كثافة الفيض المغناطيسي

كثافة الفيض المغناطيسي، كثافة الفيض المغناطيسي أو يسمى في بعض البلاد العربية كثافة التدفق المغناطيسي (بالإنجليزية: magnetic flux density) هي كمية فيزيائية في الإلكترويناميكا ( الحركية الكهربائية) ويرمز لها بالرمز B. وهي تعبر عن كثافة خطوط المجال المغناطيسي التي تعبر وحدة المساحة وتكون عمودية عليها . يعود تعريف تلك الكمية إلى الفيزيائي الإسكتلندي جيمس ماكسويل.

كثافة الفيض المغناطيسي

كثافة الفيض المغناطيسي (Magnetic Flux Density) هي قياس لشدة المجال المغناطيسي في منطقة معينة. يُرمز لها بالرمز "B" وتُقاس بوحدة تسمى تسلا (Tesla) في نظام الوحدات الدولي.

كثافة الفيض المغناطيسي تعبر عن عدد خطوط المجال المغناطيسي المارة عبر وحدة المساحة في المنطقة المحددة. وتعتمد على قوة ومتجه المجال المغناطيسي وعلى الخواص الفيزيائية للوسط الذي يمر به المجال المغناطيسي.

يمكن تحديد كثافة الفيض المغناطيسي بواسطة القانون التالي:

B = μ₀ * H

حيث:

• B هي كثافة الفيض المغناطيسي.
• μ₀ هو الاشتراك المغناطيسي للفراغ ويعتبر قيمته 4π × 10^-7 تسلا متر في الأمبير.
• H هو الشدة المغناطيسية أو القوة المغناطيسية، وتُقاس بوحدة الأمبير/متر.

معروف أن قيمة كثافة الفيض المغناطيسي تتناسب طرديًا مع شدة المجال المغناطيسي في الوسط الذي يمر به.

وحدات كثافة الفيض المغناطيسي

وحدة كثافة الفيض المغناطيسي هي تسلا (Tesla)، وتُرمز لها بالرمز "T". تُستخدم تسلا لقياس قوة وكثافة المجال المغناطيسي.

وبالإضافة إلى التسلا، هناك وحدات فرعية تُستخدم أيضًا لقياس كثافة الفيض المغناطيسي، وهي:

1 ميلليتسلا (mT) = 0.001 تسلا 1 ميكروتسلا (µT) = 0.000001 تسلا 1 جاوس (G) = 0.0001 تسلا

ويُمكن استخدام تحويلات بين هذه الوحدات حسب الحاجة، مع الأخذ في الاعتبار أن الوحدة الأساسية لقياس كثافة الفيض المغناطيسي هي تسلا.

خطوط الفيض المغناطيسي

خطوط الفيض المغناطيسي (Magnetic Field Lines) هي خطوط تُستخدم لتوضيح وتصور اتجاه وشكل المجال المغناطيسي في مساحة معينة. تستخدم هذه الخطوط لتمثيل الاتجاه والشدة المغناطيسية في المنطقة المحددة.

تتميز خطوط الفيض المغناطيسي بالخصائص التالية:

1. اتجاه الخطوط: تشير خطوط الفيض المغناطيسي إلى اتجاه القوة المغناطيسية في المنطقة المحددة. وتكون الخطوط مغلقة ولا تتقاطع عادة، مما يشير إلى أن القوة المغناطيسية تشكل حلقات مغلقة.
2. الكثافة: يُمكن استنتاج كثافة المجال المغناطيسي من كثافة خطوط الفيض. عندما تكون الخطوط متقاربة بشكل كبير، فإن ذلك يدل على كثافة مجال مغناطيسي عالية في المنطقة. وعندما تكون الخطوط متباعدة، فإن ذلك يدل على كثافة مجال مغناطيسي منخفضة.
3. الشكل والتوزيع: تأخذ خطوط الفيض المغناطيسي شكلًا وتوزيعًا معينًا وفقًا لهندسة وتوجيه المصدر المغناطيسي. على سبيل المثال، في حالة المغناطيس القطبي، تكون خطوط الفيض من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي باتجاهٍ مغلق.

يساعد استخدام خطوط الفيض المغناطيسي في فهم ودراسة الظواهر المغناطيسية والتفاعلات بين الكائنات المغناطيسية والمجالات المغناطيسية المحيطة بها.

كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم

كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم يمكن حسابها باستخدام قانون بيوت-سافارت (أحد قوانين العلاقة بين التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي). القانون يقول أن كثافة الفيض المغناطيسي على بُعد معين من سلك مستقيم تعتمد على تيار الكهرباء المار في السلك والمسافة بين السلك والنقطة التي تُريد حساب كثافة الفيض فيها.

صيغة حساب كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم تكون كالتالي:

B = (μ₀ * I) / (2π * r)

حيث:

• B هي كثافة الفيض المغناطيسي على بُعد معين من السلك.
• μ₀ هو الاشتراك المغناطيسي للفراغ ويعتبر قيمته 4π × 10^-7 تسلا متر في الأمبير.
• I هو تيار الكهرباء المار في السلك بوحدة الأمبير.
• r هو المسافة بين السلك والنقطة التي تُريد حساب كثافة الفيض فيها بوحدة المتر.

من الصيغة، يتضح أن كثافة الفيض المغناطيسي تتناقص بزيادة المسافة عن السلك (r) وتزداد بزيادة تيار الكهرباء في السلك (I).

كثافة الفيض المغناطيسي لملف دائري

كثافة الفيض المغناطيسي لملف دائري (أو حلقي) يمكن حسابها باستخدام قانون أمبير وفقًا للتيار الكهربائي المار في الملف وشكل الملف الدائري.

صيغة حساب كثافة الفيض المغناطيسي لملف دائري تكون كالتالي:

B = (μ₀ * N * I) / (2R)

حيث:

• B هي كثافة الفيض المغناطيسي في مركز الملف الدائري.
• μ₀ هو الاشتراك المغناطيسي للفراغ ويعتبر قيمته 4π × 10^-7 تسلا متر في الأمبير.
• N هو عدد لفات الملف.
• I هو تيار الكهرباء المار في الملف بوحدة الأمبير.
• R هو شعاع الملف الدائري بوحدة المتر.

من الصيغة، يتضح أن كثافة الفيض المغناطيسي في مركز الملف الدائري تتناسب طرديًا مع تيار الكهرباء المار في الملف (I) وعدد لفات الملف (N)، وتتناقص عند زيادة شعاع الملف (R).

يجب ملاحظة أن هذه الصيغة تنطبق على الملفات الدائرية التي تكون لها اتجاه محوري واحد وتُغلق على نفسها.