوله مع المجال المغناطيسي للأرض وقد أطلق على طرفي المغناطيس المصنوع من حجر المغناطيس الأقطاب المغناطيسية ، فصار القطب الذي يشير تقريباً نحو القطب الشمال الجغرافي للمغناطيس. وقد احتفظنا إلى يومنا هذا بهذه التسميات عند الإشارة إلى خواص القضبان المغناطيسية وإبرة البوصلة.

وقد أوضحت الدراسات التالية للمغناطيسية أن القطبين المتشابهين ( القطبين الشماليين أو القطبين الجنوبيين ) يتنافران مع بعضها البعض بينما يتجاذب القطبان المختلفان. و يذكرنا هذا المسلك بما يحدث في حالة نوعي الشحنة الكهربية ، وقد دقع هذا العلماء إلى محاولة العثور على " شحنات " مغناطيسية أو أقطاب أحادية. على إننا إذا حاولنا أن نفصل قطبي مغناطيس وذلك بكسر المغناطيس أو أقطاب أحادية. على إننا إذا حاولنا ان نفصل قطبي مغناطيس وذلك بكسر المغناطيس إلى نصفين ، فإن جهودنا ستبوء بالفشل ، لن المغناطيس المكسور سيصبح مغناطيس جديدين ولكل منهما قطب شمال وآخر جنوبي .

وتحدث أشياء مثيرة للاهتمام بالقرب من المغناطيسات ، فقطع  الحديد غير الممغنطة كالمسامير او برادة الحديد تنجذب إلى كلا القطبين. أما إبرة البوصلة فهي تنحرف إذا اقترب منها قضيب مغناطيسي. والسلك الذي يمر خلالها تيار كهربي يتجاذب او يتنافر مع المغناطيسات ، وتيارات الجسيمات المشحونة يمكن حرفها بواسطة المغناطيسات ، ومن المناسب تفسير كل هذه الظواهر بدلالة ما نطلق عليه المجال المغناطيسي للمغناطيس.

وكما هي العادة دائماً ، سنبدأ بتعريف المجال ، وإن كان ذلك اختيارياً ، بدلالة خاصية قابلة للقياس. وفي هذه الحالة فإننا نعرف اتجاه المجال المغناطيسي عند أية نقطة بأنه الاتجاه الذي تأخذه إبرة البوصلة إذا وضعت في تلك النقطة. افترض ، مثلاً، إننا نود تخطيط اتجاه المجال المغناطيسي بجوار قضيب مغناطيسي. ويمكننا عمل ذلك إذا وضعنا عدداً كبيراً من إبرة البوصلة الدقيقة الحجم عند نقط متعددة حول المغناطيس وملاحظة اتجاهها. وسوف نعتبر تأثير الإبر على بعضها البعض مهملاً إذا قرون بتأثير القضيب المغناطيسي على كل منها.

وإذا كان الطرف المحدد برأس السهم في إبرة بوصلة هو القطب الشمالي فإنه لابد أن يتنافر مع القطب الشمالي للمغناطيس ، ومن ثم فإبرة البوصلة الموضوعة بالقرب من القطب الشمالي لمغناطيس تشير بعيداً عنه. وبالمثل فإن الإبرة الموضوعة بالقرب من القطب الجنوبي تشير نحوه لأن الأقطاب المختلفة تتجاذب. ولكي نخطط المجال المغناطيسي فإننا نرسم سلسلة من الخطوط حول المغناطيس بحيث تكون الأسهم المرسومة على تلك الخطوط في الاتجاه الذي تشير إليه إبرة البوصلة. وهذه الخطوط التي يطلق عليها خطوط المجال المغناطيسي ، ترى موضحة بالشكل 1)) لثلاثة مغناطيسات ذات أشكال مختلفة. ومثلما دلت إبر البوصلات التي عرفتها فإن:

تتجه خطوط المجال المغناطيسي كما لو كانت خارجة من القطب الشمالي للمغناطيس وداخلة إلى القطب الجنوبي.

وتوضح المخططات كالتي ترى في الشكل 1)) ليس اتجاه المجال فحسب وإنما شدته أيضاً. وكما كان الحال مع المجال الكهربي فإن خطوط المجال المغناطيسي تكون اكثر تكدساً حيث يكون المجال أشد ما يمكن.