الفرق بين المحرك الكهربائي التزامني واللاتزامني

السلام عليكم،

سوف أوضح لكم في هذا المقال الفرق بين الحقل الكهربائي والحقل المغناطيسي،إضافةً إلى أني سأقوم بشرح خصائصهما وأنواعهما وأطرح بعض الأمثلة عليهما وغير ذلك من الأمور.

 

الحقل الكهربائي

لا تنظر فيزياء اليوم إلى المكان أو الفضاء على أنه حجم تتواجد فيه الأجسام وتتحرك فحسب، بل تنظر إلى الفضاء نفسه كجسمٍ مادي، وبالتالي فله أيضاً خصائصه الفيزيائية. إذا تم شحن جسم ما بالكهرباء، فإن الخصائص الفيزيائية للفضاء تتغير، كنتيجةٍ لتغيُر خصائص الجسم المشحون. حيث يدخل المكان أو الفضاء المعني في حالةٍ فيزيائيةٍ جديدة.

تُسمى حالة الفضاء حول الجسم المشحون بخصائصه الجديدة المتغيرة بالحقل الكهربائي أو بالمجال الكهربائي.

إن المجال الكهربائي ينتشر بسرعة الضوء، وكان العالم الإنجليزي "مايكل فاراداي" أول من وضع وطور الأفكار الأساسية حول المجال الكهربائي. حيث قام بشرح وتوضيح المجالات الكهربائية بمساعدة "خطوط المجال".

خصائص الحقل الكهربائي

تشمل الخصائص الأساسية للمجال الكهربائي شدة مجاله الكهربائي وأتجاهيته وسرعة انتشاره (300000 كم / ثانية) وحقيقة، أن كل تغييرٍ زمني في المجال الكهربائي يُحدِث ويُنشِئ دائماً "مجالاً مغناطيسياً".

 

أنواع المجالات الكهربائية

الحقول الكهربائية التي لا تتغير زمنياً تُسمى بالمجالات الكهروستاتيكية، فكل شحنة ساكنة محاطة دائماً بمجالٍ إلكتروستاتيكي. يتم دائماً تحديد الخصائص الهندسية للمجال الكهربائي من خلال شكل سطح الجسم الذي تتواجد عليه الشُحنات. إن الشحنات النقطية أو الأجسام الكروية لها حقول متناظرة شعاعياً. بينما في "المُكثف" يوجد مجالٌ كهربائي متجانس، اي مجال يحمل نفس القوة والشدة والخصائص في خطوطه، والتي تكون فيه متوازية بين لوحان المُكثف، والتي يتم خلقها بمساعدة "الجهد الكهربائي" داخل المكثف كما هو موضحٌ في الصورة.

 

خطوط المجال الكهربائي

تنطلق خطوط المجال من الشحنة الموجبة وتنتهي بالشحنة السالبة وتتناسب شدة المجال الكهربائي مع كثافة خطوط المجال. فكلما زاد الجهد الكهربائي أو كلما كانتا الشحنتين أقرب إلى بعضهما البعض، زادت شدة المجال الكهربائي.

يوجد بعض القواعد الأساسية لسلوك خطوط الحقل الكهربائي، فمثلاً الخطوط لا تتقاطع أبداً وتتجه دائماً من الشحنة الموجبة إلى الشحنة السالبة، ما يعني أن لها نقطة بداية ونهاية وليست نظاماً مغلقاً . كما أنها دائماً ما تخرج عامودياً بزاوية °90 من الأسطح المشحونة الموجبة وتدخل مجدداً بشكلٍ عامودي إلى داخل الأسطح السالبة مكونةً أيضاً زاوية قيمتها °90. بالإضافة إلى أن القوة الفيزيائية المؤثرة تكمُن في خطوط الحقل الكهربائي نفسها.

أما في الحقل الكهربائي غير المتجانس تكون خطوط المجال فيه غير متوازية لبعضها البعض، وهذا على عكس حالة الحقل الكهربائي ذو الخطوط المتجانسة. فعلى سبيل المثال، "الحقل الشعاعي" هو مجال كهربائي غير متجانس، ويتشكل حول الشحنة الموجبة أو السالبة الواحدة وهو مشابه لحقل الجاذبية الأرضية كما في هذه الصورة.

 

أنبوب الأشعة المهبطية

هناك عدة أمثلة على الحقول الكهربائية في حياتنا اليومية، ومن هذه الأمثلة المعروفة هو التلفزيون القديم الذي يعمل بواسطة ما يسمى "أنبوب الأشعة المهبطية". حيث الغرض من هذا الأنبوب هو تسريع الإلكترونات بمساعدة المجال الكهربائي وإطلاقها على شاشة العرض، والتي بدورها تقوم بخلق الضوء وإظهار الصور التي نشاهدها على الشاشة بالشكل المطلوب.

الحقل المغناطيسي

إن الحقل أو المجال المغناطيسي هو نظامٌ مغلق، أي ليس له نقطة بداية ونهاية. يَنشأ الحقل بين أقطاب الجسم المغناطيسي ويُشار إلى هذه الأقطاب بالقطبين الشمالي والجنوبي. من الممكن جعل المجال المغناطيسي مرئياً عن طريق رش "برادة الحديد" على ورقة تحتها مغناطيس، وبالتالي ستتحرك حُبيبات الحديد وتتشكل خطوط المجال المغناطيسي. إضافةً إلى أن الأقطاب المغناطيسية المختلفة تتجاذب، بينما الأقطاب المتشابهة تتنافر.

 

خطوط المجال المغناطيسي

في خارج المغناطيس، تتجه خطوط الحقل المغناطيسي دائماً من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي. ونظراً إلى أن المجال المغناطيسي هو نظام مغلق كما ذكرنا سابقاً، فإن خطوط المجال داخل المغناطيس نفسه تتجه من القطب الجنوبي إلى الشمالي. كذلك فإن كثافة خطوط المجال تدل على قوة المجال المغناطيسي الناتِج، ما يعني أنه كلما زادت كثافة وقُرب الخطوط إلى بعضها البعض، فستزداد شدة المجال المغناطيسي.

 

حقل الكرة الأرضية

يوجد للأرض أيضاً حقلٌ مغناطيسي يقع قطباه الشمالي والجنوبي في القطبان الجغرافيان للأرض، ولكن بشكلٍ معاكس. هذا يعني، أنه عندما تُشير إبرة البوصلة المُمغنَطة إلى أتجاه الشمال، فهي فعلياً تُشير إلى القطب الجنوبي الجغرافي للأرض، وكذلك العكس صحيح. لكن قطبا الحقل المعناطيسي للأرض تتغير مواقعهم باستمرار، حيث إن القطب الجنوبي للحقل المغناطيسي للأرض يميل يومياً حوالي 90 متراً (مع العلم أن هذه القياسات ليست ثابتة زمنياً وتتغير دائماً) باتجاه الغرب الجغرافي، أي باتجاه قارتا أمريكا الشمالية والجنوبية. ما يعني ببساطة، أنه في يومٍ ما بعدة مدة زمنية طويلة جداً، سوف يصبح القطب الشمالي هو نفسه القطب الشمالي الجغرافي، والعكس صحيح. كما إن الغلاف المعناطيسي المُحاط بالكرة الأرضية له وظيفة مهمة للغاية، ألا وهي حماية الكرة الأرضية من "الرياح الشمسية" الضارة بالكائنات الحية.

أنواع المغناطيسات

المغناطيس الطبيعي:

إن المغناطيس الطبيعي هو نفسه معدن "أُكسيد الحديد الأسود"، الذي يجذب الحديد ويُستخدَم أيضاً في صناعة المغناطيسات الدائمة.

المغناطيس الدائم:

المغناطيس الدائم هو عبارة عن مغناطيس صناعي مصنوع من الحديد والنيكل والكوبالت. كما إن المغناطيس الدائم يجذب فقط المعادن المصنوع منها وليس كافة أنواع المعادن.

المغناطيس الكهربائي:

إن المغناطيس الكهربائي يتم إنشائه بواسطة التيار الكهربائي. حيث يتدفق التيار في المُوصل أو الملف الناقل للكهرباء، فينتُج عن ذلك حقلاً مغناطيسياً تعتمد شدته على شدة الجهد الكهربائي في التيار.

 

شكراً جزيلاً لكم على القراءة وأتمنى أن يكون مقالي قد أفادكم ونال إعجابكم، وأعتذر لكم سلفاً في حال كان هناك أخطاءٌ علمية مذكورة أو ما شابه ذلك!