الشريحة 2

مراحل العمل

تحديد الأهداف والغايات الجزء العملي البحث والملاحظة. خاتمة.

الشريحة 3

الغرض: دراسة خصائص الظواهر المغناطيسية بشكل تجريبي. الأهداف: - دراسة الأدب. - إجراء التجارب والملاحظات.

الشريحة 4

المغناطيسية

المغناطيسية هي شكل من أشكال تفاعل الشحنات الكهربائية المتحركة، والتي تتم على مسافة من خلال مجال مغناطيسي. يلعب التفاعل المغناطيسي دورًا مهمًا في العمليات التي تحدث في الكون. وإليك مثالين يؤكدان ما قيل. ومن المعروف أن المجال المغناطيسي للنجم يولد رياحًا نجمية، تشبه الرياح الشمسية، والتي من خلال تقليل كتلة النجم وعزم قصوره الذاتي، تغير مسار تطوره. ومن المعروف أيضًا أن الغلاف المغناطيسي للأرض يحمينا من التأثيرات الكارثية للأشعة الكونية. ولو لم تكن موجودة، لكان من الواضح أن تطور الكائنات الحية على كوكبنا قد اتخذ مسارًا مختلفًا، وربما لم تكن الحياة على الأرض قد نشأت على الإطلاق.

الشريحة 5

الشريحة 6

المجال المغناطيسي للأرض

السبب الرئيسي لوجود المجال المغناطيسي للأرض هو أن نواة الأرض تتكون من الحديد الساخن (موصل جيد للتيارات الكهربائية الناشئة داخل الأرض). بيانياً، يشبه المجال المغناطيسي للأرض المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم. يشكل المجال المغناطيسي للأرض غلافًا مغناطيسيًا يمتد من 70 إلى 80 ألف كيلومتر في اتجاه الشمس. فهو يحمي سطح الأرض، ويحميها من التأثيرات الضارة للجسيمات المشحونة والطاقات العالية والأشعة الكونية، ويحدد طبيعة الطقس. المجال المغناطيسي للشمس أكبر 100 مرة من المجال المغناطيسي للأرض.

الشريحة 7

تغير المجال المغناطيسي

سبب التغيرات المستمرة هو وجود الرواسب المعدنية. هناك مناطق على الأرض حيث يتشوه مجالها المغناطيسي بشكل كبير بسبب وجود خامات الحديد. على سبيل المثال، الشذوذ المغناطيسي كورسك، الموجود في منطقة كورسك. سبب التغيرات قصيرة المدى في المجال المغناطيسي للأرض هو عمل "الرياح الشمسية"، أي. عمل تيار من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس. ويتفاعل المجال المغناطيسي لهذا التدفق مع المجال المغناطيسي للأرض، وتنشأ "العواصف المغناطيسية".

الشريحة 8

الرجل والعواصف المغناطيسية

نظام القلب والأوعية الدموية والدورة الدموية، وزيادة ضغط الدم، وتدهور الدورة الدموية التاجية. تسبب العواصف المغناطيسية تفاقمًا في جسم الشخص الذي يعاني من أمراض القلب والأوعية الدموية (احتشاء عضلة القلب، والسكتة الدماغية، وأزمة ارتفاع ضغط الدم، وما إلى ذلك). أعضاء الجهاز التنفسي تتغير الإيقاعات الحيوية تحت تأثير العواصف المغناطيسية. تتفاقم حالة بعض المرضى قبل العواصف المغناطيسية والبعض الآخر بعد ذلك. إن قدرة هؤلاء المرضى على التكيف مع ظروف العواصف المغناطيسية منخفضة للغاية.

الشريحة 9

الجزء العملي

الهدف: جمع بيانات عن عدد مكالمات الإسعاف لعام 2008 واستخلاص النتائج. لمعرفة العلاقة بين أمراض الأطفال والعواصف المغناطيسية.

تحياتي لكم أيها القراء الأعزاء. الطبيعة تخفي العديد من الأسرار. تمكن الإنسان من إيجاد تفسيرات لبعض الألغاز، ولكن ليس للآخرين. تحدث الظواهر المغناطيسية في الطبيعة على أرضنا ومن حولنا، وأحيانًا لا نلاحظها.

ويمكن رؤية إحدى هذه الظواهر من خلال التقاط مغناطيس وتوجيهه نحو مسمار أو دبوس معدني. انظر كيف ينجذبون لبعضهم البعض.

لا يزال الكثير منا يتذكر التجارب التي أجريت على هذا الجسم الذي له مجال مغناطيسي من دورة الفيزياء في مدرستنا.

أتمنى أن تتذكر ما هي الظواهر المغناطيسية؟ بالطبع، هذه هي القدرة على جذب الأجسام المعدنية الأخرى، وجود مجال مغناطيسي.

خذ بعين الاعتبار خام الحديد المغناطيسي الذي يُصنع منه المغناطيس. من المحتمل أن كل واحد منكم لديه مثل هذه المغناطيسات على باب ثلاجته.

قد تكون مهتمًا بمعرفة ما هي الظواهر الطبيعية المغناطيسية الأخرى؟ نعلم من دروس الفيزياء المدرسية أن المجالات يمكن أن تكون مغناطيسية وكهرومغناطيسية.

وليكن معلومًا أن خام الحديد المغناطيسي كان معروفًا في الطبيعة الحية حتى قبل عصرنا. في هذا الوقت، تم إنشاء البوصلة، التي استخدمها الإمبراطور الصيني خلال حملاته العديدة والمشي البحري فقط.

تتم ترجمة كلمة المغناطيس من اللغة الصينية على أنها حجر محبب. ترجمة مذهلة، أليس كذلك؟

لاحظ كريستوفر كولومبوس، الذي استخدم البوصلة المغناطيسية في رحلاته، أن الإحداثيات الجغرافية تؤثر على انحراف إبرة البوصلة. وفي وقت لاحق، قادت نتيجة الملاحظة هذه العلماء إلى استنتاج مفاده أن هناك مجالات مغناطيسية على الأرض.

تأثير المجال المغناطيسي في الطبيعة الحية وغير الحية

إن القدرة الفريدة للطيور المهاجرة على تحديد مواقع موائلها بدقة كانت دائمًا موضع اهتمام العلماء. يساعدهم المجال المغناطيسي للأرض على الاستلقاء بشكل لا لبس فيه. وهجرات العديد من الحيوانات تعتمد على هذا المجال من الأرض.

لذلك ليس فقط الطيور، ولكن أيضًا حيوانات مثل:

• السلاحف
• المحار البحري
• سمك السلمون
• السلمندر
• والعديد من الحيوانات الأخرى.

لقد وجد العلماء أن في جسم الكائنات الحية مستقبلات خاصة، وكذلك جزيئات المغنتيت، التي تساعد على استشعار المجالات المغناطيسية والكهرومغناطيسية.

ولكن كيف يمكن لأي كائن حي يعيش في البرية أن يجد المعلم الصحيح، لا يمكن للعلماء الإجابة بشكل لا لبس فيه.

العواصف المغناطيسية وتأثيرها على الإنسان

نحن نعرف بالفعل عن المجالات المغناطيسية لأرضنا. إنها تحمينا من تأثيرات الجسيمات الدقيقة المشحونة التي تصل إلينا من الشمس. العاصفة المغناطيسية ليست أكثر من تغير مفاجئ في المجال الكهرومغناطيسي للأرض الذي يحمينا.

ألم تلاحظ أنه في بعض الأحيان تشعر بألم حاد مفاجئ في صدغ رأسك ثم يظهر صداع شديد على الفور؟ وكل هذه الأعراض المؤلمة التي تحدث في جسم الإنسان تشير إلى وجود هذه الظاهرة الطبيعية.

يمكن أن تستمر هذه الظاهرة المغناطيسية من ساعة إلى 12 ساعة، أو يمكن أن تكون قصيرة العمر. وكما لاحظ الأطباء، فإن كبار السن المصابين بأمراض القلب والأوعية الدموية يعانون أكثر من هذا.

وقد لوحظ أنه خلال العاصفة المغناطيسية الطويلة يزداد عدد النوبات القلبية. هناك عدد من العلماء الذين يراقبون حدوث العواصف المغناطيسية.

لذا، عزيزي القراء، في بعض الأحيان يكون من المفيد التعرف على مظهرهم ومحاولة منع عواقبهم الوخيمة إن أمكن.

الشذوذات المغناطيسية في روسيا

توجد أنواع مختلفة من الشذوذات المغناطيسية في جميع أنحاء الأراضي الشاسعة لأرضنا. دعونا معرفة القليل عنهم.

قام العالم والفلكي الشهير P. B. Inokhodtsev في عام 1773 بدراسة الموقع الجغرافي لجميع المدن في الجزء الأوسط من روسيا. عندها اكتشف شذوذًا قويًا في منطقة كورسك وبيلغورود، حيث كانت إبرة البوصلة تدور بشكل محموم. فقط في عام 1923 تم حفر البئر الأول الذي كشف عن خام المعادن.

لا يستطيع العلماء حتى اليوم تفسير التراكمات الضخمة لخام الحديد في شذوذ كورسك المغناطيسي.

نعلم من كتب الجغرافيا أن جميع خامات الحديد يتم استخراجها من المناطق الجبلية. ومن غير المعروف كيف تشكلت رواسب خام الحديد في السهل.

الشذوذ المغناطيسي البرازيلي

قبالة ساحل المحيط في البرازيل، على ارتفاع أكثر من 1000 كيلومتر، تتوقف معظم أجهزة الطائرات التي تحلق فوق هذا المكان - الطائرات وحتى الأقمار الصناعية - عن عملها.

تخيل برتقالة برتقالية. قشرها يحمي اللب، والمجال المغناطيسي للأرض بطبقة واقية من الغلاف الجوي يحمي كوكبنا من التأثيرات الضارة من الفضاء. والشذوذ البرازيلي يشبه الانبعاج في هذا القشرة.

بالإضافة إلى ذلك، لوحظت أشياء غامضة أكثر من مرة في هذا المكان غير العادي.

لا يزال هناك الكثير من ألغاز وأسرار أرضنا التي يجب كشفها للعلماء يا أصدقائي. أود أن أتمنى لك صحة جيدة وأن الظواهر المغناطيسية غير المواتية سوف تتجاوزك!

أتمنى أن تستمتع بنظرتي الموجزة عن الظواهر المغناطيسية في الطبيعة. أو ربما تكون قد لاحظتها بالفعل أو شعرت بتأثيرها على نفسك. اكتب عنها في تعليقاتك، سأكون مهتمًا بالقراءة عنها. وهذا كل شيء لهذا اليوم. اسمحوا لي أن أقول وداعا لك ورؤيتك مرة أخرى.

أقترح عليك الاشتراك في تحديثات المدونة. يمكنك أيضًا تقييم المقالة وفقًا لنظام العشرة، مع تمييزها بعدد معين من النجوم. تفضلوا بزيارتي وأحضروا أصدقائكم، لأن هذا الموقع تم إنشاؤه خصيصًا لكم. أنا متأكد من أنك ستجد بالتأكيد الكثير من المعلومات المفيدة والمثيرة للاهتمام هنا.

العواصف وغيرها كيف تنشأ؟ بماذا يتميزون؟

المغناطيسية

تسمى الظواهر والخصائص المغناطيسية مجتمعة بالمغناطيسية. لقد كان وجودهم معروفًا لفترة طويلة جدًا. من المفترض أن الصينيين استخدموا هذه المعرفة منذ أربعة آلاف عام لإنشاء بوصلة والإبحار في الرحلات البحرية. بدأوا في إجراء التجارب ودراسة الظاهرة المغناطيسية الفيزيائية بجدية فقط في القرن التاسع عشر. ويعتبر هانز أورستد من أوائل الباحثين في هذا المجال.

يمكن أن تحدث الظواهر المغناطيسية في الفضاء وعلى الأرض، وتظهر فقط داخل المجالات المغناطيسية. تنشأ مثل هذه المجالات من الشحنات الكهربائية. عندما تكون الشحنات ثابتة، يتشكل حولها مجال كهربائي. عندما يتحركون هناك مجال مغناطيسي.

أي أن ظاهرة المجال المغناطيسي تحدث مع ظهور تيار كهربائي أو مجال كهربائي متناوب. هذه منطقة من الفضاء تؤثر فيها القوة على المغناطيس والموصلات المغناطيسية. له اتجاهه الخاص ويتناقص كلما ابتعد عن مصدره - الموصل.

مغناطيس

ويسمى الجسم الذي يتكون حوله بالمغناطيس. وأصغرها هو الإلكترون. جاذبية المغناطيس هي الظاهرة المغناطيسية الفيزيائية الأكثر شهرة: إذا وضعت مغناطيسين بجانب بعضهما البعض، فإنهما إما سيتجاذبان أو يتنافران. الأمر كله يتعلق بوضعهم بالنسبة لبعضهم البعض. ولكل مغناطيس قطبين: الشمال والجنوب.

مثل الأقطاب تتنافر، وعلى العكس من ذلك تتجاذب. وإذا قطعته إلى قسمين، فلن ينفصل القطبان الشمالي والجنوبي. ونتيجة لذلك، سوف نحصل على مغناطيسين، كل منهما سيكون له قطبين أيضًا.

هناك عدد من المواد التي تتمتع بهذه الخصائص: الحديد، الكوبالت، النيكل، الفولاذ، إلخ. من بينها السوائل والسبائك والمركبات الكيميائية. إذا حملت مغناطيسًا بالقرب من مغناطيس، فسوف يصبح هو نفسه واحدًا.

مواد مثل الحديد النقي تكتسب هذه الخاصية بسهولة، ولكنها أيضًا تقول وداعًا لها بسرعة. البعض الآخر (على سبيل المثال، الفولاذ) يستغرق وقتا أطول للمغنطة، لكنه يحتفظ بالتأثير لفترة طويلة.

مغنطة

لقد أثبتنا أعلاه أن المجال المغناطيسي ينشأ عندما تتحرك الجسيمات المشحونة. ولكن ما نوع الحركة التي يمكن أن نتحدث عنها، على سبيل المثال، في قطعة الحديد المعلقة على الثلاجة؟ تتكون جميع المواد من ذرات تحتوي على جزيئات متحركة.

كل ذرة لها مجال مغناطيسي خاص بها. ولكن في بعض المواد يتم توجيه هذه المجالات بشكل عشوائي في اتجاهات مختلفة. ولهذا السبب، لا يتم إنشاء حقل واحد كبير حولهم. هذه المواد ليست قادرة على المغنطة.

وفي المواد الأخرى (الحديد والكوبالت والنيكل والفولاذ)، تكون الذرات قادرة على الاصطفاف بحيث تشير جميعها في نفس الاتجاه. ونتيجة لذلك، يتشكل حولهم مجال مغناطيسي عام ويصبح الجسم ممغنطًا.

اتضح أن مغنطة الجسم هي ترتيب مجالات ذراته. لكسر هذا الأمر، ما عليك سوى ضربه بقوة، على سبيل المثال بمطرقة. ستبدأ مجالات الذرات في التحرك بشكل فوضوي وتفقد خصائصها المغناطيسية. سيحدث نفس الشيء إذا تم تسخين المادة.

الحث المغناطيسي

ترتبط الظواهر المغناطيسية بالشحنات المتحركة. ومن ثم، فمن المؤكد أن ينشأ مجال مغناطيسي حول موصل يحمل تيارًا كهربائيًا. ولكن هل يمكن أن يكون العكس؟ لقد طرح الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي هذا السؤال ذات مرة واكتشف ظاهرة الحث المغناطيسي.

وخلص إلى أن المجال الثابت لا يمكن أن يسبب تيارًا كهربائيًا، لكن المجال المتناوب يمكنه ذلك. ينشأ التيار في حلقة مغلقة من المجال المغناطيسي ويسمى الحث. سوف تتغير القوة الدافعة الكهربائية بما يتناسب مع التغير في سرعة المجال الذي يتخلل الدائرة.

كان اكتشاف فاراداي إنجازًا حقيقيًا وجلب فوائد كبيرة لمصنعي المعدات الكهربائية. وبفضله أصبح من الممكن توليد تيار من الطاقة الميكانيكية. تم تطبيق القانون الذي استنتجه العالم في تصميم المحركات الكهربائية والمولدات المختلفة والمحولات وما إلى ذلك.

المجال المغناطيسي للأرض

كوكب المشتري ونبتون وزحل وأورانوس لديهم مجال مغناطيسي. كوكبنا ليس استثناء. في الحياة العادية، بالكاد نلاحظ ذلك. إنه غير ملموس، ليس له طعم أو رائحة. لكن الظواهر المغناطيسية في الطبيعة ترتبط بها. مثل الشفق القطبي أو العواصف المغناطيسية أو الاستقبال المغناطيسي عند الحيوانات.

في جوهرها، الأرض هي مغناطيس ضخم، ولكن ليس قويا للغاية، وله قطبين لا يتزامنان مع الجغرافيين. تغادر الخطوط المغناطيسية القطب الجنوبي للكوكب وتدخل القطب الشمالي. هذا يعني أن القطب الجنوبي للأرض هو في الواقع القطب الشمالي للمغناطيس (وهذا هو السبب في أن اللون الأزرق في الغرب هو القطب الجنوبي - S، والأحمر هو القطب الشمالي - N).

يمتد المجال المغناطيسي لمئات الكيلومترات من سطح الكوكب. إنها بمثابة قبة غير مرئية تعكس الإشعاع المجري والشمسي القوي. أثناء اصطدام جزيئات الإشعاع بقذيفة الأرض، تتشكل العديد من الظواهر المغناطيسية. دعونا نلقي نظرة على أشهرهم.

العواصف المغناطيسية

الشمس لها تأثير قوي على كوكبنا. إنه لا يمنحنا الدفء والضوء فحسب، بل يثير أيضًا ظواهر مغناطيسية غير سارة مثل العواصف. ويرتبط مظهرها بزيادة النشاط الشمسي والعمليات التي تحدث داخل هذا النجم.

تتأثر الأرض باستمرار بتدفق الجسيمات المتأينة القادمة من الشمس. وتتحرك بسرعة 300-1200 كم/ث وتتميز بالرياح الشمسية. لكن من وقت لآخر، تحدث انبعاثات مفاجئة لأعداد هائلة من هذه الجسيمات على النجم. إنها تعمل على قشرة الأرض كصدمات وتتسبب في تذبذب المجال المغناطيسي.

عادة ما تستمر هذه العواصف لمدة تصل إلى ثلاثة أيام. في هذا الوقت، يشعر بعض سكان كوكبنا بتوعك. تقلبات الغشاء تؤثر علينا بالصداع وارتفاع ضغط الدم والضعف. يتعرض الإنسان خلال حياته لحوالي 2000 عاصفة.

الاضواء الشمالية

هناك أيضًا ظواهر مغناطيسية أكثر متعة في الطبيعة - الأضواء الشمالية أو الشفق القطبي. ويظهر على شكل توهج في السماء بألوان تتغير بسرعة، ويحدث بشكل رئيسي عند خطوط العرض العالية (67-70 درجة). مع النشاط الشمسي القوي، يتم ملاحظة التوهج أيضًا بشكل أقل.

على ارتفاع حوالي 64 كيلومترًا فوق القطبين، تواجه الجسيمات الشمسية المشحونة أقاصي المجال المغناطيسي. وهنا يتجه بعضها نحو القطبين المغناطيسيين للأرض، حيث تتفاعل مع الغازات الجوية، ولهذا يظهر التوهج.

يعتمد طيف التوهج على تركيبة الهواء وتخلخله. يحدث التوهج الأحمر على ارتفاع يتراوح بين 150 إلى 400 كيلومتر. ترتبط الظلال الزرقاء والخضراء بمستويات عالية من الأكسجين والنيتروجين. تحدث على ارتفاع 100 كيلومتر.

الاستقبال المغناطيسي

العلم الرئيسي الذي يدرس الظواهر المغناطيسية هو الفيزياء. ومع ذلك، قد يشمل بعضها أيضًا علم الأحياء. على سبيل المثال، الحساسية المغناطيسية للكائنات الحية هي القدرة على التعرف على المجال المغناطيسي للأرض.

تتمتع العديد من الحيوانات، وخاصة الأنواع المهاجرة، بهذه الهدية الفريدة. تم العثور على القدرة على الاستقبال المغناطيسي في الخفافيش والحمام والسلاحف والقطط والغزلان وبعض البكتيريا وغيرها. فهي تساعد الحيوانات على التنقل في الفضاء والعثور على منزلها، والابتعاد عنه عشرات الكيلومترات.

إذا كان الشخص يستخدم بوصلة للتوجيه، فإن الحيوانات تستخدم أدوات طبيعية تماما. لا يستطيع العلماء حتى الآن أن يحددوا بالضبط كيف ولماذا يعمل الاستقبال المغناطيسي. لكن من المعروف أن الحمام قادر على العثور على موطنه حتى لو تم إبعاده عنه بمئات الكيلومترات، بينما يغلق الطائر في صندوق مظلم تماما. تجد السلاحف مكان ميلادها حتى بعد مرور سنوات.

بفضل "قواها الخارقة"، تتوقع الحيوانات الانفجارات البركانية والزلازل والعواصف وغيرها من الكوارث. إنهم يشعرون بمهارة بالتقلبات في المجال المغناطيسي، مما يزيد من قدرتهم على الحفاظ على أنفسهم.

الأجسام المادية هي "الجهات الفاعلة" في الظواهر الفيزيائية. دعونا نتعرف على بعض منهم.

الظواهر الميكانيكية

الظواهر الميكانيكية هي حركة الأجسام (الشكل 1.3) وتأثيرها على بعضها البعض، على سبيل المثال التنافر أو الجذب. يسمى عمل الأجسام على بعضها البعض بالتفاعل.

وسوف نتعرف على الظواهر الميكانيكية بمزيد من التفصيل هذا العام الدراسي.

أرز. 1.3. أمثلة على الظواهر الميكانيكية: حركة وتفاعل الأجسام أثناء المسابقات الرياضية (أ، ب. ج)؛ حركة الأرض حول الشمس ودورانها حول محورها (ز)

الظواهر الصوتية

الظواهر الصوتية، كما يوحي اسمها، هي ظواهر تتضمن الصوت. وتشمل هذه، على سبيل المثال، انتشار الصوت في الهواء أو الماء، وكذلك انعكاس الصوت من مختلف العوائق - على سبيل المثال، الجبال أو المباني. عندما ينعكس الصوت، يظهر صدى مألوف.

الظواهر الحرارية

الظواهر الحرارية هي تسخين وتبريد الأجسام، وكذلك، على سبيل المثال، التبخر (تحويل السائل إلى بخار) والذوبان (تحويل المادة الصلبة إلى سائل).

الظواهر الحرارية منتشرة على نطاق واسع: على سبيل المثال، تحدد دورة المياه في الطبيعة (الشكل 1.4).

أرز. 1.4. دورة الماء في الطبيعة

تتبخر مياه المحيطات والبحار التي تسخنها أشعة الشمس. ومع صعود البخار يبرد ويتحول إلى قطرات ماء أو بلورات ثلج. وهي تشكل سحباً يعود منها الماء إلى الأرض على شكل أمطار أو ثلج.

"المختبر" الحقيقي للظواهر الحرارية هو المطبخ: ما إذا كان يتم طهي الحساء على الموقد، وما إذا كان الماء يغلي في غلاية، وما إذا كان الطعام متجمدًا في الثلاجة - كل هذه أمثلة على الظواهر الحرارية.

يتم تحديد تشغيل محرك السيارة أيضًا من خلال الظواهر الحرارية: عندما يحترق البنزين، يتشكل غاز ساخن جدًا يدفع المكبس (جزء المحرك). وتنتقل حركة المكبس عبر آليات خاصة إلى عجلات السيارة.

الظواهر الكهربائية والمغناطيسية

المثال الأكثر لفتًا للانتباه (بالمعنى الحرفي للكلمة) للظاهرة الكهربائية هو البرق (الشكل 1.5 ، أ). أصبحت الإضاءة الكهربائية والنقل الكهربائي (الشكل 1.5، ب) ممكنة بفضل استخدام الظواهر الكهربائية. ومن أمثلة الظواهر المغناطيسية جذب الأجسام الحديدية والفولاذية للمغناطيس الدائم، وكذلك تفاعل المغناطيس الدائم.

أرز. 1.5. الظواهر الكهربائية والمغناطيسية واستخداماتها

تدور إبرة البوصلة (الشكل ١.٥، ج) بحيث تشير نهايتها "الشمالية" إلى الشمال على وجه التحديد لأن الإبرة عبارة عن مغناطيس دائم صغير، والأرض مغناطيس ضخم. الشفق القطبي الشمالي (الشكل 1.5، د) ناتج عن حقيقة أن الجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تطير من الفضاء تتفاعل مع الأرض كما هو الحال مع المغناطيس. تحدد الظواهر الكهربائية والمغناطيسية عمل أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر (الشكل 1.5، ه، و).

الظواهر البصرية

أينما ننظر، سنرى الظواهر البصرية في كل مكان (الشكل 1.6). هذه هي الظواهر المرتبطة بالضوء.

مثال على الظاهرة البصرية هو انعكاس الضوء عن طريق أجسام مختلفة. تدخل أشعة الضوء المنعكسة عن الأشياء إلى أعيننا، وبفضلها نرى هذه الأشياء.

أرز. 1.6. أمثلة على الظواهر البصرية: تبعث الشمس الضوء (أ)؛ يعكس القمر ضوء الشمس (ب)؛ المرايا (ج) تعكس الضوء بشكل جيد؛ من أجمل الظواهر البصرية - قوس قزح (د)

في هذا الدرس، وموضوعه "المجال الكهرومغناطيسي"، سنناقش مفهوم "المجال الكهرومغناطيسي"، وملامح تجلياته، ومعلمات هذا المجال.

نحن نتحدث على الهاتف المحمول. كيف يتم نقل الإشارة؟ كيف يتم إرسال الإشارة من محطة فضائية متجهة إلى المريخ؟ في الفراغ؟ نعم قد لا يكون هناك مادة، لكن هذا ليس فراغًا، هناك شيء آخر تنتقل من خلاله الإشارة. وهذا الشيء كان يسمى بالمجال الكهرومغناطيسي. هذا ليس شيئًا يمكن ملاحظته بشكل مباشر، ولكنه كائن موجود بالفعل في الطبيعة.

إذا كانت الإشارة الصوتية عبارة عن تغيير في معلمات مادة ما، على سبيل المثال الهواء (الشكل 1)، فإن إشارة الراديو هي تغيير في معلمات المجال الكهرومغناطيسي.

أرز. 1. انتشار الموجات الصوتية في الهواء

الكلمات "الكهربائية" و "المغناطيسية" واضحة بالنسبة لنا، لقد درسنا بالفعل بشكل منفصل الظواهر الكهربائية (الشكل 2) والظواهر المغناطيسية (الشكل 3)، ولكن لماذا نتحدث عن المجال الكهرومغناطيسي؟ اليوم سوف نكتشف ذلك.

أرز. 2. المجال الكهربائي

أرز. 3. المجال المغناطيسي

أمثلة على الظواهر الكهرومغناطيسية.

يخلق الميكروويف مجالات كهرومغناطيسية قوية، والأهم من ذلك، سريعة التغير للغاية والتي تعمل على شحنة كهربائية. وكما نعلم فإن ذرات وجزيئات المواد تحتوي على شحنة كهربائية (الشكل 4). هذا هو المكان الذي يعمل فيه المجال الكهرومغناطيسي، مما يجبر الجزيئات على التحرك بشكل أسرع (الشكل 5) - ترتفع درجة الحرارة ويسخن الطعام. الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي لها نفس الطبيعة.

أرز. 4. جزيء الماء ثنائي القطب

أرز. 5. حركة الجزيئات ذات الشحنة الكهربائية

في فرن الميكروويف، ينقل المجال الكهرومغناطيسي الطاقة إلى المادة التي تستخدم للتدفئة، وينقل الضوء المرئي الطاقة إلى مستقبلات العين، والتي تستخدم لتنشيط المستقبل (الشكل 6)، وتستخدم طاقة الأشعة فوق البنفسجية ل تشكل الميلانين في الجلد (ظهور الدباغة، الشكل 7)، وتؤدي طاقة الأشعة السينية إلى تحول الفيلم إلى اللون الأسود، حيث يمكنك رؤية صورة هيكلك العظمي (الشكل 8). المجال الكهرومغناطيسي في كل هذه الحالات له معلمات مختلفة، وبالتالي له تأثيرات مختلفة.

أرز. 6. رسم تخطيطي شرطي لتنشيط مستقبل العين بالطاقة الضوئية المرئية

أرز. 7. دباغة البشرة

أرز. 8. اسوداد الفيلم أثناء الأشعة السينية

لذلك، فإننا نواجه المجال الكهرومغناطيسي في كثير من الأحيان أكثر مما يبدو، وقد اعتدنا منذ فترة طويلة على الظواهر المرتبطة به.

لذلك، نحن نعلم أن المجال الكهربائي ينشأ حول الشحنات الكهربائية (الشكل 9). كل شيء واضح هنا.

أرز. 9. المجال الكهربائي حول شحنة كهربائية

إذا تحركت شحنة كهربائية، فكما درسنا، ينشأ حولها مجال مغناطيسي (الشكل 10). هنا يطرح السؤال بالفعل: شحنة كهربائية تتحرك، حولها مجال كهربائي، ما علاقة المجال المغناطيسي بها؟ سؤال آخر: نقول "الشحنة تتحرك". لكن الحركة نسبية، ويمكن أن تتحرك في إطار مرجعي واحد وتكون ساكنة في إطار مرجعي آخر (الشكل 11). هل هذا يعني أن المجال المغناطيسي سيكون موجودًا في إطار مرجعي واحد، ولكن ليس في إطار مرجعي آخر؟ لكن المجال يجب أن لا يكون موجودا أو غير موجود حسب اختيار الإطار المرجعي.

أرز. 10. المجال المغناطيسي حول شحنة كهربائية متحركة

أرز. 11. النسبية لحركة الشحنة

والحقيقة هي أن هناك مجال كهرومغناطيسي واحد، وله مصدر واحد - وهو شحنة كهربائية. لديها مكونين. المجالات الكهربائية والمغناطيسية هي مظاهر منفصلة، ​​ومكونات منفصلة لمجال كهرومغناطيسي واحد، والتي تظهر بشكل مختلف في الأنظمة المرجعية المختلفة (الشكل 12).

أرز. 12. مظاهر المجال الكهرومغناطيسي

يمكنك اختيار إطار مرجعي يظهر فيه المجال الكهربائي فقط، أو المجال المغناطيسي فقط، أو كليهما في وقت واحد. ومع ذلك، فمن المستحيل اختيار نظام مرجعي تكون فيه المكونات الكهربائية والمغناطيسية صفرًا، أي يتوقف فيه المجال الكهرومغناطيسي عن الوجود.

اعتمادًا على النظام المرجعي، نرى إما مكونًا واحدًا من الحقل، أو آخر، أو كليهما. إنها مثل حركة الجسم في دائرة: إذا نظرت إلى مثل هذا الجسم من الأعلى، فسنرى الحركة على طول الدائرة (الشكل 13)، إذا من الجانب، فسنرى التذبذبات على طول الجزء (الشكل 14) ). في كل إسقاط على المحور الإحداثي، تكون الحركة الدائرية عبارة عن تذبذبات.

أرز. 13. حركة الجسم في دائرة

أرز. 14. تذبذبات الجسم على طول القطعة

أرز. 15. إسقاط الحركات الدائرية على محور الإحداثيات

تشبيه آخر هو إسقاط الهرم على المستوى. يمكن إسقاطه على شكل مثلث أو مربع. على المستوى، هناك أشكال مختلفة تمامًا، ولكن كل هذا عبارة عن هرم يمكن النظر إليه من جوانب مختلفة. لكن لا توجد زاوية سيختفي منها الهرم بالكامل. سوف يبدو أشبه بمربع أو مثلث (الشكل 16).

أرز. 16. إسقاطات الهرم على المستوى

النظر في موصل يحمل التيار. فيه يتم تعويض الشحنات السالبة بشحنات موجبة، والمجال الكهربائي المحيط بها صفر (الشكل 17). المجال المغناطيسي ليس صفراً (الشكل 18)، لقد اعتبرنا ظهور مجال مغناطيسي حول موصل يمر به تيار. دعونا نختار نظامًا مرجعيًا تكون فيه الإلكترونات التي تشكل التيار الكهربائي ثابتة. ولكن في هذا الإطار المرجعي، ستتحرك أيونات الموصل المشحونة بشكل إيجابي في الاتجاه المعاكس بالنسبة للإلكترونات: لا يزال هناك مجال مغناطيسي (الشكل 18).

أرز. 17. موصل تياره ومجاله الكهربي صفر

أرز. 18. المجال المغناطيسي حول موصل يحمل تيارا

إذا كانت الإلكترونات في فراغ، في هذا الإطار المرجعي سينشأ حولها مجال كهربائي، لأنه لا يتم تعويضها بشحنات موجبة، ولكن لن يكون هناك مجال مغناطيسي (الشكل 19).

أرز. 19. المجال الكهربائي حول الإلكترونات في الفراغ

دعونا ننظر إلى مثال آخر. لنأخذ المغناطيس الدائم. هناك مجال مغناطيسي حوله، ولكن لا يوجد مجال كهربائي. وبالفعل، يتم تعويض المجال الكهربائي للبروتونات والإلكترونات (الشكل 20).

أرز. 20. المجال المغناطيسي حول المغناطيس الدائم

لنأخذ إطارًا مرجعيًا يتحرك فيه المغناطيس. سيظهر مجال كهربائي دوامي حول مغناطيس دائم متحرك (الشكل 21). كيفية التعرف عليه؟ دعونا نضع حلقة معدنية (غير متحركة في هذا الإطار المرجعي) في مسار المغناطيس. سينشأ فيه تيار - وهذه ظاهرة معروفة للحث الكهرومغناطيسي: عندما يتغير التدفق المغناطيسي، ينشأ مجال كهربائي، مما يؤدي إلى حركة الشحنات، إلى ظهور التيار (الشكل 22). في أحد الإطارات المرجعية لا يوجد مجال كهربائي، لكنه يظهر في إطار مرجعي آخر.

أرز. 21. دوامة المجال الكهربائي حول مغناطيس دائم متحرك

أرز. 22. ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي

المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم

في أي مادة، يمكن اعتبار الإلكترونات التي تدور حول النواة بمثابة تيار كهربائي صغير يتدفق في دائرة (الشكل 23). وهذا يعني أن المجال المغناطيسي ينشأ حوله. إذا كانت المادة ليست مغناطيسية، فهذا يعني أن مستويات دوران الإلكترونات يتم توجيهها بشكل تعسفي وأن المجالات المغناطيسية من الإلكترونات الفردية تعوض بعضها البعض، حيث يتم توجيهها بشكل فوضوي.

أرز. 23. تمثيل دوران الإلكترونات حول النواة

في المواد المغناطيسية، تكون مستويات دوران الإلكترون متساوية تقريبًا (الشكل 24). ولذلك، فإن المجالات المغناطيسية من جميع الإلكترونات تتراكم، ويتم الحصول على مجال مغناطيسي غير صفري على مقياس المغناطيس بأكمله.

أرز. 24. دوران الإلكترونات في المواد المغناطيسية

يوجد مجال مغناطيسي حول المغناطيس الدائم، أو بالأحرى المكون المغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي (الشكل 25). هل يمكن أن نجد إطارًا مرجعيًا تصبح فيه المركبة المغناطيسية صفرًا ويفقد المغناطيس خصائصه؟ ما زال لا. في الواقع، تدور الإلكترونات في نفس المستوى (انظر الشكل 24)، وفي أي لحظة من الزمن، لا يتم توجيه سرعات الإلكترونات في نفس الاتجاه (الشكل 26). لذلك من المستحيل العثور على إطار مرجعي حيث تتجمد جميعها ويختفي المجال المغناطيسي.

أرز. 25. المجال المغناطيسي حول المغناطيس الدائم

وبالتالي، فإن المجالات الكهربائية والمغناطيسية هي مظاهر مختلفة لمجال كهرومغناطيسي واحد. ولا يمكن القول أنه عند نقطة معينة في الفضاء لا يوجد سوى مجال مغناطيسي أو مجال كهربائي فقط. قد يكون هناك واحد أو آخر. كل هذا يتوقف على الإطار المرجعي الذي ننظر من خلاله إلى هذه النقطة.

لماذا تحدثنا سابقًا بشكل منفصل عن المجالات الكهربائية والمغناطيسية؟ أولاً، لقد حدث ذلك تاريخيًا: لقد عرف الناس عن المغناطيس لفترة طويلة، وقد لاحظ الناس منذ فترة طويلة كهربة الفراء على الكهرمان، ولم يدرك أحد أن هذه الظواهر كانت من نفس الطبيعة. وثانيا، هذا نموذج مناسب. في المشاكل التي لا نهتم فيها بالعلاقة بين المكونات الكهربائية والمغناطيسية، فمن المناسب النظر فيها بشكل منفصل. تتفاعل شحنتان ساكنتان في إطار مرجعي معين من خلال مجال كهربائي - نطبق عليهما قانون كولوم، ولسنا مهتمين بحقيقة أن هذه الإلكترونات نفسها يمكنها التحرك في إطار مرجعي معين وإنشاء مجال مغناطيسي، وقد نجحنا في حل المشكلة مشكلة (الشكل 27) .

أرز. 27. قانون كولومب

تم دراسة تأثير المجال المغناطيسي على الشحنة المتحركة في نموذج آخر، وفي إطار قابليته للتطبيق، فإنه يعمل أيضًا بشكل مثالي في حل عدد من المشكلات (الشكل 28).

أرز. 28. حكم اليد اليسرى

دعونا نحاول أن نفهم كيفية ترابط مكونات المجال الكهرومغناطيسي.

تجدر الإشارة إلى أن العلاقة الدقيقة معقدة للغاية. تم تطويره من قبل الفيزيائي البريطاني جيمس ماكسويل. لقد اشتق معادلات ماكسويل الأربع الشهيرة (الشكل 29)، والتي تتم دراستها في الجامعات وتتطلب معرفة بالرياضيات العليا. لن ندرسها بالطبع، ولكن في بضع كلمات بسيطة سنفهم ما تعنيه.

أرز. 29. معادلات ماكسويل

اعتمد ماكسويل على عمل فيزيائي آخر - فاراداي (الشكل 30)، الذي وصف ببساطة جميع الظواهر نوعيًا. لقد رسم رسومات (الشكل 31) وملاحظات ساعدت ماكسويل كثيرًا.

أرز. 31. رسومات مايكل فاراداي من كتاب الكهرباء (1852)

اكتشف فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي (الشكل 32). دعونا نتذكر ما هو عليه. يولد المجال المغناطيسي المتناوب قوة دافعة مستحثة في الموصل. بمعنى آخر، فإن المجال المغناطيسي المتناوب (نعم، في هذه الحالة، ليس شحنة كهربائية) يولد مجالًا كهربائيًا. وهذا المجال الكهربائي هو دوامة، أي أن خطوطها مغلقة (شكل 33).

أرز. 32. رسومات مايكل فاراداي للتجربة

أرز. 33. حدوث القوى الدافعة الكهربية المستحثة في الموصل

بالإضافة إلى ذلك، نحن نعلم أن المجال المغناطيسي يتولد عن طريق شحنة كهربائية متحركة. سيكون من الأصح القول أنه يتم إنشاؤه بواسطة مجال كهربائي متناوب. مع تحرك الشحنة، يتغير المجال الكهربائي عند كل نقطة، وهذا التغيير يولد مجالًا مغناطيسيًا (الشكل 34).

أرز. 34. ظهور المجال المغناطيسي

يمكنك ملاحظة ظهور مجال مغناطيسي بين ألواح المكثف. عندما يتم شحنها أو تفريغها، يتولد مجال كهربائي متناوب بين الألواح، والذي بدوره يولد مجالًا مغناطيسيًا. في هذه الحالة، ستقع خطوط المجال المغناطيسي في مستوى متعامد مع خطوط المجال الكهربائي (الشكل 35).

أرز. 35. ظهور مجال مغناطيسي بين ألواح المكثف

الآن دعونا نلقي نظرة على معادلات ماكسويل (الشكل 29)، ويرد أدناه شرح مختصر لها كمرجع لك.

أيقونة التباعد هي عامل رياضي؛ فهي تسلط الضوء على مكون الحقل الذي له مصدر، أي أن خطوط المجال تبدأ وتنتهي عند شيء ما. انظر إلى المعادلة الثانية: مكون المجال المغناطيسي هذا هو صفر: خطوط المجال المغناطيسي لا تبدأ ولا تنتهي عند أي شيء، ولا توجد شحنة مغناطيسية. انظر إلى المعادلة الأولى: هذا المكون من المجال الكهربائي يتناسب مع كثافة الشحنة. يتم إنشاء مجال كهربائي بواسطة شحنة كهربائية.

الأكثر إثارة للاهتمام هي المعادلتين التاليتين. أيقونة الدوار هي عامل رياضي يسلط الضوء على مكون الدوامة في المجال. المعادلة الثالثة تعني أن المجال الكهربائي الدوامي يتم إنشاؤه بواسطة مجال مغناطيسي متغير بمرور الوقت (وهذا هو المشتق الذي يعني، كما تعلم من الرياضيات، معدل تغير المجال المغناطيسي). أي أننا نتحدث عن الحث الكهرومغناطيسي.

تظهر المعادلة الرابعة، إذا لم تنتبه لمعاملات التناسب: يتم إنشاء المجال المغناطيسي الدوامة بواسطة مجال كهربائي متغير، وكذلك بواسطة تيار كهربائي ( - كثافة التيار). نحن نتحدث عما نعرفه جيدًا: يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة شحنة كهربائية متحركة و.

كما ترون، يمكن للمجال المغناطيسي المتناوب أن يولد مجالًا كهربائيًا متناوبًا، والمجال الكهربائي المتناوب بدوره يولد مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا، وهكذا (الشكل 36).

أرز. 36. يمكن للمجال المغناطيسي المتناوب أن يولد مجالاً كهربائياً متناوباً، والعكس صحيح

ونتيجة لذلك، يمكن تشكيل موجة كهرومغناطيسية في الفضاء (الشكل 37). هذه الموجات لها مظاهر مختلفة - هذه موجات الراديو والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية وما إلى ذلك. سنتحدث عن هذا في الدروس القادمة.

أرز. 37. الموجة الكهرومغناطيسية

فهرس

1. كاسيانوف ف. الفيزياء. الصف الحادي عشر: تعليمي. للتعليم العام المؤسسات. - م: حبارى، 2005.
2. مياكيشيف جي.يا. الفيزياء: كتاب مدرسي. للصف الحادي عشر تعليم عام المؤسسات. - م: التربية، 2010.

1. بوابة الإنترنت "studopedia.su" ()
2. بوابة الإنترنت "worldofschool.ru" ()

العمل في المنزل

1. هل من الممكن اكتشاف مجال مغناطيسي في إطار مرجعي مرتبط بأحد الإلكترونات المتحركة بشكل منتظم في التدفق الذي ينشأ في أنبوب الصورة التلفزيونية؟
2. ما المجال الذي يظهر حول إلكترون يتحرك في إطار مرجعي معين بسرعة ثابتة؟
3. ما نوع المجال الذي يمكن اكتشافه حول الكهرمان الساكن المشحون بالكهرباء الساكنة؟ حول واحد متحرك؟ برر إجاباتك.