التأثير المغناطيسي على الكهرباء وكيفية تأثيره على التيار الكهربائي

المغناطيس والكهرباء

تتميز المغناطيسات الطبيعية، مثل الحجر المغناطيسي، بوجود مجال مغناطيسي قادر على التأثير على مواد معينة كالحديد، المعروفة بكونها مواد مغناطيسية، حيث تُجذب إليها بقوة مغناطيسية. من جهة أخرى، تمتلك الشحنات الكهربائية مجالًا كهربائيًا يؤثر على الشحنات الأخرى بنفس الطريقة، وعند تحرك هذه الشحنات الكهربائية، ينتج تيار كهربائي.

تمت ملاحظة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في عام 1820 عندما اكتشف العالم الدنماركي هانز أورستد، أثناء إجراء تجربة، أن إبرة مغناطيسية تنحرف عند قربها من سلك يمر به تيار كهربائي. من خلال هذا الاكتشاف، استنتج أورستد أن المجالات المغناطيسية تتولد نتيجة حركات صغيرة داخل ذرات المادة.

التأثير المغناطيسي على التيار الكهربائي

كلما وُجد تيار كهربائي، والذي يُعرَف بأنه شحنات كهربائية متحركة، يظهر في محيطه مجال مغناطيسي. وكذلك، ينشأ المجال المغناطيسي نتيجة حركة شحنات كهربائية أو من مجال كهربائي متناوب (التيار الكهربائي المتغير مع الزمن)، ويؤثر فقط على الشحنات الكهربائية المتحركة. يتميز المجال المغناطيسي بوجود خطوط وهمية تعرف بخطوط المجال المغناطيسي، حيث تُظهر اتجاه كل خط عند نقطة معينة اتجاه هذا المجال. يتمثل المسار الذي يتبعه قطب شمالي مفرد في المجال المغناطيسي، حيث لا يُوجد قطب مغناطيسي فردي دائمًا، إذ تتواجد الأقطاب المغناطيسية دائمًا على شكل أزواج. الأقطاب المختلفة تتجاذب، مثل القطب الشمالي والجنوب، بينما الأقطاب المتشابهة تتنافر، كما هو الحال في الشحنات الكهربائية، حيث تتجاذب الشحنات المختلفة (موجبة مع سالبة) وتتنافر الشحنات المتشابهة (موجبة مع موجبة).

قانون أورستد

في ضوء قانون العالم أورستد، تولد التيارات الكهربائية حولها مجالات مغناطيسية، حيث يُنتج مرور تيار كهربائي في سلك مجالًا مغناطيسيًا محيطًا بهذا السلك. كما أن المجالات المغناطيسية قادرة على توليد تيارات كهربائية، وهذا ما تم اكتشافه بشكل عفوي من قبل العالم فاراداي في عام 1831، حيث يتغير التدفق المغناطيسي، وهو قياس عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تخترق منطقة معينة، عند تحريك مغناطيس. يُقاس التدفق المغناطيسي بوحدة الويبر، مما يؤدي إلى تولد تيار حثي، يعرف بأنه تيار ناتج عن حركة موصل في مجال مغناطيسي. يمكن أيضًا توليد التيار الحثي من خلال تحريك ملف كهربائي بالقرب من مغناطيس، أو عبر تحريك مغناطيس داخل ملف.

قانون لابلاس

توجد علاقة متبادلة بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية، ويظهر هذا التأثير من خلال قانون لابلاس للقوى الكهرومغناطيسية. عندما يجتاز تيار كهربائي سلكًا ناقلاً معينًا (مثل سلك كهربائي)، ويكون هذا السلك مغمورًا في مجال مغناطيسي محدد، فإنه يتحرك أو يدور بفعل قوة كهرومغناطيسية تتولد نتيجة تفاعل التيار الكهربائي مع المجال المغناطيسي المحيط.