ما هو العزم المغناطيسي؟ وطريقة اشتقاق معادلة العزم المغناطيسي

العزم المغناطيسي هو قيمة تُمثل القوة المغناطيسية واتجاه المغناطيس أو أي شيء آخر يولد مجالًا مغناطيسيًا. بتعبير أدق، نعني بالعزم المغناطيسي عزم مغناطيس ثنائي القطب (ثنائي الاستقطاب)، العَزم المغناطيسيّ الذي يمكن تمثيله بواسطة مغناطيس ثنائي القطب. المغناطيس ثنائي القطب هو الذي يتألف من قطب مغناطيسي شمالي وقطب مغناطيسي جنوبي مفصولين عن بعضهما بمسافة قصيرة.

العزم المغناطيسي ثنائي القطب له عدة أبعاد منها المنطقة الحالية والطاقة مقسومة على كثافة التدفق المغناطيسي. وحدة قياس العزم المغناطيسي ثنائي القطب ل (متر- كيلوغرام – ثانية – أمبير) هي أمبير متر مربع. الوحدة في النظام الكهرومغناطيسي ل (سنتيمتر – غرام – ثانية)، هي erg (وحدة الطاقة) لكل غاوس (وحدة كثافة التدفق المغناطيسي).

ألف ergs لكل غاوس تساوي واحد أمبير متر مربع.

اشتقاق معادلة العزم المغناطيسي ثنائي القطب

العزم المغناطيسي ثنائي القطب – المجال المغناطيسي(B)

لأن التيار يُحمل على حلقة تكرارية تحمل تيار i من دائرة نصف قطرها، R على مسافة l على طول محورها فإن المعادلة ستكون على الشكل الآتي:

والآن، وبما أن مساحة الحلقة التكرارية هي:

فإن المجال المغناطيسي يمكن أن يُكتب بالصيغة الآتية:

أيضًا يمكننا أن نرمز للقيمة (μ) على أنها شعاع يُشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي:

نلاحظ التشابه الكبير مع المجال الكهربائي ثنائي القطب:

وبالتالي نسمي هذه القيمة μ، العزم المغناطيسي ثنائي القطب. على عكس الحقول الكهربائية، لا تحتوي الحقول المغناطيسية على شحنات كهربائية.

بتعبير آخر، لا توجد مصادر أو قواعد للحقول المغناطيسية، ولا يمكن أن يكون مجال مغناطيسي أحادي القطب دائمًا ثنائي القطب. أي شيء يمكن أن ينتج حقلًا مغناطيسيًا يأتي مع مصدر وقاعدة، أي قطب شمالي وقطب جنوبي. في العديد من الطرق، يكون ثنائي القطب المغناطيسي هو الوحدة الأساسية التي يمكنها تكوين مجال مغناطيسي.

معظم الجسيمات الأولية تتصرف ذاتيًا كثنائيات قطب مغناطيسية. على سبيل المثال، يتصرف الإلكترون كثنائي قطب مغناطيسي وله عزم دوران مغناطيس ثنائي القطب. هذا العزم المغناطيسي ذاتي لأن الإلكترون لا يحتوي على منطقة A (لأنه جُسيم نقطي) ولا يدور حول نفسه، لكن العزم موجود بصورة ذاتية في طبيعة الإلكترون.

يمكننا تعميم العزم المغناطيسي على ‘N’ من الحلقات التكرارية التي تدور في السلك بالمعادلة التالية:

μ = NiA

خطوط المجال المغناطيسي للحلقة التكرارية الحالية تشبه خطوط المجال الكهربائي ثنائية القطب في الحالة المثالية:

إذا سبق لك أن قسمت المغناطيس إلى جزأين، فستجد أن كل قطعة تكوّن مغناطيسًا جديدًا. تحتوي القطع الجديدة أيضًا على قطب شمالي وجنوبي. يبدو أنك لا تستطيع الحصول على القطب الشمالي فقط. هل يمكنك أن تجد الجواب في هذا المقال؟

ما الذي يكشفه الإلكترون حول بنية الكون؟

ترجمة: ازهر البكري

تدقيق: فارس سلطة

مراجعة: رزان حميدة

المصدر