زمان مطالعه: ۵ دقیقه

با سلام و احترام خدمت شما مخاطبین عزیز وبلاگ بین جو (Binjo)، در این مقاله قصد داریم تا به مبحث میدان مغناطیسی از کتاب فیزیک یازدهم (۲) بپردازیم. میدان مغناطیسی موضوعی مشترک برای هر دو رشته ریاضی و فیزیک و علوم تجربی است. لازم به ذکر است که این مقاله برای دانش آموزان پایه هشتم در درس علوم تجربی هشتم نیز مناسب است.

قبل از مطالعه این مقاله پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مقاله زیر داشته باشید.

میدان مغناطیسی

مطابق با شکل زیر، یک پیچ آهنی را نزدیک یکی از قطب های آهنربا می‌کنیم. مشاهده می‌شود که این پیچ به سمت آهنربا حرکت کرده و جذب آن می‌شود.

قطب های آهنربا
جذب پیچ آهنی به آهنربا

این کار را دوباره برای قطب دیگر آهنربا تکرار می‌کنیم. در این حالت نیز دوباره مشاهده خواهیم کرد که پیچ جذب آهنربا می‌شود.

میدان مغناطیسی
جذب پیچ آهنی به آهنربا

در مقاله (خطوط میدان الکتریکی – فیزیک ۲) دیدیم که اجسام باردار در فضای اطراف خود خاصیتی ایجاد می‌کنند که اگر یک بار الکتریکی در آن فضا قرار گیرد، بر آن نیرو وارد می‌شود. این خاصیت را میدان الکتریکی نامیدیم.

مشابه با تعریف میدان الکتریکی، می‌توانیم پدیده جذب شده پیچ آهنی به آهنربا را تشریح کنیم. یعنی آهنربا در فضای اطراف خود خاصیتی ایجاد می‌کند که ما آن را میدان مغناطیسی می‌نامیم. مید‌ان مغناطیسی همانند میدان الکتریکی، کمیتی برداری بوده و آن را با  نمایش می‌دهند.

جهت میدان مغناطیسی

با استفاده از عقربه مغناطیسی یا قطب نما می‌توان جهت میدان مغناطیسی را در هر نقطه از فضای اطراف یک آهنربا تعیین کرد.

عقربه مغناطیسی
عقربه مغناطیسی تحت تاثیر میدان مغناطیسی

بر اساس تعریفی واحد، بردار میدان‌‌ مغناطیسی در هر نقطه از فضای اطراف یک جسم مغناطیسی نظیر آهنربا، در جهتی است که وقتی عقربه مغناطیسی در آن نقطه قرار گیرد، قطب N عقربه آن جهت را نشان دهد (شکل زیر).

خطوط میدان مغناطیسی
تعیین خطوط میدان‌ مغناطیسی توسط عقربه مغناطیسی

با تعیین جهت میدان مغناطیسی در هر نقطه از فضای اطراف آهنربا، می‌توانیم خطوط میدان ‌مغناطیسی را رسم کنیم. خطوط میدان ‌مغناطیسی در فضای اطراف یک آهنربا به شکل زیر است.

خطوط میدان مغناطیسی آهنربا
خطوط میدان مغناطیسی آهنربا، این خطوط از قطب N شروع و به قطب S وارد می‌شوند. در داخل آهنربا نیز این خطوط از قطب S به طرف قطب N هستند. خطوط میدان مغناطیسی حلقه‌هایی بسته تشکیل می‌دهند.

همان‌طور که در شکل فوق مشاهده می‌فرمایید. خطوط میدان ‌مغناطیسی حلقه‌هایی بسته تشکیل می‌دهند. در واقع در داخل آهنربا نیز جهت خطوط میدان مغناطیسی از قطب S به سمت قطب N است. پس در بیرون آهنربا خطوط میدان مغناطیسی از قطب N شروع و به قطب S می‌رسند. همچنین چگالی یا تراکم خطوط میدان مغناطیسی در نزدیکی قطب‌های مغناطیسی (قطب‌های آهنربا) بیشتر است.

در شکل زیر خطوط میدان مغناطیسی در سه حالت رسم شده است.

خطوط میدان مغناطیسی

درستی شکل فوق را می‌توان توسط یک آهنربا و براده‌های آهن تحقیق کرد.

میدان مغناطیسی یکنواخت

هرگاه در نقاط مختلف ناحیه‌ای در فضا، جهت و اندازه میدان مغناطیسی یکسان باشد، آن میدان را میدان مغناطیسی یکنواخت می‌نامیم. لازم به ذکر است که ایجاد میدان‌ مغناطیسی یکنواخت در ناحیه‌ بزرگی از فضا بسیار دشوار و عملاً ناممکن است.

اما در نواحنی کوچک همانند بین قطب‌های یک آهنربای C شکل، می‌توان میدان مغناطیسی یکنواخت را مشاهده کرد.

میدان مغناطیسی یکنواخت
میدان مغناطیسی یکنواخت بین (نواحی مرکزی) دو قطب آهنربای C شکل

 حتی در شکل فوق، در لبه‌ها نیز مشاهده می‌کنید که میدان مغناطیسی یکنواخت نیست.

میدان مغناطیسی زمین

می‌توان گفت که زمین همانند یک آهنربای بسیار بزرگ عمل کرده که خطوط میدان‌‌ مغناطیسی آن مشابه با خطوط میدان‌ مغناطیسی یک آهنربای میله‌ای بزرگ است که در نزدیکی مرکز زمین قرار گرفته است.

توجه داشته باشید که قطب شمال (N) این آهنربای بزرگ فرضی در سمت قطب جنوب کره زمین و قطب جنوب (S) آن در سمت قطب شمال کره زمین قرار گرفته است. پس قطب‌های مغناطیسی زمین بر قطب‌های جغرافیایی آن منطبق نیستند. همچنین این قطب‌های نامنطبق فاصله زیادی نیز با یکدیگر دارند. مثلا قطب جنوب مغناطیسی تقریباً در فاصله ۱۸۰۰ کیلومتری از قطب شمال جغرافیایی قرار دارد. پس عقربه قطب نما در جهت شمال واقعی جغرافیایی قرار نگرفته و تا حدودی از شمال جغرافیایی انحراف دارد.

میدان مغناطیسی زمین

خطوط مید‌ان‌ مغناطیسی زمین که در شکل فوق مشاهده می‌فرمایید تنها یک مدل بسیار ساده از ساختار پیچیده و البته ناشناخته از عوامل ایجاد میدان‌ مغناطیسی زمین است. شواهد علم زمین شناختی بیان می‌کنند که جهت میدان‌‌ ‌مغناطیسی زمین در بازه‌های زمانی نامنظم از ده هزار تا یک میلیون سال به طور کامل وارون می‌شوند.

تعریف مهمی که در این مبحث وجود دارد، شیب مغناطیسی است. هنگامی که یک جسم فلزی نازک و سبک نظیر سوزن مغناطیسی شده یا یک عقربه مغناطیسی را از وسط آویزان آن آویزان می‌کینم، در بیشتر نقاط کره زمین با یک زاویه یا شیبی نسبت به سطح افق قرار می‌گیرد. این زاویه به شیب مغناطیسی موسوم است.

امیدواریم تا این مقاله مورد پسند شما عزیزان واقع شده باشد. در انتها پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مقالات زیر نیز داشته باشید.

قانون لنز – فیزیک یازدهم (۲)

انرژی هسته ای (شکافت) – فیزیک دوازدهم (۳)

قانون اهم – فیزیک یازدهم (۲)

مقاومت الکتریکی و عوامل موثر بر آن – فیزیک (۲)