آهنربا چیست ؟

آهنربا چیست ؟

آهن‌ربا معمولا از آهن یا فولاد ساخته می‌شود. البته سنگ‌هایی نیز وجود دارند که خاصیت مغناطیسی دارند. این سنگ‌ها همیشه به سمت شمال یا جنوب می‌ایستند و قدیم از این سنگ‌ها در سفرهای دور و دراز برای جهت‌یابی استفاده می‌کردند. آهن‌ربا نیز همین‌طور است و اگر بتواند آزادانه نوسان کند، به سمت شمال یا جنوب ثابت می‌شود و به همین جهت هست که دو انتهای یک آهن‌ربا را قطب شمال و قطب جنوب می‌نامند.
اگر بخواهید قطب‌های شمال دو آهن‌ربا را به هم نزدیک کنید، احساس می‌کنید که نیرویی آن دو را از یکدیگر دور می‌سازد. همین‌طور قطب‌های جنوب دو آهن‌ربا نیز یکدیگر را دفع می‌کنند.اما اگر قطب شمال یک آهن‌ربا را به قطب جنوب آهن‌ربا دیگر نزدیک کنید، می‌بینید که دو آهن‌ربا به سمت هم کشیده می‌شوند و قطب‌های شمال و جنوب آهن‌ربا یکدیگر را جذب می‌کنند. این کشش و جاذبه بسیار قوی است و گاهی
اوقات جداکردن دو آهن‌ربا از یکدیگر کار بسیار مشکلی است.پس بنابراین قطب‌های همنام یا همانند، یکدیگر را دفع می‌کنند و قطب‌های غیرهمنام یا متفاوت یکدیگر را جذب می‌کنند.آهن‌ربا بعضی از مواد را به طرف خود می‌کشد و آن موادی است که خاصیت آهن‌ربایی داشته باشند؛ مثل سنجاق، سکه، گیره کاغذ، قیچی، میخ، سوزن و چیزهایی که فلزی باشد.آهن‌رباها به شکل‌های مختلفی ساخته می‌شوند. گاهی وقت‌ها به شکل مستطیل و بعضی‌وقت‌ها به شکل نعل اسب و یا میله‌ای است و با دو رنگ، قطب شمال و جنوب آن مشخص می‌شود.
از آهن‌ربا در جاهای زیادی استفاده می‌شود؛ به عنوان نمونه، یخچال از فولاد درست شده و به در فولادی یخچال یک آهن‌ربا چسبیده است که باعث می‌شود در یخچال بسته بماند و در وسایلی که برای تزئین و زیبایی به در یخچال می‌چسبانند، پشتش یک آهن‌ربا چسبیده است و این باعث می‌شود به در فولادی یخچال بچسبد.گاهی اوقات هم برای جمع‌آوری فلزات از آهن‌ربا استفاده می‌شود. وقتی آهن یا فولاد به یک آهن‌ربا می‌چسبد، خودش هم یک آهن‌ربا می‌شود. اولین گیره کاغذ که به آهن‌ربا می‌چسبد، گیره دومی را آهن‌ربا می‌کند و هر قدر که آهن‌ربا قوی‌تر باشد گیره‌های بعدی نیز خاصیت آهن‌ربا را پیدا می‌کنند و این گیره‌ها به هم می‌چسبند.یک نکته جالب درباره آهن‌ربا این است که اگر یک فلزی را به آهن‌ربا مدتی بکشیم، آن فلز یک آهن‌ربا می‌شود و براحتی می‌تواند یک گیره فلزی را بلند کند.

انواع آهنربا :

اساس کار تمام آهنرباها یکسان است، اما به دلیل کاربرد در دستگاههای مختلف ، آرایش و صنعت ، آن را به اشکال و اندازه‌های گوناگون می سازند، و لذا انواع آن از لحاظ شکل عبارتند از :
• تیغهای
• میلهای
• نعلیشکل
• استوانهای
• حلقهای
• کروی
• پلاستیکی
• سرامیکی و ...

سیر تحولی و رشد :

انسانهای اولیه به سنگهایی برخورد کردند که قابلیت جذب آهن را داشتند. معروف است که ، نخستین بار ، شش قرن قبل از میلاد مسیح ، در شهر باستانی ماگنزیا واقع در آسیای صغیر «ترکیه امروزی) ، یونانیان به این سنگ برخورد کردند. بنابراین بخاطر نام محل پیدایش اولیه ، نام این سنگ را ماگنتیت یا مغناطیس گذاشتند که ترجمه فارسی آن آهنربا می باشد. سنگ مذکور از جنس اکسید طبیعی آهن با فرمول شیمیایی Fe3O4 می باشد.
بعدها ملاحظه گردید که این سنگ در مناطق دیگر کره زمین نیز وجود دارد. پدیده مغناطیس همراه با کشف آهنربای طبیعی مشاهده شده است. با پیشرفت علوم مختلف و افزایش اطلاعات بشر در زمینه مغناطیس ، انواع آهنرباهای طبیعی و مصنوعی ساخته شد. امروزه از آهنربا در قسمتهای مختلف مانند صنعت ، دریانوردی و ... استفاده می گردد.

منشا پیدایش :

کهربا شیرهای است که مدتها پیش از بعضی از درختان مانند کاج که چوب نرم دارند، بیرون تراوید. و در طی قرنها سخت شده و بصورت جسم جامدی نیم شفاف در آمده است. کهربا به رنگهای زرد تا قهوهای وجود دارد. کهربای صیقل داده شده سنگ زینتی زیبایی است و گاهی شامل بقایای حشرههایی است که در زمانهای گذشته در شیره چسبناک گرفتار شده اند.
یونانیان باستان خاصیت شگفت انگیز کهربا تشخیص داده بودند. اگر کهربا را به شدت به پارچهای مالش دهیم اجسامی مانند تکه های کاه یا رانههای گیاه را که نزدیک آن باشد جذب میکند. اما سنگ مغناطیس یک ماده معدنی است که در طبیعت وجود دارد. نخستین توصیف نوشته شده از کاربرد سنگ مغناطیس به عنوان یک قطب نما در دریانوردی در کشورهای غربی ، مربوط به اواخر قرن دوازدهم میلادی است. ولی خواص این سنگ خیلی پیش از آن در چین شناخته شده بود.

حوزه عمل :

آهنربا به طور مستقیم و غیر مستقیم در زندگی روزانه بشر موثر است و به جرات می توان گفت که اگر این خاصیت نبود زندگی بشر امروزی با مشکل مواجه می شد. از جمله وسایلی که در ساختمان آن از خاصیت آهنربایی استفاده شده است، می توان به یخچال ، قطب نما ، کنتور برق ، انواع بلندگوها ، موتورهای الکتریکی (مانند کولر ، پنکه ، لوازم خانگی و ...) ، وسایل اندازه گیری الکتریکی مانند ولت سنج ، آمپر سنج و ... اشاره کرد.

آیا آهنربا بغیر از آهن ، اجسام دیگری را جذب می کند؟

بعد از پیدایش آهنربا ، دانشمندان به این فکر افتادند که آیا آهنربا غیر از آهن ، اجسام دیگری را نیز می تواند جذب کند. پس از بررسیها و مطالعات مختلف ، سرانجام مشخص شد که آهنربا در عنصر دیگر به نامهای نیکل و کبالت را نیز می تواند جذب کند. بر این اساس به سه عنصر آهن ، کبالت ، نیکل و آلیاژهای آنها که توسط آهنربا جذب می گردد، مواد مغناطیسی می گویند. بدیهی است که سایر مواد را که فاقد این خاصیت است، مواد غیر مغناطیسی می گویند.

آهنربای الکتریکی

آهنربای دائمی با کیفیت بالا کاربردهای بسیار زیاد و مهمی در علم و انقلاب تکنولوژیک ، مثلا در اسبابهای اندازه گیری الکتریکی دارند. ولی میدانهایی که توسط آنها ایجاد می‌شود خیلی قوی نیست، اگر چه آلیاژهای مخصوصی که اخیرا بدست آمده‌اند داشتن آهنربای دائمی قوی که خواص مغناطیسی خود را برای مدت مدیدی حفظ کنند امکان پذیر ساخته است. از جمله این آلیاژها ، مثلا فولاد-کبالت است که شامل حدود 50% آهن ، 30% کبالت و مخلوطهایی از تنگستن ، کروم و کربن است.
عیب دیگر آهنربای دائمی این است که القای مغناطیسی آنها نمی‌تواند به سرعت تغییر کنند. از این نظر ، سیملوله‌های حامل جریان (آهنرباهای الکتریکی) بسیار مناسبند. زیرا با تغییر جریان در سیم پیچ سیملوله می‌توان میدان آنها را به آسانی تغییر داد. با قرار دادن هسته آهنی داخل سیملوله ، میدان آن را می‌توان صدها هزار بار افزایش داد. بیشتر آهنرباهای الکتریکی که در مهندسی بکار می‌روند چنین ساختمانی دارند.

ساخت آهنربای الکتریکی ساده

آهنربای الکتریکی ساده را می‌توان در منزل ساخت. کافی است که چندین دور سیم عایق شده‌ای را بر یک میله آهنی (پیچ یا میخ ، بپیچانیم و دو انتهای سیم را به یک منبع dc نظیر انبار ، یا پیل گالوانی وصل کنیم. بهتر است آهن ابتدا تابکاری شود، یعنی ، تا دمای سرخ شدن داغ شود. مثلا در کوره گرم و سپس به آرامی سرد شود. سیم پیچ باید توسط رئوستایی با مقاومت 1W تا 20W به باتری وصل شود، بطوری که جریان مصرف شده از باتری خیلی شدید نباشد. گاهی آهنرباهای الکتریکی شکل نعل اسب را دارند که برای نگه داشتن بار بسیار مناسبترند.

ساختار آهنربای الکتریکی

میدان پیچه با هسته آهنی بسیار قویتر از پیچه بدون هسته است، زیرا آهن درون پیچه شدیدا مغناطیده و میدان آن بر میدان پیچه منطبق است. ولی ، هسته‌هایی آهنی که در آهنرباهای الکتریکی برای تقویت میدان بکار می‌روند، فقط تا حدود معینی مقرون به مساحت‌اند. در واقع ، میدان آهنرباهای الکتریکی عبارت است از برهمنهی میدان حاصل از سیم ‌پیچ حامل جریان و میدان هسته مغناطیده ، برای جریانهای ضعیف ، میدان دوم به مراتب قویتر از میدان اولی است.
وقتی که میدان در سیم پیچ افزایش می‌یابد، ابتدا این دو میدان به یک میزان معینی متناسب با جریان افزایش می‌یابند، بطوری که نقش هسته تعیین کننده می‌ماند. ولی ، با افزایش بیشتر جریانی که از سیم پیچ می‌گذرد، مغناطش آهن کند می‌شود و آهن به حالت اشباع مغناطیسی نزدیک می‌شود. وقتی که عملا تمام جریانهای مولکولی موازی شدند، افزایش بیشتر جریانی که از سیم ‌پیچ می‌گذرد نمی‌تواند چیزی بر مغناطش آهن اضافه کند، در حالی که میدان سیم‌ پیچ به زیاد شدن متناسب با جریان ادامه می‌دهد.
هرگاه جریان شدید از سیم‌ پیچ (برای دقت بیشتر ، در لحظه‌ای که تعداد آمپر ـ دورها در متر به 106 نزدیک می‌شود.) بگذارند، میدان حاصل از سیم ‌پیچ بسیار قویتر از میدان هسته آهنی اشباع شده می‌شود. بطوری که هسته عملا بی‌فایده می‌شود و فقط ساختمان آهنربای الکتریکی را پیچیده می‌کند. به این دلیل ، آهنرباهای الکتریکی ، پر قدرت بدون هسته آهنی ساخته می‌شوند.

آهنربای الکتریکی پر قدرت

تهیه آهنرباهای الکتریکی پرقدرت مسأله انقلاب تکنولوژیک بسیار پیچیده‌ای است. در واقع ، برای اینکه بتوانیم جریانهای بزرگی را بکار بریم، سیم‌پیچها باید از سیم کلفتی ساخته شوند. در غیر این صورت ، سیم‌ پیچ شدیدا گرم و حتی گداخته می‌شود. گاهی بجای سیم از لوله‌های مسی استفاده می‌شود، که در آن جریان نیرومند آب برای خنک کردن سریع دیواره‌های لوله که جریان از آن می‌گذرد گردش می‌کند. ولی با سیم ‌پیچی که از سیم کلفت یا لوله ساخته شده است داشتن تعداد زیادی دور در واحد طول ناممکن است.
از طرف دیگر ، استفاده از سیم نازک تعداد دورهای زیادی را در واحد متر ممکن می‌سازد، نمی‌گذارد تا جریانهای زیاد را بکار بریم. پیشرفت زیادی را در ایجاد میدانهای مغناطیسی بدست آمده به بهره گیری از ابررسانا‌ها در سیم پیچهای مغناطیسها مربوط می‌شود، که بکار بردن جریانهای شدید را مقدور می‌سازد.

تکنیک کاپیتزا

کاپیتزا (P.L. kapitza) فیزیکدان شوروی سابق راه هوشمندانه‌ای را برای بیرون آمدن از این وضع پیشنهاد کرد. او جریانهای عظیم 104 آمپر را برای مدت بسیار کوتاهی حدود 0.01 s از سیملوله‌ای گذرانید. در این مدت ، سیم ‌پیچ سیملوله خیلی شدید گرم نشد، در حالی که میدانهای مغناطیسی کوتاه مدت شدیدی بدست آمده بودند.
البته او وسایل خاصی را ترتیب داد که برای ثبت نتایج آزمایشهایی که در آنها اثر میدان مغناطیسی پرقدرت حاصل در سیملوله برای اجسام گوناگون مورد بررسی قرار می‌گرفتند. در اغلب کاربردهای فنی ، تعداد آمپر ـ دورها در سیم ‌پیچهای آهنرباهای الکتریکی میدانهای نسبتا شدید می‌توان بدست آورد (با القای چند تسلا).

کاربرد آهنربای الکتریکی
نیروی آهنربایی :

نیرویی که در آهنربایی با آن اجسام آهنی را جذب می‌کند با افزایش فاصله بین آهنربا و آهن به تندی کاهش می‌یابد. به این دلیل ، نیروی بالابرنده آهنربای الکتریکی ، معمولا با نیرویی معین می‌شود که بر آهن واقع در مجاورت بلافصله خود وارد می‌کند. به عبارت دیگر ، نیروی بالابرنده یک آهنربا مساوی نیرویی است که برای جدا کردن آن تکه تمیزی از آهن صاف که جذب آن شده لازم است.

آهنربای دائمی

آهنربای دائم به اختصار PM1 خوانده می‌شود و قطعه‌ای از فولاد سخت و یا دیگر مواد مغناطیسی که تحت اثر میدانهای شدید ، مغناطیس شده و این اثر را برای مدت طولانی در خود حفظ می‌کنند. اثر آهنربایی اولین بار ، روی قطعه‌هایی از سنگ معدن آهن ، به نام آهنربای طبیعی یا معدنی در طبیعت مشاهده شد و دیدند که قطعات آهن را به خود جذب می‌کند.
بعدا دریافتند که چنانچه قطعه درازی از این سنگ آهن مغناطیسی معدن را ، بطور معلق در هوا نگهدارند این قطعه دراز خود را در امتدادی قرار می‌دهد که یک انتهایش به طرف قطب شمال زمین قرار دارد و این انتهای میله آهن مغناطیس دار را قطب شمال و سر دیگر آن را قطب جنوب نامیدند. چنین قطعه سنگ معدن آهن ، آهنربای میله‌ای نامیده شد.

نظریه اول آهنربایی

هر آهنربا از تعدادی ذره آهنربایی تشکیل شده است. وقتی یک قطعه آهن ، آهنربا نیست، ذرات آهنربایی بطور پراکنده و دلخواه داخل آن قرار دارند و وقتی ذرات داخل آهن در امتدادی منظم قرار گیرند، اثرات مغناطیسی آنها باهم جمع شده و آن آهن ، آهنربا می‌شود.

نظریه دوم آهنربایی

خاصیت آهنربایی به الکترونها وابسته است. الکترون دارای یک نیروی دوار در اطراف خود می‌باشد و وقتی مدارهای الکترونها در امتداد میله آهن طوری قرار گیرند که دایره‌های نیرو با یکدیگر جمع شوند، میله آهنی ، آهنربا می‌شود. در طبیعت از نقطه نظر تغییرات چگالی فلوی مغناطیسی (B) بر حسب جریان (I) می‌توان مواد را به دو دسته تقسیم نمود:
1. مواد غیر مغناطیسی: از این مواد می‌توان پلاستیک و میکا و عایقهای جریان الکتریکی را نام برد. در این مواد ، نفوذ پذیری مغناطیسی عددی ثابت است و مقدار آن را µ˚= 4π×10-7 فرض می‌کنیم.
2. مواد مغناطیسی: مواد مغناطیسی که به مواد فرومغناطیسی نیز معروفند جزء گروه آهن به شمار می‌روند. در این مواد با جریان مفروض I چگالی شار (B) افزونتری نسبت به فضای آزاد شکل می‌گیرد و منحنی B-I این مواد غیر خطی است. مواد مغناطیسی خود به دو گروه تقسیم بندی می‌شوند:
• مواد فرومغناطیسی نرم: که آنها خطی کردن تغییرات B بر حسب I (منحنی B-I) امکان پذیر است، از تقریب خوبی برخوردار می‌باشد و در این مواد ، B بخاطر I حاصل می‌شود.
• مواد فرومغناطیسی سخت: که از اینگونه مواد برای ساخت مغناطیس دائم استفاده می‌شود. در این مواد B بخاطر دو عامل جریان (I) و خاصیت مغناطیس شوندگی ماده (M) بروزمی کند. این مواد در اثر میدانهای شدید ، مغناطیس شده و این اثر را تا مدت طولانی خود حفظ می‌کنند.
مواد مغناطیسی برای مقاصد خاص نیز ساخته می‌شوند، بطوری که طی سی سال گذشته چند ماده مغناطیسی جدید ساخته شده که مشخصات لازم برای ایجاد یک آهنربای دائم خوب را دارا هستند. آهنربای دائم خوب ، از ماده‌ای است که تا حد امکان شار باقیمانده (یا چگالی شار باقیمانده) بزرگی داشته باشند. عمده این مواد فریتها (مواد مغناطیسی سرامیکی) و مواد مغناطیسی خاک کمیاب هستند.

انواع آهنربای دائم

سه نوع آهنربای دائم که دارای کاربرد فراوان هستند به شرح زیرند:

آهنربای آلنیکو

آلنیکو از ابتدای نام سه عنصر آلومینیوم ، نیکل و کبالت گرفته شده است. این آلیاژ که عمدتا از فلزات آهن و آلومینیوم و نیکل و کبالت ساخته می‌شود، قابلیت پذیرش نیروی مغناطیسی بالایی و به منظور ساختن آهنربای دائم بلندگوها و لامپهایی با حوزه مغناطیسی و در سروموتورهای DC2 پیشرفته استفاده می‌شود.

معمولا در آخر اسم "آلنیکو" حرفی اضافه می‌گردد که مشخص کننده قدرت آهنربا است. فرضا "آلنیکوv" قویترین آهنربای دائم نسبت به "آلنیکوها" است و معمولا آهنربای "آلنیکو" را به صورت طولی مغناطیس می‌کنند و سپس مورد استفاده قرار می‌دهند. منظور از مغناطیس کردن طولی این است که دو قطب S و N در طول جسم قرار می‌گیرند.

آهنربای فریت

این آهنربا را آهنربای سرامیک نیز می‌نامند. این آهنربای دائم از ترکیب مواد ذوب شده نوعی چینی و پودر ماده مغناطیسی ساخته می‌شود. این آهنربا چون پودر پس ماند مغناطیسی و نیروی خنثی کننده زیادی دارد، آن را به صورت عرضی مغناطیسی می‌کنند. منظور از مغناطیس کردن عرضی ، قرار گرفتن دو قطب S و N در عرض جسم است و چون چگالی شار (B) این آهنربای دائم کم است برای جبران چگالی شار زیاد، آن را دراز می سازند.
چون هزینه ساخت این آهنربا کم بوده و مواد اولیه آن به ارزانی قابل تهیه است، بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. نامگذاری آهنربای فریت با توجه به نوع عنصری که در ساخت آهنربا از آن استفاده شده است صورت می‌گیرد. مثل فریت استرونیتام و یا فریت باریم.

آهنربای سارماریوم - کبالت

عنصر اصلی این آهنربای دائم عنصر ساماریوم با علامت اختصاری Sm و عدد اتمی 62 است. چون این آهنربای کمیاب (به دلیل عنصر تشکیل دهنده کمیاب ساماریوم) دارای پس ماند مغناطیسی و خنثی کننده خیلی زیادی است، به همین دلیل می‌تواند شدتی به مراتب بزرگتر از آهنربای دائم معمولی داشته باشد. به عنوان مثال در یک طول و مساحت برابر ، چگالی شار (B) این آهنربا دو برابر آهنربای سرامیک است.
هزینه تولید این آهنربا قابل ملاحظه است و به همین دلیل آن را کم قطر می‌سازند. چون شدت مغناطیسی این آهنربا بالا است، لذا از چنین آهنربایی که در ابعاد کوچک و وزن کمتر شدت مغناطیسی خوبی دارد در ساعتهای الکترونیکی و لامپهای ماگنترون و تجهیزات نظامی و سروموتورها هواپیما استفاده می‌کنند. به این ترتیب روز به روز دامنه کاربرد این آهنربا رو به افزایش است.

آهنربای الکتریکی با نیروی بالا برندگی زیاد :

برای بدست آوردن آهنربای الکتریکی با نیروی بالا برنده تا حد امکان زیاد ، باید سطح تماس بین قطبهای آهنربا و جسم آهنی جذب شده (معروف به جوشن) را افزایش داد، و سعی کرد تا تمام خطوط میدان مغناطیسی فقط از آهن بگذرد، یعنی تمام فواصل هوا یا شکاف‌های بین جوشن و قطب‌های آهنربا حذف شوند. برای این منظور باید سطوح قوه تغذیه می‌شود می‌تواند باری به جرم 80 تا 100Kg را نگه دارد.

کاربرد آهنرباهای الکتریکی با نیروی بالا برندگی زیاد :

از آهنرباهای با نیروی بالابرهای بزرگ در مهندسی برای مقاصد گوناگونی استفاده می‌شود. مثلا ، جرثقیلهایی که با آهنربای الکتریکی کار می‌کنند، در کارخانه‌های استخراج فلز و فلزکاری برای حمل تکه‌های آهن یا ادوات که باید روی آن آشکار شود جذب آهنربای الکتریکی نیرومندی می‌شود. کافی است که جریان را وصل کنیم تا جسم در هر وضعی بر میز کار ثابت شود، یا جریان را قطع کنیم تا جسم رها شود.
برای جدا کردن مواد مغناطیسی از اجسام غیر مغناطیسی ، نظیر جداسازی سنگ‌آهن از کلوخ «جداسازی مغناطیسی) ، جدا کننده‌های مغناطیسی به کار می‌روند، که در آنها ماده‌ای که باید تصفیه شود از میدان مغناطیسی نیرومند آهنربای الکتریکی می‌گذرند. این میدان تمام ذرات مغناطیسی را از ماده جدا می‌کند.

آهنربای الکتریکی پیشرفته :

اخیرا آهنرباهای الکتریکی پرقدرت با سطوح عظیم قطبها کاربردهای مهمی در ساختمان شتابدهنده‌ها یافته‌اند، یعنی وسایلی که در آنها ذرات باردار الکتریکی الکترونها و پروتونها) تا سرعتهای بسیار بالایی که به انرژی 108 تا 109 الکترون ولت مربوطند، شتاب داده می شوند. باریکه هایی از چنین ذرات که با سرعت بسیار زیادی حرکت می‌کنند ابزار عمده ای برای بررسی ساختار اتمی‌اند. آهنرباهایی که در این وسایل به کار می‌روند حجم‌های عظیمی دارند.

آهنرباهای الکتریکی با قطب های مخروط ناقص :

وقتی که لازم باشد میدان مغناطیسی بسیار نیرومندی را فقط در ناحیه کوچکی بدست می‌آوریم، آهنرباهای الکتریکی با قطب‌هایی به شکل مخروط ناقص به کار می‌روند. آن گاه در فضای کوچک بین آنها میدانی با القای مغناطیسی با 5T را می‌توان به آسانی به دست آورد. چنین آهنرباهای الکتریکی‌ای عمدتا در آزمایشگاه‌های فیزیک برای آزمایش‌هایی با میدان مغناطیسی نیرومند به کار می روند.

کاربردهای پزشکی آهنرباهای الکتریکی :

انواع دیگر آهنربای الکتریکی نیز برای مقاصد خاصی طراحی شده اند. مثلا ، پزشک‌ها برای خارج کردن براده‌های آهن که تصادفی وارد چشم شده باشند از آهنربای الکتریکی استفاده می‌کنند. برای خارج ساختن سوزن و سایر اشیا تیز فرو رفته در پا و سایر اعضای بدن از آهنرباها استفاده می‌شود.

مغناطیس

علم مغناطیس از این مشاهده که برخی سنگها (ماگنتیت) تکه‌های آهن را جذب می کردند سرچشمه گرفت. واژه مغناطیس از ماگنزیا یا واقع در آسیای صغیر ، یعنی محلی که این سنگها در آن پیدا شد، گرفته شده است. زمین به عنوان آهنربای دائمی بزرگ است که اثر جهت دهنده آن بر روی عقربه قطبهای آهنربا ، از زمانهای قدیم شناخته شده است. در سال 1820 اورستد کشف کرد که جریان الکتریکی در سیم نیز می‌تواند اثرهای مغناطیسی تولید کند، یعنی می‌تواند سمت گیری عقربه قطب نما را تغییر دهد.
در سال 1878 رولاند (H.A.Rowland) در دانشگاه جان هاپکینز متوجه شد که یک جسم باردار در حال حرکت (که آزمایش او ، یک قرص باردار در حال دوران سریع) نیز منشاأ اثرهای مغناطیسی است. در واقع معلوم نیست که بار متحرک هم ارز جریان الکتریکی در سیم باشد. جهت مطالعه زندگینامه علمی رولاند فیزیکدان برجسته آمریکایی به کتاب زیر مراجعه شود:
Phusics by John D.Miller,Physics
Today , July 1976Rowland،s البته دو علم الکتریسیته و مغناطیس تا سال 1820 به موازات هم تکامل می یافت اما کشف بنیادی اورستد و سایر دانشمندان سبب شد که الکترومغناطیس به عنوان یک علم واحد مطرح شود. برای تشدید اثر مغناطیسی جریان الکتریکی در سیم می‌توان را به شکل پیچه‌ای با دورهای زیاد در آورد و در آن یک هسته آهنی قرار داد. این کار را می‌توان با یک آهنربای الکتریکی بزرگ ، از نوعی که معمولا در پژوهشگاههای برای کارهای پژوهشی مربوط به مغناطیس بکار می‌رود، انجام داد.

تولد میدان مغناطیسی

دومین میدانی که در مبحث الکترومغناطیس ظاهر می شود، میدان مغناطیسی است. این میدانها و به عبارت دقیقتر آثار این میدانها از زمانهای بسیار قدیم ، یعنی از همان وقتی که آثار مغناطیسهای طبیعی سنگ آهنربا (Fe3O4 یا اکسید آهن III) برای اولین بار مشاهده شد، شناخته شده‌اند. خواص شمال و جنوب یابی این ماده تاثیر مهمی بر دریانوردی و اکتشاف گذاشت با وجود این، جز در این مورد مغناطیس پدیده ای بود که کم مورد استفاده قرار می گرفت و کمتر نیز شناخته شده بود، تا اینکه در اوایل قرن نوزدهم اورستد دریافت که جریان الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند.
این کار تواأم با کارهای بعدی گاؤس ، هنری . فاراده و دیگران نشان دادند که این شراکت واقعی بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد و این دو توأم تحت عنوان میدان الکترومغناطیسی حضور دارند. به عبارتی این میدانها به طرز جدایی ناپذیری در هم آمیخته شده‌اند.

حوزه عمل و گسترش میدان مغناطیسی

تلاش مردان عمل به توسعه ماشینهای الکتریکی ، وسایل مخابراتی و رایانه‌ها منجر شد. این وسایل که پدیده مغناطیسی در آنها دخیل است نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ایفا می‌کنند. با گسترش و سریع علوم از اعتبار این علوم اولیه کاسته نمی‌شود و همیشه سازگاری خود را با کشفیات جدید حفظ می‌کند.

مغناطیسهای طبیعی و مصنوعی

• بعضی از سنگهای آهن یاد شده در طبیعت خاصیت جذب اشیای آهنی کوچک ، مانند براده‌ها یا میخهای مجاور خود را دارند. اگر تکه‌ای از چنین سنگی را از ریسمانی بیاویزیم ، خودش را طوری قرار می‌دهد که راستایش از شمال به جنوب باشد، تکه‌های چنین سنگهایی به آهنربا یا مغناطیس معروف است.
• یک تکه آهن یا فولاد با قرار گرفتن رد مجاورت آهنربا ، آهنربا یا مغناطیده می‌شود، یعنی توانایی جذب اشیای آهنی را کسب می‌کند. خواص مغناطیسی این تکه آهن یا فولاد هر چه به آهنربا نزدیکتر باشد، قویتر است. وقتی که تکه‌ای از آهن و آهنربا با یکدیگر تماس پیدا کنند ، مغناطش یا آهنربا شدگی به مقدار ماکزیمم (میخ آهنی که به آهنربا نزدیک شود خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند و براده‌های آهنربا را جذب می‌کند) می‌باشد.
• هنگامی که آهنربا دور شود، تکه آهن یا فولاد که توسط آهنربا شده‌اند بخش زیادی از خواص مغناطیسی بدست آورده را از دست می‌دهند، ولی باز هم تا حدی آهنربا می‌مانند. از اینرو به آهنربای مصنوعی تبدیل می‌شوند و همان خواص آهنربای طبیعی را دارد. این پدیده را می‌توان با آزمایش ساده‌ای به اثبات رسانید. خاصیت آهنربایی که به هنگام تماس تکه آهن با آ‌هنربا پیدا می‌شود بر خلاف مغناطش بازمانده که با دور شدن آهن ربا باقی می‌ماند، مغناطش موقت نامیده می‌شود. آزمایشهایی از این نوع نشان می‌دهد که مغناطش بازمانده خیلی ضعیفتر از مغناطش موقت است، مثلا در آهن نرم فقط کسر کوچکی از آن است.
• هم مغناطش موقت و هم مغناطش بازمانده برای درجات مختلف آهن و فولاد متفاوت است. مغناطش موقت آهن نرم و آهن تابکاری شده از آهن نرم و فولاد تابکاری نشده به مقدار زیادی قویتر است. بر عکس مانده مغناطش فولاد ، به ویژه درجاتی از آن که شامل مثلا آمیزه کبالت است، خیلی قویتر از مغناطش باز مانده در آهن نرم است. در نتیجه ، اگر دو میله یکسان ، یکی ساخته شده از آهن نرم و دیگری از فولاد را اختیار کنیم و آنها را در مجاورت آهنربای یکسانی قرار دهیم ، میله آهن نرم قویتر از فولاد آهنربا می‌شود.
ولی اگر آهنربا را دور کنیم، میله آهن نرم تقریبا بطور کلی مغناطیده می‌شود، در حالیکه میله فولاد مقدار قابل توجهی از خاصیت آهنربایی اولیه خود را حفظ می کند. در نتیجه ، آهنربای دائمی از میله فولادی از میله آهنی خیلی قویتر است. به این دلیل آهنرباهای دائمی را از درجات خاصی از فولاد درست می‌کنند نه از آهن.
• آهنرباهای مصنوعی که بطور ساده با قرار دادن تکه‌ای فولاد در نزدیکی یک آهنربا یا با تماس با آن بدست آمده نسبتا ضعیف هستند. آهنرباهای قویتر را با مالیدن تیغه فولادی با آهنربا در یک جهت بدست می‌آورند. البته در این حالت نیز آهنرباهایی که بدست می‌آید که از آهنربایی که مغناطش به توسط آن انجام شده است، ضعیفتر است. هر نوع ضربه یا تکانی در طول مغناطش عمل را آسانتر می‌کند. برعکس تماس دادن آهنربای دائمی با تغییر ناگهانی و زیاد دمای آن ممکن است باعث وامغناطش آن شود.
• وامغناطش بازمانده نه تنها به ماده بلکه به شکل جسمی که آهنربا می‌شود نیز بستگی دارد. میله‌های نسبتا کوتاه و کلفت از آهن نرم بعد از دور شدن آهنربا تقریبا به کلی خاصیت آهنربایی را از دست می‌دهند. با وجود این ، اگر همین آهن را برای ساختن سیمی به طول 300 تا 500 برابر قطر آن بکار بریم، این سیم (ناپیچیده) خاصیت مغناطیسی خود را به مقدار زیادی حفظ خواهد کرد.

انرژی مغناطیسی

هرگاه یک منبع ولتاژی را که قادر به ایجاد ولتاژی به اندازه V است، به مداری متصل کنیم، در این مدار جریان الکتریکی برقرار می‌‌شود، اما هر ماده دارای یک مقاومت الکتریکی می‌‌باشد، بنابراین مجموع ولتاژ چشمه و نیروی محرکه القایی در مدار با حاصلضرب مقاومت مدار در جریانی که از آن می‌‌گذرد، برابر خواهد بود و چون جریان را به صورت مشتق زمانی بار الکتریکی تعریف می‌‌کنند، بنابراین می‌‌توان گفت که چشمه ولتاژ یا باتری مقداری کار انجام می‌‌دهد تا مقداری بار الکتریکی را در مدار انتقال دهد.
مقداری از این کار انجام شده توسط منبع ولتاژ یا انرژی تزریق شده به مدار و مقداری هم به صورت گرما تلف می‌‌شود. این انرژی برگشت ناپذیر است. مقدار دیگری از انرژی نیز صرف تغییر شار در مدار می‌‌شود، یعنی این جمله دوم کاری است که علیه نیروی محرکه القا شده در مدار انجام می‌‌شود. بنابراین اگر در یک مدار صلب و ساکن که بجز اتلاف گرمای ژول هیچ انرژی دیگری از دست نمی‌‌دهد، کار انجام شده توسط باتری با تغییر انرژی مغناطیسی مدار برابر خواهد بود.

انرژی مغناطیسی مدارهای جفت شده

در بحث الکتریسیته به مجموع چند مقاومت و خازن یا قطعات دیگر الکترونیکی که به یک منبع ولتاژ وصل شده باشد، مدار الکتریکی می‌‌گویند. در بحث مغناطیس به مجموعه سیم پیچی که بر اطراف حلقه‌ای از یک ماده مغناطیسی پیچیده شده باشد، مدار مغناطیسی می‌‌گویند.
حال فرض کنید که دستگاهی متشکل از تعدادی مدار که با یکدیگر برهمکنش دارند، داشته باشیم. برای اینکه بتوانیم انرژی مغناطیسی این دستگاه را بیان کنیم، فرض می‌کنیم در حالت اول کلیه این مدارها بدون جریان هستند و ما تمام جریانها را بطور هماهنگ به مقدار نهایی‌شان می‌‌رسانیم، یعنی در هر لحظه از زمان تمام جریانها کسر یکسانی از مقدار نهایی خود را دارند. البته این امر تنها زمانی درست است که مدارها صلب بوده و محیطهای موجود خطی باشند، تا انرژی نهایی به ترتیب تغییر جریانها بستگی نداشته باشد.
بنابراین اگر جریان هر مدار را با I_i و شار مغناطیسی القا شده در آن را با Ф_i نشان دهیم، به رابطه زیر خواهیم رسید:

که n تعداد مدارها می‌‌باشد. البته این رابطه را می‌‌توان برحسب القا متقابل مدارها نوشت.

چگالی انرژی در میدان مغناطیسی

رابطه‌ای که در قسمت قبلی برای انرژی مغناطیسی مدار محاسبه شد، رابطه مفید است، چون پارامترهای موجود در آن را می‌توان با اندازه گیری مستقیم بدست آورد. از طرف دیگر ، می‌‌توان انرژی را برحسب میدانهای برداری مغناطیسی و بردار شدت میدان مغناطیسی بیان کرد. در این صورت چون رابطه گویاتر است و تصویری را عرضه می‌‌کند که در آن انرژی در خود میدان مغناطیسی ذخیره شده است، لذا این بیان مفیدتر است.
این رابطه نسبت به رابطه قبلی کلی‌تر می‌باشد و اگر محیط مورد نظر ما یک محیط خطی باشد، یعنی بتوانیم با داشتن یکی از مقادیر شدت میدان مغناطیسی (H) یا القا مغناطیسی (B) یکی را برحسب دیگری محاسبه کنیم، به راحتی می‌‌توانیم مقدار انرژی ذخیره شده در آن مدار را با استفاده از حل یک انتگرال ساده از رابطه زیر محاسبه کنیم:

که در آن ضرب موجود از نوع ضرب عددی یا اسکالر است و انتگرال روی حجم مدار انجام می‌‌گیرد.

چگالی انرژی مغناطیسی

تابع انتگرال (یا سیگما) که در رابطه مربوط به انرژی مغناطیسی ظاهر می‌‌گردد، یک انتگرال حجمی ‌است که روی تمام نقاط فضا گرفته می‌‌شود و لذا بدیهی است که می‌‌توانیم انرژی واحد حجم را به عنوان چگالی انرژی مغناطیسی تعریف کنیم، یعنی اگر چگالی انرژی را با μ نشان دهیم،



در این صورت  خواهد بود.
در مورد خاص اجسام مغناطیسی همسانگر و خطی که بین H و B یک رابطه خطی وجود دارد، یعنی
است که در آن μ تراوایی مغناطیسی ماده می‌‌باشد، لذا رابطه چگالی انرژی به فرم ساده زیر در می‌‌آید:

اثر مغناطیسی جریان الکتریکی

اثرهای ساده الکتریکی و مغناطیسی را از زمانهای قدیم می‌شناختند. حدود 600 سال قبل از میلاد یونانیان می‌دانستند که آهنربا آهن را جذب می‌کند و کهربای مالیده به لباس چیزهای سبک مانند کاه را بسوی خود می‌کشد. با وجود این اختلاف بین جذبهای الکتریکی و مغناطیسی تعیین نشده بود و این پدیده‌ها را از یک نوع در نظر می‌گرفتند.
خط فاصل روشن بین این دو پدیده را گیلبرت (W. Gilbert) ، فیزیکدان و طبیعت شناس انگلیسی پیدا کرد. و نیز او کتابی درباره آهنربا ، "اجسام آهنربایی" و "زمین به عنوان آهنربای بزرگ" در سال 1600 منتشر کرد. کار وی شروع بررسی در پدیده‌های الکتریکی را نشان می‌دهد. گیلبرت در این کتاب همه خواص آهنرباهای شناخته شده تا آن زمان را تشریح کرده و نتایج آزمایشهای خیلی مهم ، شخص خود را نیز آورده است. همچنین وی شماری از تفاوتهای اساسی بین جذبهای الکتریکی و مغناطیسی را مشخص نموده و اصطلاح “الکتریسیته“ را وضع کرده است.

سیر تحولی و رشد

• بعد از انتشار کارهای گیلبرت ، تمایز بین پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی مسلم شد، اما به رغم اینکه اختلافها شماری از واقعیتها ارتباط ناگسستنی بین این پدیده‌ها را پدیدار ساخت. برجسته‌ترین این واقعیتها مغناطیس اشیای آهنی و وارونی عقربه قطب نما بر اثر آذرخش بودند.
• آراگو (D. F. Arago) ، فیزیکدان فرانسوی در کتاب خود به نام "تندر و آذرخش" ، شرح می‌دهد که چگونه در ژوئیه سال 1681، در کشتی راین (reine) واقع در دریای آزاد حدود صدها مایل از ساحل بر اثر آذرخش دکلها ، بادبانها و غیره بطور جدی صدمه دیدند. وقتی که شب فرا رسید، از روی وضع ستارگان دریافت که از سه قطب نمای در دسترس دو تا بجای شمال به سمت جنوب ایستاده بودند، در حالی که یکی از آنها به سمت شمال بود، آراگو همچنین شرح می‌دهد که هرگاه آذرخش به خانه بخورد، کارد ، چنگال و سایر اشیای آهنی را به شدت آهنربا می‌کند.
• در آغاز قرن هجدهم ثابت شد که آذرخش در واقع جریان الکتریکی شدیدی است که از هوا می‌گذرد. بنابراین به این نتیجه می‌رسیم که جریان الکتریکی خواص مغناطیسی دارد، اما این خواص جریان فقط در سال 1820 توسط اورستد (H. Oersted) فیزیکدان دانمارکی با آزمایش مشاهده و بررسی شد. همانطوری که نیروهای مؤثر بر بارهای الکتریکی نیروهای الکتریکی نام دارد، نیروهای مؤثر بر آهنرباهای طبیعی یا مصنوعی را نیروهای مغناطیسی می‌گویند.

منشأ میدان مغناطیسی

اگر در فضا نیروهای الکتریکی حاکم باشد و بر ذرات باردار نیروی الکتریکی وارد کند، می‌گوییم در این فضا میدان الکتریکی وجود دارد. از این رو آزمایش نشان می‌دهد که در فضای اطراف جریان الکتریکی ، نیروهای مغناطیسی ظاهر می‌شود، یعنی میدان مغناطیسی بوجود می‌آید.

اولین سوال اورستد

آیا ماده سیم روی میدان مغناطیسی بوجود آمده از جریان اثر دارد یا نه؟ اورستد دریافت که سیمهای اتصال را می‌توان از چند سیم یا نوار باریک مختلف درست کرد و جنس فلز در نتیجه اثر نمی‌گذارد (احتمالا اگر بزرگ باشد اثر می‌گذارد). چون فلزات مختلف ، مقاومتهای الکتریکی متفاوتی دارند، اگر به باتری وصل شود، می توانند جریانهای متفاوت داشته باشند و در نتیجه اثر مغناطیسی این جریانها متفاوت خواهد بود.
اما باید بخاطر داشت که آزمایش اورستد پیش از وضع قانون اهم و دستیابی به مفهوم بستگی مقاومت رساناها به جنس ماده تشکیل دهنده آنها انجام گرفته است. اگر آزمایش اورستد با سیمهای پلاتین ، طلا ، نقره ، برنج ، و آهن یا نوارهای روی و قلع یا جیوه انجام گیرد، همین نتیجه اخیر بدست می‌آید. اورستد آزمایشاتش را با فلز ، یعنی رساناهایی با رسانش الکترونی ، انجام داد.

اثر مغناطیسی جریان الکترولیتی

اگر در آزمایش اورستد فلز رسانا را با لوله دارای الکترولیت یا لوله‌ای که داخل آن تخلیه الکتریکی صورت می‌گیرد، استفاده شود. هر چند در این حالتها جریان الکتریکی از حرکت یونهای مثبت و منفی ناشی می‌شوند، ولی اثر آنها روی عقربه مغناطیسی با اثر رسانای فلزی یکسان است. بدون توجه به رسانای حامل جریان ، در فضای اطراف آن میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. از اینرو می‌توان گفت که در اطراف هر جریانی میدان مغناطیسی ظاهر می‌شود. این خاصیت اصلی جریان الکتریکی در اثرهای حرارتی و شیمیایی جریان الکتریکی نقش بازی می‌کند.

اثر مغناطیسی جریان و خواص الکتریکی رسانا

ایجاد میدان مغناطیسی معمولترین خاصیت از سه خاصیت جریان الکتریکی است. جریان الکتریکی فقط در یک نوع رسانا (الکترولیتها) اثر شیمیایی بوجود می‌آورد، نه در دیگران (فلزات). مقدار جریان آزاد شده توسط جریان ، بسته به مقاومت رسانا ، می‌تواند بیشتر یا کمتر باشد. در ابر رساناها ممکن است همراه جریان ، گرما آزاد می شود. از طرفی دیگر میدان مغناطیسی با جریان الکتریکی پیوندی جدایی ناپذیر دارد. این میدان به خواص مشخصی از رسانا بستگی ندارد و فقط شدت و جهت جریان آن را تعیین می‌کند. بیشترین کاربردهای صنعتی الکتریسیته نیز بوجود میدان مغناطیسی جریان وابسته می‌باشند.

الکترومغناطیس (Electromagnetism)

مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاغذ را می‌رباید. از طرف دیگر مبدأ علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت برمی‌گردد که بعضی از سنگها (یعنی سنگهای ماگنتیت) بطور طبیعی آهن را جذب می‌کند. این دو علم تا سال 1199 - 1820 به موازات هم تکامل می‌یافتند.
در سال 1199-1820 هانس کریستان اورستد (1777 - 1851) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم می‌تواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فاراده بود تکامل بیشتری یافت.
جیمز کلرک ماکسول قوانین الکترومغناطیس را به شکلی که امروزه می‌شناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده می‌شوند، همان نقشی را در الکترومغناطیس دارند که قوانین حرکت و گرانش در مکانیک دارا هستند.

اثرات میدان مغناطیسی

فضای اطراف آهنربا یا رسانای کامل جریان در حالت ویژه‌ای است که به اصطلاح "میدان مغناطیسی" نسبت می‌دهیم. این حالت مبین این نظر است که نیروهای مکانیکی وارد بر سایر آهنرباها یا رساناهای حامل جریان در این فضا ظاهر می‌شوند. البته این کنشها تنها اثر وجودی میدان مغناطیسی نیستند. تعداد پدیده‌های فیزیکی دیگری را نیز می‌توان مشخص کرد که در آنها اثر میدان مغناطیسی کاملا مشهود است. مثلا ، میدان مغناطیسی مقاومت فلزات مختلف را تغییر می‌دهد، اندازه بعضی از اجسام در میدان مغناطیسی تغییر می‌کند و نظایر آن.

اثر بارز میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی قویترین اثر را در مقاومت ویژه الکتریکی بیسموت می‌گذارد که به ساخت "میدان سنج" بیسموت منجر شده است. اجسامی که از موادی با قابلیت آهنربا شدن شدید ساخته شده‌اند (آهن ، نیکل و کبالت) بر اثر میدان مغناطیسی ابعادشان تغییر می‌کند. این پدیده که به مغناطو تنگش معروف است، کاربردهای مهمی دارد. برای برانگیختن ارتعاشات بسیار سریع میله‌های کوچک آهنی بکار می‌رود که موجهای صوتی خیلی کوتاه (موجهای فراصوت) ایجاد می‌کنند.

میدانهای مغناطیسی غیر یکنواخت

وقتی که اثر میدان مغناطیسی در نقاط مختلف ، متفاوت باشد میدان را غیر یکنواخت می‌نامند. هر گونه اثر میدان مغناطیسی را می‌توان برای اندازه گیری کمی آن بکار برد. در عمل معلوم می‌شود که مناسبتر است میدانها را با نیروهای مکانیکی وارد از آن بر آهنرباها در رساناهای حامل جریان مشخص کنیم. چون میدان مغناطیسی بر عقربه مغناطیسی یا حلقه جریان اثر سمت دهی دارد و می‌کوشد که عقربه یا عمود بر سطح حلقه ، جهت خاصی بدهد. این جهت به عنوان جهت میدان مغناطیسی انتخاب می‌شود. در مورد میدان مغناطیسی زمین این جهت از شمال به جنوب است.

القای مغناطیسی

با تشابه میدان الکتریکی که با کمیت برداری E به نام شدت میدان الکتریکی مشخص می‌شود، میدان مغناطیسی با کمیت برداری B مشخص می‌گردد که به دلایل تاریخی القای مغناطیسی نام گرفته است. البته درست‌تر این بود که در مقایسه با E این کمیت ، شدت میدان مغناطیسی نامیده می‌شد. اگر القای مغناطیسی ، میدانی در همه نقاط بزرگی و جهت یکسان داشته باشد ، میدان مغناطیسی یکنواخت نامیده می شود.

گشتاور مغناطیسی

اگر رساناهای حامل جریان بسته حلقه‌های تخت به اضلاع و اشکال گوناگون در میدان مغناطیسی یکنواخت قرار گیرند و گشتاور نیروی ماکزیمم Mmax وارد بر آنها را اندازه گیری کنیم، معلوم می‌شود که این گشتاور نیرو متناسب است با:
• جریان I داخل حلقه
• با سطوح محصور شده توسط حلقه S
• برای حلقه‌هایی با سطح S ، گشتاور ماکزیمم Mmax به شکل حلقه بستگی ندارد. یعنی برای حلقه‌های دایره‌ای ، مستطیلی ، مثلثی و حلقه‌هایی با شکل نا منظم یکسان است. بنایراین معلوم می‌شود ماکزیمم گشتاور نیرو با کمیت زیر متناسب است. Pm = IS که این کمیت به گشتاور مغناطیسی حلقه ، معروف است. وابستگی ذکر شده امکان می‌دهد تا بزرگی بردار میدان مغناطیسی B را با گشتاور نیروی ماکزیمم Mmax وارد بر حلقه‌ای با گشتاور مغناطیسی Pm مساوی واحد مشخص کنیم. در نتیجه می‌توان نوشت:
B = Mmax/pm که در آن Mmax گشتاور ماکزیممی است که در میدان معینی در حلقه جریان با گشتاور مغناطیسی pm وارد می‌شود. اگر میدان غیر یکنواخت باشد، مقدار عددی B در یک نقطه معین را با قرار دادن حلقه‌ای که اندازه‌اش در مقایسه با فواصل مخصوص تغییر میدان کوچک باشد و تعیین گشتاور Mmax وارد بر این حلقه منطبق است.
از دو جهت ممکن برای عمود ، جهتی که با جهت جریان در حلقه مطابق قاعده پیچ راستگرد (قاعده دست راست) منطبق است، اختیار می‌شود. چرخش پیچ راستگرد در جهت جریان در حلقه باعث جابجایی پیچ در جهت عمود می‌شود. عمودی که به این ترتیب انتخاب می‌شود به عنوان جهت مثبت اختیار می‌شود. جهت بردار گشتاور مغناطیسی pm منطبق بر جهت مثبت عمود فرض می‌شود. بنابراین جهت القای مغناطیسی B را می‌توانیم جهتی در نظر بگیریم که بر اثر این میدان عمود مثبت بر حلقه جریان قرار گیرد، یعنی جهتی که بردار Pm در ان جهت قرار گرفته است.

یکای القا مغناطیسی

یکای القای مغناطیسی به احترام تسلا (N. Tesla) دانشمند صربی تسلا (T) است. تسلا القای مغناطیسی میدان یکنواختی است که در آن بر حلقه جریان تختی که گشتاور مغناطیسی 1Am2 دارد گشتاور نیروی ماکزیممی برابر N ، M1 وارد می‌شود.

تعیین قطبهای آهنربا

یونانیان باستان بیش از 2500 سال پیش با پدیده آهنربایی آشنا بودند. تالس که اغلب از او به عنوان پدر علم یونان یاد می‌شود. ماده کانی مگنتیت Fe3O4 آهن را می‌رباید شناخت. همانگونه که می‌دانید ماده‌های دارای این ویژگی را آهنربا می‌نامند. چینیان باستان نیز با ویژگیهای مغناطیسی برخی از سنگهای آهنربا آشنایی داشتند و تکه‌هایی از سنگها را بصورت قطب نمای ساده در دریانوردی بکار می‌بردند.
در آهنربا (به هر شکلی که باشد) دو ناحیه وجود دارد که خاصیت آهنربایی در آن بیش از قسمتهای دیگر است. این ناحیه‌ها را قطبهای آهنربا می‌نامند. می‌دانید که عقربه مغناطیسی همواره در جهت معینی می‌ایستد، به گونه‌ای که یک قطب معین آن تقریبا به طرف شمال و قطب دیگر آن به طرف جنوب قرار می‌گیرد. قطبی را که بسوی شمال تمایل دارد قطب N و قطب جنوب گرا را قطب S می‌نامند.

مغناطیس یا آهنربا

اکسید آهن طبیعی ، کبالت ، نیکل این خاصیت را دارند که براده‌های آهن را به خود جذب می‌کنند، این خاصیت را خاصیت آهنربایی می‌نامند. برای اولین بار سنگ آهن طبیعی از محلی به نام ماگنزیا کشف شده است، به همین دلیل آهنربا را مغناطیس می‌نامند.

قطبهای آهنربا

در هر آهنربا مکانهایی وجود دارد که در آنها اثر نیروی جاذبه مغناطیس بیش از جاهای دیگر است، این مکانها را قطبهای آهنربا می‌گویند. هر گاه یک آهنربای تیغه‌ای را بوسیله نخی آویخته بطور آزاد رها کنیم، در سطح افقی چند نوسان انجام داده در راستای تقریبی شمال و جنوب زمین قرار می‌گیرد. در این وضعیت قطبی از آهنربا که بسوی شمال متوجه است قطب شمال یاب و قطب N ، قطبی که بسوی جنوب متوجه است قطب جنوب یاب یا قطب S نامیده می‌شود. قطبهای همنام به یکدیگر نزدیک شوند، بخوبی می‌توانید نیروی رانش بین قطبهای همنام را احساس کنید.

محور مغناطیسی و نصف النهار مغناطیسی

محور مغناطیسی خطی است که قطبین آهنربای آویخته شده را به یکدیگر متصل می‌کند. نصف النهار مغناطیسی صفحه فرضی قائمی است که از محور مغناطیسی آهنربای آویخته شده که در اثر آهنربایی زمین در راستای تقریبی شمال و جنوب زمین ایستاده است و از مرکز زمین می‌گذرد.

تشخیص قطبهای یک آهنربا

برای آنکه قطبهای یک آهنربا مشخص شود یکی از قطبهای آن را به قطب N آهنربای شناخته شده که آویزان است نزدیک می‌کنیم اگر همدیگر را دفع کردند این دو قطب همنام خواهند بود.

کاربرد تعیین قطبهای آهنربا

القای خاصیت مغناطیسی
وقتی که آهنربا در نزدیکی میخ قرار می‌گیرد. در میخ خاصیت مغناطیسی القاء می‌شود. اگر قطب N آهنربا را نزدیک به سر میخ بیاوریم، خاصیت آهنربا طوری القاء می‌شود که آن سر ، قطب S و سر دورتر قطب N شود. ربایش بین دو قطب غیر همنام (N در آهنربا و S در میخ) سبب ربوده شدن میخ به سمت آهنربا می‌شود. این پدیده را القای خاصیت مغناطیسی می‌نامند. با دور کردن آهنربای اصلی ، خاصیت آهنربایی القاء شده نیز از بین می‌رود. علاوه بر خاصیت آهنربایی که در اثر القاء در یک قطعه آهن ، نیکل یا کبالت ایجاد می‌شود. همواره بصورتی است که قطعه یاد شده جذب آهنربای اصلی می‌شود.

میدان مغناطیسی

در فضای اطراف یک آهنربا نیز خاصیتی وجود دارد که در اثر آن در قطعه‌های آهنی خاصیت آهنربایی القاء شود و بر قطبهای آهنرباهای دیگر نیرویی وارد می‌شود. برای مثال هر گاه یکی از قطبهای آهنربای میله‌ای را به یک عقربه مغناطیسی که در راستای تقریبی شمال و جنوب جغرافیایی بر روی پایه‌ای قرار دارد، نزدیک کنیم می‌بینیم که عقربه مغناطیسی می‌چرخد. در این وضع اگر آهنربا را دور کنیم عقربه دوباره در راستای تقریبی شمال وجنوب محل قرار می‌گیرد. این آزمایش وجود خاصیتی را در محیط اطراف یک آهنربا نشان می‌دهد، خاصیتی را که در اطراف آهنربا ایجاد می‌شود و به موجب آن به عقربه مغناطیسی نیرو وارد می‌شود، میدان مغناطیسی می‌نامند.

جهت میدان مغناطیسی

هنگامی که یک عقربه مغناطیسی را در میدان مغناطیسی یک آهنربا قرار می‌دهیم، عقربه می‌چرخد و در جهت معینی می‌ایستد. اگر آهنربا را در امتداد جدید قرار دهیم. عقربه مغناطیسی نیز خواهد چرخید و در جهت دیگری قرار خواهد گرفت. میدان مغناطیسی در هر نقطه بنا به تعریف هم راستای عقربه مغناطیسی است که در آن نقطه به حال تعادل در آمده باشد و سوی آن از S به N آن است. به این ترتیب می‌توانیم بگوییم: هنگامی که آهنربا در نزدیکی عقربه مغناطیسی قرار می‌گیرد، عقربه می‌چرخد تا در امتداد میدان مغناطیسی آهنربا قرار گیرد و قطب N آن سوی میدان مغناطیسی را نشان می‌دهد

نمونه سوال مغناطیس مورد استفاده دانش آموزان سال سوم

نمونه سوال مغناطیس مورد استفاده دانش آموزان سال سوم

1-آیا نیروی مغناطیسی وجود دارد؟

بله  اگر اهنربایی را در دست بگیریم و به اجسام آهنی نزدیک کنیم احساس میکنیم که دست ما به طرف جسم کشیده میشود این امر وجود نیروی مغناطیسی را نشان میدهد

2-آزمایشی طراحی کنید که وجود نیروی مغناطیسی را ثابت کند؟

دو آهنربا را در دو دست خود نگه میداریم و آنها را به هم نزدیک میکنیم  اگر دو قطب همنام به هم نزدیک شوند احساس میکنیم که نیرویی دستهای ما را از هم دور میکند و بالعکس .

آزمایش دوم نزدیک کردن سنجاقها به آهنربا که باعث ربایش سنجاقها توسط آهنربا میشود.

3-آیا تک قطبی مغناطیسی وجود دارد؟

خیر-هر اهنربایی را اگر به اندازه یک مولکول کوچک کنیم (خرد کنیم) باز هم دارای دو قطب میباشد یعنی تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد هرچند که طبق یک نظریه در زمانهای خیلی دور  زمانی که حرارت جهان بسیار زیاد بوده تک قطبی هم وجود داشته است اما امروزه از بین رفته اند.

4-اهن ربا از چه ساخته شده است؟

آهنربا از ماده ای بنام کانی مگنتیت fe₃o₄  که آهن را میرباید ساخته شده است

5-آهنربا چیست؟

آهنربا یک ماده مغناطیسی است که با نزدیک شدن به قطعاتی از اهن و کبالت  آنها را به سمت خود می کشاند.

6-آهنرباها چند گونه هستند؟

اهنرباها به شکلهای مختلفی ساخته میشوند که میتوان به متداولترین انواع آنها  یعنی میله ای   نعلی شکل  تیغه ای و حلقه ای اشاره کرد

7-ویژگی اهنرباها چیست؟

همه اهنرباها آهن را به خود جذب میکنند و دارای دو قطب n وs هستند.

8-قطبهای آهنربا را چگونه نامگذاری میکنند؟

اگر آهنربا را روی یک قطعه چوب پنبه روی آب ساکن قرار دهیم میچرخد و در جهت تقریبی شمال و جنوب قرار میگیرد در اینجا سر آهنربا که به سمت شمال قرار گرفته را N مینامندو سری که به سمت جنوب قرار گرفته را س مینامند

NORTH POLE       قطب شمال  و  SOUTH POLE      قطب جنوب میباشد

9-قطب نما چیست؟

قطب نما وسیله ای است که دریانوردان برای شناسایی مسیر از آن استفاده میکنند .این وسیله از یک آهنربای بسیار نازک که روی پایه ای سوار است و براحتی میچرخد ساخته شده است. قطبهای این اهنربا نامگذاری شده و با چرخش آهنربا براحتی میتوان مسیر شمال- جنوب را تشخیص داد.

10-چرا اهنربایی که از نخ اویخته میشود در جهت تقریبی شمال – جنوب قرار میگیرد؟

در مرکز زمین توده های عظیمی از مواد مذاب وجود دارند که دارای دمای بسیار زیادی هستند این دمای بالا مولکولهای درون زمین رایونیزه میکند و  یا به عبارتی همانند هوای بالای شعله تبدیل به پلاسما میکند این ذرات یونیزه شده در اثر حرکت چرخشی و انتقالی زمین به دور خود و خورشید در جهت معینی میچرخند و حالت مغناطیسی به زمین میدهن این آهنربای عظیم هسته زمین دارای دو قطب وارونه است یعنی قطب N  ان در جنوب  و S  آن در شمال زمین قرار دارد در نتیجه بر اثر نیروی جاذبه بین قطبهای ناهمنام آهنربایی که از نخ اویزان شده در مسیر تقریبی شمال جنوب آرام میگیرد.

11-آیا خاصیت اهنربایی در خلا هم بر قرار است؟

بله اگر دو آهنربا را در خلاء به هم نزدیک کنیم بر هم نیرو وارد میکنند که این نشانگر وجود خاصیت مغناطیسی در خلاء میباشد.

12-شفق قطبی چیست؟

۱۳-علت تشکیل شفق قطبی چیست؟

که ذرات باردار پر انرژی اغلب (-e) تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین شتاب میگیرند. این شتاب گیری در لایه های فوقانی جو انجام میشود. جایی که این ذرات با اتم های گاز برخورد میکنند و این برخورد باعث میشود که اتم ها از خود نور ساطع کنند. اما اگر کمی دقیق تر به قضیه نگاه کنیم، متوجه میشویم که یکی از عوامل اصلی در بوجود امدن شفق قطبی، پدیده ای موسوم به طوفان خورشیدی یا بادهای خورشیدی است

.14-قطب آهنربا را تعریف کنید؟

در هر آهنربا دو ناحیه وجود دارد که خاصیت اهنربایی-مغناطیسی آن از قسمتهای دیگر بیشتر است این دو ناحیه را قطب آهنربا مینامند

15-آزمایشی طراحی کنید که محل قطبهای آهنربا های مختلف را مشخص کند؟

آهنربا را روی میز قرار میدهیم و سپس روی آن کاغذی را به صورت افقی و ثابت نگه میداریم .براده های آهن یا سوزن ته گرد را به آرامی و به صورت  یکنواخت روی کاغذ می ریزیم . مکانهایی که براده ها یا سوزن بیشتری در انجا تجمع کند . قطب اهنربا خواهد بود

16-آزمایشی را طراحی کنید که اثر قطبهای آهنربا را بر همدیگر نشان دهد؟

دو اهنربا را یکبار از قطبهای همنام به هم نزدیک کرده و مشاهده میشود که نیرویی  آنها را از هم دور میکند این نیرو دافعه مغناطیسی است.یعنی قطبهای همنام بر هم نیروی دافعه وارد میکنند

همان دو آهنربا را این بار از قطبهای ناهمنام به هم نزدیک کنید مشاهده میشود که نیرویی آنها را به سمت هم میکشاند  یعنی دو قطب ناهمنام آهنربا به هم نیروی جاذبه مغناطیسی وارد میکنند

17-القای مغناطیسی چیست؟ با انجام یک آزمایش آنرا توضیح دهید؟

اگر میخهای آهنی را به آهنربا بچسبانیم میخها تبدیل به آهنربای موقت میشوند و میتوانند میخهای دیگر یا براده های آهن را به خود جذب کنند به این دلیل میگوییم آهنربای موقت زیرا با جدا شدن اولین میخ از آهنربا . میخ دیگر خاصیت مغناطیسی (آهنربایی) نخواهد داشت.

18-ویژگیهای القای مغناطیسی چیست؟

الف-با نزدیک شدن و چسبیدن آهنربا به قطعه آهن به طور موقت آهن به آهنربا تبدیل میشود.

ب-همواره قطبهای آهنربای موقت به صورتی است که قسمت نزدیک به آهنربا قطب ناهمنام با آهنربا دارد و قسمت دورتر از آهنربا قطب همنام با آهنربا خواهد داشت به شکل بالا دقت کنید:

ج-با دور شدن و یا بر داشتن آهنربای اصلی, خاصیت مغناطیسی در آهن از بین میرود

19-چگونه میتوانیم بدون استفاده از وسایل دیگر, بین دو قطعه آهن و آهنربا , قطعه آهن را مشخص کنیم؟

کافیست آنها را جداگانه و با فاصله زیاد نسبت به همدیگر  از وسط توسط نخی آویزان کنیم اگر یکی از آنها چرخید و در جهت تقریبی شمال – جنوب قرار گرفت  آن قطعه آهنربا و قطعه دیگر آهن است

20-میدان مغناطیسی چیست؟

در فضای اطراف هر آهنربا خاصیتی وجود دارد که بر اثر آن قطعات آهن جذب میشوند یا بر قطبهای آهنربای دیگر نیرو وارد میشود که به آن میدان مغناطیسی میگویند.

21-آیا میدان مغناطیسی کمیتی برداری است؟

بله-میدان مغناطیسی کمیتی برداری است یعنی هم بزرگی و اندازه دارد و هم جهت دار است و آنرا با B نشان میدهند.

22-آزمایشی طراحی کنید که جهت میدان مغناطیسی را مشخص کند ؟

یک آهنربای میله ای را روی میز چوبی قرار میدهیم. سپس عقربه مغناطیسی را در نقاط مختلف در کنار آهنزبا قرار میدهیم.هر سمتی که قطب N عقربه مغناطیسی نشان دهد .جهت میدان مغناطیسی در آن نقطه خواهد بود.

یعنی: جهت میدان مغناطیسی در هر نقطه  همجهت است با قطب N عقربه مغناطیسی در همان نقطه .

اگر خطوط میدان مغناطیسی را رسم کنید همیشه  در بیرون آهنربا جهت میدان ازقطب  N خارج شده و به قطب S وارد میشود.

23-جهت میدان مغناطیسی در هر نقطه را تعریف کنید؟

   

در هر نقطه جهت میدان مغناطیسی همجهت است با فطب N عقربه مغناطیسی واقع در همان نقطه و همواره در بیرون آهنربا از N خارج و به S وارد میشود

24-جهت میدان مغناطیسی درون آهنربا  چگونه میباشد؟

در درون اهنربا جهت بر خلاف بیرون آن از قطب S به سمت قطب N  میباشد.

25-منظور از خطوط میدان مغناطیسی چیست؟

میدان مغناطیسی را میتوان با خطوطی در اطراف آهنربا نمایش داد که به آن خطوط میدان مغناطیسی میگویند.

26-ویزگیهای خطوط میدان مغناطیسی را بنویسید؟

الف-توسط آنها میدان مغناطیسی نمایش داده میشود.

ب-تراکم خطوط نشاندهنده میدان قوی تر و پراکندگی خطوط نشان دهنده میدان ضعیف تر است.

پ-از هر نقطه از فضا فقط یک خط مغناطیسی میگذرد.

ت- راستای میدان در هر نقطه مماس بر خط میدان در آن نقطه است.

ث-جهت میدان در هر نقطه همجهت با قطب N عقربه  مغناطیسی در آن نقطه است

27-با کمک آزمایش خطوط میدان مغناطیسی را را برای آهنربا نشان دهید؟

یک اهنربا را زیر برگه کاغذ قرار میدهیم  و سپس براده های آهن را به کمک نمک پاش به صورت یکنواخت روی کاغذ می پاشیم و بعد به آرامی به کاغذ ضربه میزنیم    مشاهده میشود که براده ها در خطوط مشخصی در اطراف آهنربا قرار میگیرند این خطوط همان خطهای میدان مغناطیسی هستند.

به شکلها دقت کن                        ید:

   28-خطوط و جهت میدان را برای آهنربای نعلی شکل- میله ای  و کروی رسم کنید.

   

 29-خطوط میدان را برای دو قطب همنام که جداگانه  در نزدیکی هم قرار  گرفته اند رسم کنید:

                

30-خطوط میدان را برای دو قطب نا همنام که در نزدیکی هم قرار گرفته اند رسم کنید؟

31- چرا براده های آهن در راستای خطوط میدان مغناطیسی می ایستند؟

هنگامی که براده های آهن در میدان مغناطیسی آهنربا قرار میگیرند طبق القای مغناطیسی هر کدام تبدیل به اهنرباهای کوچکی میشوند که همانند عقربه های مغناطیسی دارای دو قطب N  و S   خواهند بود  پس  همانند عقربه ها ی مغناطیسی در هر نقطه میتوانند جهت خطوط میدان مغناطیسی را نشان دهند و باید بر خطوط در هر نقطه مماس باشند پس این براده های خیلی کوچک به هم متصل شده و راستای خطوط میدان مغناطیسی را مشخص میکنند.

32-میدان مغناطیسی یکنواخت چیست؟

اگر خطوط میدان مغناطیسی در ناحیه ای از فضا به صورت خطهای راست و موازی با فاصله های برابر باشند و جهتو بزرگی میدان در تمامی نقاط آن یکسان باشد میگوییم میدان مغناطیسی یکنواخت در این ناحیه وجود دارد.   مانند فضای بین دو قطب ناهمنام دو آهنربا که در کنار هم قرار داده شده اند  به شکل دقت کنید:

33-اگر یک بار الکتریکی ساکن را در میدان مغناطیسی قرار بدهیم چه روی میدهد؟

چون بار ساکن است نیرویی نیز بر آن وارد نمیشود و بار در جای خود بدون حرکت باقی میماند

F=qvB. SINα                       , V=0 , F =0

34-اگر یک ذره بار دار را در راستای خطوط میدان مغناطیسی با سرعت وارد میدان مغناطیسی کنیم چه روی میدهد؟

چون ذره در راستای میدان حرکت میکن یهنی جهت حرکت ذره با جهت میدان زاویه صفر یا 180 میسازد پی نیرویی هم بر ذره وارد نمیشود و ذره با همان سرعت بدون تغییر جهت یا سرعت به مسیر خود ادامه میدهد

35-نیروی وارد بر یک ذره متحرک در میدان مغناطیسی از چه فرمولی محاسبه میشود؟

از فرمول   F=qvB sin α که در آن F  نیروی الکترو مغناطیسی وارد بر ذره بر حسب  نیو تون است .

 بار الکتریکی بر حسب کولن را با q  نشان میدهیم .- سرعت ذره همان v بر حسب متر بر ثانیه است و B  اندازه میدان مغناطیسی برحسب تسلا میباشد و α  نیز زاویه میان سرعت و جهت میدان مغناطیسی است

   

36- اگر سیم حامل جریانی را در میدان مغناطیسی و در راستای میدان وارد کنیم آیا سیم منحرف میشود؟

خیر –   نیرویی بر آن وارد نمیشود  زیرا همانند سوال 34 ذرات باردار  درون سیم در راستای خطوط میدان حرکت میکنند یعنی زاویه بین حرکت  ذرات باردار (یا همان جریان الکتریکی در سیم) یا صفر و یا  180  درجه میباشد در نتیجه :

   F=0 خواهد شد.

37-چرا بر یک سیم حامل جریان که درون میدان مغناطیسی قرار دارد نیروی الکترو مغناطیسی اعمال میشود اما بر سیم فاقد جریان نیرو اعمال نمیشود؟

 زیرا سیم حامل جریان دارای ذرات  بار داری است که در یک جهت حرکت میکنند و بر هر  ذره همانطور که قبلا گفتیم طبق  F=qvB sin α نیرو ی الکترو  مغناطیسی وارد میشود . 

    اما سیمی که جریان ندارد یعنی تعدات ذراتی که به دو سمت سیم حرکت میکنند با هم برابر است یا بهتر بگوییم بار خالص گذرنده از هر قسمت سیم صفر است در نتیجه براین نیروهای وارد بر این سیم نیز صفر خواهد شد.     یا به عبارتی نیروهای وارد بر ذراتی که در جهتهای مخالف هم حرکت میکنند  همدیگر را خنثی کرده و بر سیم به صورت کلی نیرویی وارد نمیشود.

38- سیم حامل جریان را چگونه در میدان مغناطیسی قرار بدهیم تا بر آن نیرو وارد شود؟

سیم باید به گونه ای در میدان قرار بگیرد تا خطوط میدان را حتما قطع کند.

39-عوامل موثر بر نیروی وارد بر سیم حامل جریان را در میدان مغناطیسی نام ببرید؟

الف-جریانی که از سیم میگذرد-هر قدر جریان بیشتر باشد نیرو بیشتر میشود.

ب-طولی از سیم که در میدان مغناطیسی قرار گرفته است- هر چه طول بیشتر باشد نیرو هم بیشتر میشود.

پ-میدان مغناطیسی-هر اندازه بزرگی میدان بیشتر باشد نیرو هم بیشتر میشود.

ت-سینوس زاویه میان جریان و میدان مغناطیسی – هر قدر زاویه به 90 نزدیک شود نیرو قویتر و هر قدر زاویه به صفر یا 180 درجه نزدیک شود نیرو کمتر و ضعیف تر میشود.                                                                   F = ILBsinα

40-عوامل موثر بر نیروی وارد بر ذره بار دار متحرک را در میدان مغناطیسی نام ببرید؟

الف-بار ذره-هرقدر بار ذره بیشتر باشد نیرو بیشتر میشود

ب- سرعت ذره –نیروی وارد بر ذرات باردار سریعتر بیشتر از نیروی وارد بر ذرات باردار کند میباشد

پ-میدان مغناطیسی – با افزایش میدان مقدار نیرو بیشتر میشود

ت-سینوس زاویه میان سرعت و میدان هرقدر به صفر نزدیک شود میدان ضعیفتر شده و به صفر نزدیک میشود.                           F=qvB sinα

41-ویژگی جهت  نیروی الکترو مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان(یا ذره باردار متحرک) در میدان مغناطیسی چیست؟

الف-این نیرو بر راستای جریان سیم( یا راستای حرکت ذره باردار) و راستای میدان مغناطیسی  همواره عمود است.

ب-جهت این نیرو با استفاده از قاعده دست راست تعیین میشود.-(( دست راست را باز کرده و چهار انگشت مستقیم را در جهت جریان ( یا در جهت سرعت ذره باردار) قرار میدهیم به طوری که اگر آنگشتها را به آرامی ببندیم در جهت میدان مغناطیسی قرار بگیرند در این حالت انگشت شست جهت نیرو را نشان میدهد.)).

مانند شکل:

                                    

42-یکای میدان مغناطیسی چیست؟ آنرا تعریف کنید؟

یکای میدان مغناطیسی تسلا نام دارد که آنرا با T نشان میدهند.بر طبق تعریف اگر سیمی به طول یک متر را که جریان یک آمپری از آن میگذر در میدان مغناطیسی به صورت عمود بر میدان قراربدهند و نیروی یک نیوتنی بر آن وارد شود . بزرگی این میدان حتما یک تسلا خواهد بود.

1T=1 N /(1A×1M)                                          یک تسلا برابر یک نیوتون بر آمپر متر میباشد.

43-گاوس چیست؟

یک واحد اندازه گیری میدان مغناطیسی است که از تسلا کوچکتر میباشد زیرا تسلا واحد بزرگی است و بسادگی ایجاد نمیشود.

گاوس را با علامت G نشان میدهند

1G = 10^-4 T

44-آزمایشی طراحی کنید که نیروی وارد بر سیم حامل جریان را در یک میدان مغناطیسی اندازه گیری کند؟

توسط دو نیروسنج سیمی افقی را در هوا معلق نگه میداریم به صورتی که میدان مغناطیسی وارد بر سیم بر ان عمود باشد قبل از اعمال جریان عدد نیرو سنج را یادداشت میکنیمF₁      سپس جریان را وصل کرده و عدد نیرو سنج را یادداشت میکنیم F₂       تفاضل این دو عدد شان دهنده نصف نیروی الکترو مغناطیسی وارد بر سیم است زیرا دو نیرو سنج داریم و که هر کدام نیمی از این نیرو را نشان میدهند پس کافیست تفاضل دو عدد را در 2 ضرب کنیم یعنی:

(F₁  -  F₂  )×2  = نیروی الکترو مغناطیسی وارد بر سیم

45- گالوانومتر چیست؟

گالوانومتر همانند امپر سنج جریان الکتریکی را اندازه میگیرد اما با این تفاوت که جریانهایی که توسط گالوانومتر اندازه گیری میشوند بسیار کوچک و کم میباشد

46-گالوانومتر عقربه ای چگونه کار میکند؟

هر گالوانومتر دارای یک قاب است( سیمی حامل جریان که به صورت یک حلقه در امده است و دورآان سیم پیچیده اند ) این قاب در یک میدان مغنایسی دائم و قوی قرار دارد اگر جریان از قاب بگذرد از طرف میدان دو نیروی برابر و مختلف الجهت  به دو سمت قاب وارد میشود و قاب روی محورش میچرخد و عقربه متصل به قاب را منحرف میکند  هر قدر جریان قویتر باشد انحراف عقربه نیز بیشتر خواهد بود با قطع جریان فنر ظریفی که در پشت پیچه قرار دارد قاب و عقربه را به حالت اولیه بر میگرداند.

47- موتور الکتریکی چگونه کار میکند؟

یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.
ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد.
اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

.48-قاعده دست راست فارادی را بیان کنید؟

بر طبق این قاعده برای بارهای مثبتی که وارد میدان مغناطیسی میشوند بیان میکند که  اگر چهار انگشت دست راست را به صورت راست شده در جهت حرکت بار مثبت (که همان جهت سرعت و یا جریان  است ) قرار بدهیم به طوری که با بستن دست . انگشتها در جهت میدان مغناطیسی قرار بگیرند. انگشت شست جهت نیروی الکترو مغناطیسی وارد بر ذره را نشان خواهد داد به شکل دقت کنید :

49-آزمایشی طراحی کنید که وجود میدان مغناطیسی را در اطراف یک سیم حامل جریان ثابت کند؟

یک سیم مسی را از وسط یک مقوای ضخیم عبور داده و آنرا به مولد متصل میکنیم .  به شکلی سیم و مقوا را قرار میدهیم که مقوا به صورت افقی قرار بگیرد سپس یک عقربه مغناطیسی را در کنار سیم روی مقوا قرار میدهیم با زدن کلید و بر قراری جریان در سیم مشاهده میشود که عقربه منحرف میشود و این دلیلی بر وجود میدان مغناطیسی در اطراف یک سیم حامل جریان است.

50- چگونه جهت میدان مغناطیسی را در اطراف یک سیم حامل جریان نشان بدهیم؟

با استفاده از دست راست ....... انگشت شست را در جهت جریان قرار داده و چهار انگشت را به دور سیم حلقه میکنیم. که در هر نقطه انگشتها جهت میدان را نشان میدهند.

 

   51-ویژگیهای میدان مغناطیسی حاصل از سیم حامل جریان را بنویسید؟

الف-این میدان به صورت حلقه های متحد المرکزی به دور سیم و عمود بر سیم ایجاد میشوند

ب-در نزدیکی سیم حلقه ها به نزدیکتر ( متراکمتر) و در فواصل دور از سیم حلقه ها بزرگتر و پراکنده تر هستند ( پراکندگی نشانه میدان ضعیف و تراکم نشانه میدان قویتر میباشد

پ-با افزایش جریان میدان افزایش میابد

ت- جهت این میدان با قاعده دست راست مشخص میشود

ث- بزرگی این میدان از  فرمول زیر بدست می آید              

               B = μ₀ I/2Πr

52-تراوایی مغناطیسی چیست؟

ثابت μ₀  را تراوایی مغناطیسی در خلا مینامند که مقدار ان برابر است با= 4π×10^-7                  μ₀   و واحد اندازه گیری ان ( تسلا متر بر امپر میباشد ) TM/A

53-با رسم شکل خطوط میدن مغناطیسی یک پیچه را ترسیم کنید؟

     

54- چگونه جهت میدان مغناطیسی را در یک پیچه یا حلقه تعیین کنیم؟

با استفاده از دست راست    انگشت شست را در جهت جریان حلقه یا پیچه قرار میدهیم و با چهار انگشت حلقه را در دست میگیریم .انگشتها جهت میدان را نشان میدهند

55- میدان مغناطیسی درون پیچه چه ویژگیهایی دارد؟

الف-میدان درون پیچه قوی تر از بیرون پیچه است

ب- خطوط آن در درون پیچه هر چه به مرکز پیچه نزدیکتر شود از انحنای ان کاسته میشود و در وسط پیچه به صورت خط راست در می آید.

56-میدان مغناطیسی در مرکز پیچه به چه عواملی وابسته است؟

الف-جریان پیچه- هرچه جریان بیشتر باشد میدان در مرکز پیچه نیز قویتر خواهد بود

ب- تعداد دورهای پیچه- با افزایش تعداد دورهای پیچه میدان قویتر میشود

پ-شعاع پیچه – هر قدر شعاع کمتر باشد میدان قویتر میشود

 رابطه محاسبه میدان مغناطیسی در مرکز پیچه:                      B= μ₀NI/2R

57-چگونه جهت میدان مغناطیسی را در سیم لوله تعیین کنیم؟

با استفاده از دست راست انگشت شست را در جهت جریان قرار داده و سپس چهار انگشت  را درون سیملوله میکنیم          تقریبا مشابه پیچه

58- سیملوله چیست؟

سیم لوله از چند دور سیم تشکیل شده و شبیه فنر است. اگر جریان الکتریکی از سیم لوله عبور کند در اطراف سیم لوله خاصیت مغناطیسی ایجاد میشود

59- با رسم شکل خطوط میدان مغناطیسی را در اطراف یک سیملوله نشان دهید؟

60-میدان مغناطیسی سیملوله به چه عواملی وابسته است؟

الف جریان عبوری از سیملوله/- با افزایش جریان میدان قوی میشود  I

ب-تعداد دورهای سیملوله در واحد طول n با افزایش این فاکتور میدان قویتر میشود

61-میدان در داخل سیملوله چگونه است؟

میدان در داخل سیملوله  به صورت خطوط موازی با فاصله های برابر رسم میشود که نشان دهنده میدان مغناطیسی یکنواخت در داخل سیم لوله میباشد

62- آیا سیملوله حامل جریان  را میتوان  همانند اهنربای میله ای فرض کرد؟

بله  - زیرا همانطور  که خطوط میدان مغناطیسی یک سیملوله نشان میدهد .همانند خطوط میدان مغناطیسی اهنربا میباشد یعنی میتوان دو قطب N(انتهایی از سیملوله که خطوط از ان خارج میشود) و S  ( انتهایی از سیموله که خطوط به ان وارد میشود)  را در نظر گرفت

63- چگونه آهنربای الکتریکی بسازیم؟

اگر درون سیملوله یک میله اهنی قرار بدهیم با عبور جریان از سیملوله   خاصیت مغناطیسی در اهن القا میشود و هسته اهنی یا همان میله آهنی به صورت موقت  تبدیل به آهنربا میشود.

                    

64- آیا با قرار دادن هسته اهنی در سیملوله میتوانیم اهنربای دائمی بسازیم؟

خیر -  هسته سیملوله هنگامی به اهنربا تبدیل میشود که از سیملوله جریان بگذرد . اگر جریان قطع شود هسته اهنی نیز خاصیت اهنربایی خود را از دست میدهد

65-وجود هسته اهنی چه تاثیری بر میدان سیملوله دارد؟

 وجود هسته اهنی باعث تقویت و قویتر شدن میدان سیملوله میشود. سیملوله بدون هسته اهنی دارای میدان مغناطیسی ضعیفی است که عملا کاربردی ندارد.

66-به چند روش میتوانیم میدان مغناطیسی یک سیملوله را افزایش بدهیم؟

 الف با قرار دادن هسته اهنی درون سیملوله

ب- با افزایش جریان

پ-با افزایش تعداد دورهای سیملوله در واحد طول

67-دو سیم موازی و مستقیم را که حامل جریان هستند در کنار هم قرار میدهیم ایا بر این دو سیم نیروی مغناطیسی وارد میشود؟

بله – زیرا هرسیم در میدان مغناطیسی حاصل از سیم دیگر قرار میگیرد و طبق فرمول  F=ILB.SINα  بر ان از طرف سیم دیگر  نیرو وارد میشود

68- اگر مطابق شکل به صورت متنافر (در فضا جدا از هم و عمود بر هم) دو سیم قرار بگیرند ایا بر انها نیرو وارد میشود؟

خیر- در صوری که سیمها متنافر باشند چون هر کدام از سیمها در راستای میدان نغناطیسی سیم دیگر قرار میگیرد در نتیجه طبق فرمول     F=ILB.SINα   زاویه میان جریان و میدان صفر بوده و نیرو نیز  صفر خواهد شد

69- با رسم شکل جهت نیروهای وارد بر دو سیم موازی با جریانهای همجهت را نشان دهید؟

 اگر دو سیم موازی و دارای جریانهای همجهت باشند به سمت همدیگر کشیده میشوند با استفاده از قاعده دست راست جهت میدان و سپس جهت نیرو را مشخص میکنیم

70-ثابت کنید که نیروی وارد بر هر دو سیم موازی با هم برابر است. اگر طول سیمها با هم برابر باشد؟

I₂L₂B₁ = I₁ L₁ B₂                            F₁=F₂

I₂L₂ μ₀ I₁/2Πr = I₁ L₁ μ₀ I₂/2Πr

I₂L₂ I₁= I₁ L₁ I₂

L₂ = L₁       

       I₂ I₁= I₁  I₂  

               و این مطلب اثبات میشود.

71_-    با رسم شکل جهت نیروی وارد بر دو سیم موازی با جریان های مخالف را نشان دهید ؟

نکته: اگر دو سیم موازی و مستقیم جریانهای هم جهت داشته باشند نیروی وارد بر هر کدام ربایشی      

  و اگر جریانهای مخالف هم داشته باشند نیروی وارد بر هر کدام رانشی خواهد بود

72- از دو سیم بلند و موازی که به فاصله d از یکدیگر قرا ر دارند جریانی به شدت  I  میگذرد جهت جریان در هر دو سیم یکسان است نیرویی که بر هر یک متر از این سیم وارد میشود چقدر است؟

F_1,2 =  F_2,1         = I₁I₂Lμ₀ /2πd

                                                                     F = I₁I₂μ₀ /2πd = I₁I₂× 2×10^-7

I₁=I₂ 

F= 2×10^-7×I²

73-تعریف عملیاتی یکای شدت جریان (آمپر ) را بنویسید؟

هر گاه از دو سیم نازک و مستقیم که به فاصله یک متر از هم قرار دارند جریانهای مساوی عبور کند به گونه ای که ر هر یکمتر از سیم نیرویی برابر

2× 10^-7     نیوتنی وارد شود جریانی که از هر سیم میگذرد برابر یک امپر است.

74-دو قطبی مغناطیسی چیست؟

با توجه به سوال 3 : اگر آهنربا را انقدر خرد کنیم که به حد اتم یا مولکول برسد باز هم دارای دو قطب Nو S   خواهد بود .این اهنرباهای کوچک را دو قطبی مغناطیسی مینامند

75-محور مغناطیسی چیست؟

خطی که دو قطب یک دو قطبی مغناطیسی را به هم متصل میکند . محور مغناطیسی نامیده میشود.

76- مواد مغناطیسی چیستند؟

موادی که اتمها یا مولکولهای سازنده ان خاصیت مغناطیسی داشته باشد را مواد مغناطیسی مینامند

77- انواع مواد  مغناطیسی را نام ببرید؟

دو نوع ماده مغناطیسی وجود دارد

الف_  پارا مغناطیس  PARAMAGNETISM

ب-فرومغناطیس    FERROMAGNETISM

 78-مواد پارا مغناطیسی را تعریف کنید؟

در مواد پارا مغناطیس دوقطبی ها دارای سمتگیریهای مشخص و منظمی نیستند و در جهتهای کاتورهای قرار دارن. در نتیجه در حالت عادی خاصیت مغناطیسی ندارند

79-اگر مواد پارا مغناطیس در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرند چه رخ میدهد؟

از طرف میدان مغناطیسی بر دوقطبیهای ان نیرو وارد میشود و انها را در جهت مشخص میدان خارجی منظم میکند که در این حالت ماده پارامغناطیس به صورت موقت اهنربا میشود

80-چند ماده پارامغناطیس نام ببرید؟

منگنز-پلاتین-الومینیوم-فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی – اکسیژن-اکسید ازت

81-اگر میدان مغناطیسی خارجی را برای یک ماده پارا مغناطیس افزایش دهیم چه روی میدهد؟

هرچه میدان قویتر باشد تعداد بیشتری از دو قطبی ها با میدان هم جهت میشوند در نتیجه خاصیت مغناطیسی ماده بیشتر میشود

82- با شکل تفاوت میان مواد فرومغناطیس و پارا مغناطیس را نشان دهید؟

83-مواد فرومغناطیس را تعریف کنید؟

این مواد به بخشهایی تقسیم بندی میشوندکه در این بخشها دو قطبیهای مغناطیسی همجهت میباشند.اما جهت گیری دوقطبیهای هربخش با بخش مجاور متفاوت است. ممکن است که سمتگیری و اندازه بخشهای مغناطیسی(حوزه های مغناطیسی) در یک ماده فرومغناطیس به گونه ای باشد که در کل اثر یکدیگر را خنثی کنند و ماده در مجموع خاصیت مغناطیسی نداشته باشد

این مواد به دو نوع فرومغناطیس نرم و فرومغناطیس سخت  در طبیعت یافت میشوند.

84- حوزه مغناطیسی چیست؟

بخشهایی از ماده فرومغناطیس که در ان جهتگیری دو قطبی ها یکسان است را حوزه مغناطیسی مینامند

85-انواع مواد فرومغناطیس را نام رده و آنها را مختصرا توضیح دهید؟

الف-فرومغناطیس سخت: مواد فرومغناطیسی که در یک میدان خارجی‍‍ ، حجم حوزه ها به سختی تغییر میکند و نیاز به میدان مغناطیس قویتری دارندو میتوانند پس از حذف میدان خارجی خاصیت اهنربایی خود را حفظ کنند و از انها در ساخت آهنرباهای دائمی استفاده میشود را ماده فرو مغناطیس سخت مینامند. مانند فولاد

ب-فرو مغناطیس نرم : مواد فرومغناطیسی که در یک میدان خارجی به سهولت حجم حوزه ها تغییر میکند و با حذف میدان خارجی خاصیت آهنربایی خود را از دست میدهند و از انها در ساخت آهنرباهای موقت و یا الکتریکی استفاده میشود. مانند اهن

86-چگونه یک ماده فرومغناطیس در یک میدان خارجی ، خاصیت اهنربایی پیدا میکند؟ و اهنربا میشود؟

  هنگامی که ماده فرومغناطیس در معرض میدان مغناطیسی خارجی قرار میگیرد دو قطبی های انها شروع به همسو شدن با جهت میدان خارجی میکنند در نتیجه اندازه حوزه همسو با میدان افزایش میابد و تعادل بین حوزه ها به هم میخورد و حوزه همسو با میدان خارجی بزرگ و بزرگتر میشود و در مجموع جسم خاصیت مغناطیسی پیدا میکند به شکل دقت کنید:

87- ایا خاصیت مغناطیسی ماده فرو مغناطیسی را میتوان بصورت نامحدود افزایش داد؟

خیر- برای خاصیت مغناطیسی هرماده مقدار بیشینه ای وجود دارد. این مقدار بیشینه زمانی ایجاد میشود که ماده فرو مغناطسی را در یک میدان قوی مغناطیسی خارجی قرار بدهیم به صورتی که تمامی حوزه های آن به هم پیوسته و دوقطبیهای آن موازی و همسو با میدان خارجی شود

88-منشا میدان مغناطیسی زمین چیست؟

  یکی از ویژگی های مهم کرة زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است که درون کرة زمین ، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا کنون ، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارائه شده است . آخرین نظریه این است که درون کرة زمین ، مواد مذاب در حال حرکت وجود دارد و بیشتر این مواد ، از جنس آهن و نیکل هستند . هنگامی که این مواد حرکت می کنند ، در اطراف جریان های الکتریکی ضعیفی به وجود می آورند که در مجموع ، باعث می شود کرة زمین ، خاصیت آهنربایی پیدا کند و در اطراف کرة زمین ، میدان مغناطیسی به وجود می آید . ما روی آهنربای بزرگی به نام «زمین » زندگی می کنیم .

       چندین سیارة دیگر از سیاره های منظومه شمسی نیز ، میدان مغناطیسی دارند که از جمله آنها می توان از عطارد و مشتری نام برد . این خاصیت در خورشید و بسیاری ستاره های دیگر نیز دیده می شود .

       خاصیت مغناطیسی کرة زمین ، نقش بسیار مهمی در جهت یابی کشتی ها و هواپیماها دارد . شمال و جنوب مغناطیسی زمین ثابت نیست و در فاصله های زمانی ، به میزان قابل ملاحظه ای تغییر می کند .

 89- زاویه انحراف مغناطیسی زمین چیست؟

  چنانچه به کمک عقربة مغناطیسی به طرف قطب شمال یا جنوب برویم ، به قطب شمال و جنوب واقعی کرة زمین نمی رسیم . علت این است که قطب شمال و جنوب جغرافیایی و مغناطیسی کرة زمین ، با هم یکی نیست ؛ یعنی اینکه قطب شمال مغناطیسی زمین ، درست روی قطب شمال جغرافیایی زمین قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافیایی و مغناطیسی زمین را توسط خطی فرضی به به نام « محور » به هم وصل کنیم ، بین دو محور مغناطیسی و محور جغرافیایی زمین ، زاویه ای ساخته می شود که به آن ، زاویة انحراف گویند . این زاویه ، به مرور زمان ، جزئی تغییر می کند و ثابت نمی ماند ، و اندازة آن در نقاط مختلف زمین متفاوت است . زاویة انحراف در جهت یابی هواپیماها و کشتی ها بسیار مهم است . هم اکنون قطب شمال مغناطیسی کرة زمین ، در شمال کانادا قرار دارد

 90-زاویه میل چیست؟

   مطالعة مغناطیسی زمین ، نشان می دهد که خط های میدان مغناطیسی زمین افقی نیست و با سطح زمین زاویه ای می سازد همچنین می دانیم خاصیت مغناطیسی یک آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، این خاصیت بیشتر است . به همین ترتیب ، خاصیت آهنربایی کرة زمین در دو قطب بیشتر است . پس اگر یک عقربة مغناطیسی آزاد باشد تا بتواند در راستای عمودی نیز حرکت کند ، نوک این عقربه نزدیک قطب ها به زمین متمایل می شود و در خط استوای مغناطیسی عقربه ، افقی قرار می گیرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوک عقربه N  آن ، عمود بر سطح افقی خواهد شد . پس محور مغناطیسی عقربه های مغناطیسی در مکان های مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغییر کرده و زاویه ای با افق می سازد ؛ این زاویه را زاویة میل گویند . پس زاویه میل ، زاویه ای است که محور مغناطیسی عقربه با سطح افق می سازد همچنین این زاویه ، در جهت یابی هواپیماها و کشتی ها نقش بسیار مهمی دارد ؛ در جغرافیا به این زاویه ، عرض جغرافیایی گویند ..

91- باستانشناسی مغناطیسی چیست؟

میدان مغناطیسی زمین ، منظم و پایدار نیست ؛ بلکه با گذشت سال ها در یک محل معین ، مقدار متوسط زاویة انحراف و میل تغییر می کند . این انحراف محور مغناطیسی و در نتیجه ، تغییرات زاویه انحراف و زاویه میل در یک محل نسبت به زمان ، شاخة جدیدی را در « باستان شناسی » به نام «باستانو مغناطیسی» ایجاد کرده است که توسط آن ، عمر کوره ها ، اجاق ها و آتشکده های قدیمی تعیین می شود . اساس کار ، مبتنی بر این است که بیشتر خاک رسهایی که این اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوی مقدار کمی مواد مغناطیسی اند . سمتگیری این مواد مغناطیسی ، با گرم شدن در موقع استفادة عادی تثبیت شده است . با مقایسة جهت فعلی میدان مغناطیسی زمین با جهت میدان مغناطیسی این مواد ، می توان قدمت باستانی تقریبی آن ها را تعیین کرد .

    در مقیاس طولانی تر زمان ( دوران زمین شناسی ) ، شواهدی وجود دارد که نشان می دهد محور مغناطیسی زمین در مدت چهار میلیون سال گذشته ، نه بار کاملاً تغییر جهت داده است . این شواهد ، مبتنی بر اندازه گیری های خاصیت مغناطیسی ( ضعیف ) تثبیت شده در تخته سنگ های با عمر زمین شناسی معین هستند .

92- اهنربایی با دو قطب نا مشخص در اختیار داریم. حداقل دو روش برای تعیین قطر آن بیان کنید؟

 الف-آنرا از مرکز جرمش اویزان میکنیم تا قطبها در جهت تقریبی شمال-جنوب قرار بگیرند

ب- یک عقربه مغناطیسی در کنار آن قرار میدهیم . انحراف و جهتگیری عقربه در میدان باعث میشود قطبها مشخص شوند

ج- آهنربای دیگری با قطبهای مشخص به آن نزدیک میکنیم و بر اساس دافعه میان قطبهای همنام و جاذبه میان قطبهای نا همنام  نام قطبها را مشخص میکنیم

93- یک اهنربای نعلی شکل را روی کفه ی ترازوی حساس قرار میدهیم آگر آهنربای نعلی دیگری رابه  اولی نزدیک کنیم در دو حالت زیر عدد ترازو چه تغییری میکند؟

الف –قطبهای همنام به هم نزدیک شوند؟

در این صورت دافعه ایجاد شده باعث میشود که ترازو عدد بیشتری را نشان دهد

ب- قطبهای ناهمنام در نزدیکی هم قرار بگیرند؟

 در این صورت اهنربای دوم  آهنربای اولی را به سمت بالا جذب میکند و ترازو عدد کمتری را نشان میدهد