اثار مغنطيسيه غلفانيه

Galvanomagnetic effects - Effets galvanomagnétiques

الآثار المغنطيسية الغلفانية

عبد القادر الجزماتي  

المقياس الغلفاني

ميزان كوطون Cotton balanc

الآثار المغنطيسية الغلفانية galvanomagnetic effects هي ظواهر كهربائية وحرارية تحدث عند وضع مادة ناقلة أو نصف ناقلة يمر فيها تيار كهربائي في حقل مغنطيسي . فقد  لوحظ منذ القدم جذب قطعتين من مادة المانيتيت الطبيعية أو دفع بعضهما بعضاً، بما سمي كل منهما فيما بعد  مغنطيس طبيعي. كما لوحظ أنه يمكن لهذا المغنطيس أن يمنح هذه الصفة لقطعة من الحديد موجودة بالقرب منه، وفسر ذلك بوجود حقل مغنطيسي. وعلى التوازي مع دراسة الحقول المغنطيسية وعلاقتها بشكل المغنطيس وشدة الحقل؛ تطور الفهم العام للكهرباء الساكنة ثم المتحركة (التيارات الكهربائية). واعتقد أنهما فرعان مستقلان، غير أن  اكتشاف العالم الدنماركي

الشكل (1) قاعدة اليد اليمنى

الشكل (2) رسم توضيحي لمبدأ عمل المقياس الغلفاني

Hans Christian Oersted    ء(1820) للتآثر بين التيارات المستمرة والحقل المغنطيسي عند ملاحظته؛ أن مرور تيار كهربائي في سلك على مقربة من إبرة ممغنطة حرة الحركة يجعلها تنحرف قليلاً عن اتجاهها. وقد دُعيت القوة المسببة للانحراف بالقوة المغنطيسية. ومن ثم فإن مرور التيار في السلك قد ولَّد حقلاً مغنطيسياً صنعياً حول السلك، وهذا مايدعى بالمغنطيس الصنعي. وقد وجد أن القوة المتبادلة بين السلك الذي يمر به تيار والمغنطيس يشبه ما يحصل بين مغنطيسين.

 

تخضع الشحنة الكهربائية المتحركة في حقل مغنطيسي لقوة مغنطيسية إضافة إلى القوة الكهربائية وقوة الجاذبية. تتناسب هذه القوة طرداً مع قيمة الشحنة وشعاع السرعة للشحنة المتحركة وشعاع الحقل المغنطيسي، ويكون منحاها عمودياً على المستوي الذي يضم شعاع السرعة مع شعاع الحقل المغنطيسي، وأما جهتها فتُحدد بقاعدة تعرف بقاعدة اليد اليمنى (الشكل 1) ويعبر عن ذلك بالعلاقة الشعاعية المتجهة (1):

(1)

  

أما قيمتها فتعطى بالعلاقة الجبرية (2) :

(2)

 

حيث  q: هي قيمة الشحنة المتحركة : شعاع سرعة الشحنة المتحركة ، و : شعاع التحريض المغنطيسي، و : هي الزاوية بين متجهة السرعة وشعاع الحقل المغنطيسي.

يشير الإبهام إلى اتجاه القوة المغنطيسية، والسبابة إلى جهة مرور التيار الكهربائي، والوسطى إلى شعاع الحقل المغنطيسي، وعدّ السبابة والوسطى في مستو واحد، والإبهام عمودياً على هذا المستوي؛ تدعى هذه القوة بقوة لابلاس Laplace force. ويعدّ أثر هول والأثر المغنطيسي الحراري من الآثار الغلفانية، ولعل سبب التسمية يعود إلى استعمال المقياس الغلفاني -في السابق- استعمالاً واسعاً لقياس التيارات الضعيفة جداً، اعتماداً على انحراف مؤشره نتيجة لهذه القوة، وقد رُبط ذلك بالتيارات الضعيفة التي اكتشف تأثيرها في عضلة ضفدع عالم الأحياء الإيطالي غلفاني. غير أنه يوجد تطبيقات أخرى حديثة لقوة لابلاس.

المقياس الغلفاني: طور العالم الفرنسي  Jacques- Arsene d’Arsonval  المقياس الغلفاني بحيث يقيس قيمة التيار المار في سلك ناقل نتيجة انحراف الإبرة الممغنطة ضمن حقل التحريض المتولد من هذا التيار، ويزداد انحراف الإبرة بازدياد التيار الكهربائي المار في السلك.

 يُسمح للتيار المراد قياسه بالمرور بسلك ناقل يُلف بشكل مستطيل عدة لفات على شكل وشيعة (وذلك لزيادة حساسية القياس) حول إسطوانة حديدية، بحيث تبقى خطوط الحقل المغنطيسي موازية لمستوي السلك (الشكل 2-آ). توضع الأسطوانة والوشيعة ضمن حقل مغنطيسي، وتعلق الوشيعة والإبرة بنابض إرجاع يوازن القوة المغنطيسية الناتجة من مرور التيار لأن دوران الوشيعة يولد عزماً ميكانيكياً يتناسب مع زاوية الدوران (الشكل 2-ب)، فتتوازن الإبرة المؤشر منحرفة بمقدار زاوي يتناسب مع شدة التيار المار. يبين (الشكل 3) صورة حقيقية لأحد أنواع المقاييس الغلفانية.

ميزان كوطون Cotton balanc : 

ووفق المبدأ نفسه يمكن قياس القوة بميزان كوطون الذي يتألف من ذراعين قابلتين للدوران حول المحور D ، تحمل الذراع الأولى قطاعاً دائرياً S عازلاً مصنوعاً من مادة لدائنية، ومحاطاً بسلك ناقل، يبدأ هذا السلك من محور الدوران ويتبع القطاع الدائري مروراً بالقطعة المستقيمة CD ذات الطول  (الموضوعة في حقل مغنطيسي منتظم  عمودياً على مستوي الشكل) ثم يعود إلى محور الدوران كما هو مبين في الشكل (4)

 

الشكل (4) ء	الشكل (3) صورة حقيقية لمقياس غلفاني

أما الذراع الآخرى فتحمل كفة يمكن أن تحمل كتلة معينة للموازنة . يوازن الميزان في حال عدم مرور تيار كهربائي، ويعاد توازنه عبر التحكم في الكتلة عند مرور تيار كهربائي I في القطعة المستقيمة  CD وهي مغمورة بالحقل المغنطيسي. فإذا افترض أن بعد القطاع عن محور الدوران  a، وبعد الكفة عن محور الدوران   b؛ فإن عزم قوة لابلاس  يوازن عزم ثقل كتلة المعايرة  m، وعليه فهي تعطى بالعلاقة (3) :

 

(3)

وبتعويض قيمة هذه القوة يكون  :

    

                    

وعليه يمكن قياس شدة حقل التحريض المغنطيسي المتولد من مرور تيار كهربائي  I  في قطعة مستقيمة   CD   ذات الطول

مراجع للاستزادة: -R. A. Serway, W. Jewett, Physics for Scientists and Engineers, Thomson Brooks/Cole,  2004. -http://www.buzzle.com/articles/galvanometer-how-it-works.html ـhttp://www.ncert.nic.in/html/learning_basket/electricity/electricity/effects_of_curren-   galvanometer.htm -www.univ-bechar.dz/cours/cfizazi/PHYS2_sam/Electmag_2.pdf

 

---

- التصنيف : الكهرباء والمغنطيسية - النوع : الكهرباء والمغنطيسية - المجلد : المجلد الأول - رقم الصفحة ضمن المجلد : 198 مشاركة :