مغناطیس و الکترومغناطیس

مغناطیس و الکترومغناطیس

اسلاید 1: به نام خدافصل پنجممغناطیس و الکترومغناطیس

اسلاید 2: سنگ آهن مغناطیسدر حدود 2000 سال پیش یونانیا ن سنگ آهن مغناطیس را کشف کردند. چون این سنگ ها آهن را جذب می کردن و در منطقه ای به نام مگنزیا پیدا شده بودن آنها را مغنایس نامیدند. اگر این سنگ را بوسیله نخ آویزان کنند به خودی خود قطب شمال و جنوب را مشخص می کنند لذا آن را سنگ راهنما نام گذاری کردند.

اسلاید 3: میدان الکترومغناطیسنیروی الکتریکی و مغناطیسی به یکدیگر مربوط می باشند. تا زمانی که یکی از آنها حرکت نداشته باشد روی هم بی اثر می باشد ولی وقتی یکی از آنها حرکت کند بروی یکدیگر اثر دارند.برای تشریح رابطه بین الکتریسته و مغناطیس نظریه ای به نام مغناطیس بوجود آمد.الکترون دارای بار منفی است لذا دارای میدان الکتریکی در اطراف خود می باشد، الکترون به دلیل حرکت وضعی خود دارای میدان مغناطیسی می باشد. این دو میدان برهم عمود می باشند. ترکیب میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی را میدان الکترومغناطیس گویند.

اسلاید 4: مولکول مغناطیسیآهن – نیکل – کبالت و کادیم عناصری هستند که خاصیت مغناطیسی دارند. سوالی که مطرح می شود این است که چرا دیگر عناصر خاصیت مغناطیسی ندارند. علت این است که هر جفت الکترون دارای حرکت وضعی مخالف هم دارند.لذا میدان مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند.اگر حرکت وضعی الکترون ها طوری باشد که میدان مغناطیسی آنها یکدیگر را تقویت کنند مولکول را مولکول مغناطیسی گویند.

اسلاید 5: خواص مغناطیسی مواددر طبیعت مواد به از لحاظ مغناطیسی به دو دسته تقسیم می شوند که عبارتند از1- مواد مغناطیسی2- مواد غیر مغناطیسیمواد مغناطیسیاجسامی هستند که خاصیت مغناطیسی از خود نشان می دهند مانند آهن و ترکیبات آهنی به این اجسام فرو مغناطیس گویند. فرو به معنای آهن می باشد.اجسام مغناطیسی دارای مولکول مغناطیسی می باشند اما همیشه خاصیت مغنایسی ندارند زیرا میدان های یکدیگر را خنثی می کنند.

اسلاید 6: مواد غیر مغناطیسیبرخی از اجسام دارای خاصیت مغناطیسی نیستند به این اجسام ، اجسام غیر مغناطیسی گویند. مانند چوب –روی اجسام غیر مغناطیسی خود به دو گروه تقسیم می شوند که عبارتند از 1- پارامغناطیس2- دیامغناطیسموادی که خیلی جزئی جذب آهن ربا می شوند را پارامغناطیس گویند. چوب- اکسیژن- آلومینیم-پلاتینموادی که جذب آهن ربا نمی شود را دیامغناطیس گویند. روی- نمک-طلا- جیوهمیدان مغناطیسیدر اطراف آهن ربا اگر یک قطب نما قرار دهیم قطب نما منحرف می شود این به این علت می باشد که در اطراف آهن ربا میدان مغناطیسی وجود دارد. میدان مغناطیسی بوسیله خطوط میدان نشان داده می شود.فضایی که در آن آهن ربا بر دیگر اجسام اثر می گذارد را میدان مغناطیسی گویند.

اسلاید 7: خطوط نیرو(شار یا فلو)میدان مغناطیسی در اطراف آهن ربا از یکسری خطوط به نام خطوط میدان درست شده این خطوط از قطب N خارج و به قطب S وارد می شود. این خطوط یکدیگر را قطع نمی کنند و هر چه تعدادشان بیشتر باشد میدان نیز قوی تر شده خطوط میدان را با فی نشان می دهند و واحد خطوط میدان وبر می باشد.

اسلاید 8: اثر متقابل میدان های مغناطیسیهنگامی که دو مغناطیس را در کنار هم قرار دهیم بر روی یکدیگر اثر می گذارند. اگر خطوط در یک جهت باشند یکدیگر را جذب در نتیجه قطب های نا هم نام یکدیگر را جذب می کنند. اگر خلاف هم باشند یکدیگر را دفع می کنند در نتیجه قطب های هم نام یکدیگر را دفع می کنند.

اسلاید 9: روش های بوجود آوردن خاصیت مغناطیسی (آهن ربای مصنوعی)اجسام فرو مغناطیس را می توان مغناطیس کرد. به عبارتی مولکول های مغناطیسی آن را مرتب کرد. به دو روش می توان خاصیت مغناطیسی ایجاد کرد که عبارتند از1- مالش مغناطیس2- جریان الکتریکیمالش مغناطیسوقتی یک آهن ربا را به آهن مالش دهیم در آهن خاصیت مغناطیسی به وجود می آید.

اسلاید 10: جریان الکتریکیاگر به دور یک آهن سیم پیچیده و از آن جریان DC عبور کند جریان باعث مرتب شدن مولکول های مغناطیس آهن می شود. اگر جسم خاصیت مغناطیس خود برای مدت طولانی حفظ کند به آن مغناطیس دائم (آهن سخت و فولالد) و اگر خاصیت مغناطیس خود را به سرعت از دست دهد مغناطیس موقت گویند.(آهن نرم)

اسلاید 11: روش های از بین بردن خاصیت مغناطیسیبرای از بین بردن خاصیت مغناطیسی آهن باید نظم مولکول های مغناطیسی را از بین برد. این عمل به سه صورت انجام می شود که عبارتند از1- گرما: اگر به آهن ربا گرما داده شود انرژی گرمایی باعث نوسان مولکول های مغناطیس شده و خاصیت مغناطیس از بین می رود.2- ضربه سخت: اگر به آهن ربا ضربه وارد کنیم باعث می شود نظم مولکول ها از بین رود.3- جریان الکتریکی: اگر آهن ربا را در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار دهیم نظم مولکول ها ی مغناطیسی از بین می رود.

اسلاید 12: پوشش مغناطیسیخطوط میدان مغناطیسی می توانند از همه مواد عبور کنند. البته بعضی در برابر عبور خطوط میدان مغناطیسی مقاوت می کنند. مقاومت در برابر عبور خطوط میدان مغناطیسی را رلوکتانس گویند. اجسام مغناطیسی در برابر عبور خطوط میدان دارای مقاومت کمی می باشند و آنها را جذب می کند. این خاصیت باعث می شود اجسام را با پوششی از ماده مغناطیسی در برابر خطوط میدان محافظت کنیم.ساعت ضد مغناطیسی

اسلاید 13: میدان مغناطیسی زمینزمین با توجه به حرکت وضعی خود و با توجه به جرم خود دارای میدان مغناطیسی می باشد. قطب N آن در نزدیکی قطب جنوب و قطب S آن در نزدیکی قطب شمال قرار دارد.

اسلاید 14: میدان مغناطیسی زمینبا توجه به حرکت وضعی الکترون ها در فلزات و بیشتر مواد حرکت زوج الکترون ها دارای میدان مغناطیسی مخالف هم تولید کرده در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند اگر سیم را به یک منبع ولتاژ وصل کنیم حرکت الکترون ها در یک جهت خواهد شد و در نتیجه در اطراف سیم حامل جریان میدان مغناطیسی به وجود می آید. اورستد نخستین کسی بود که کشف کرد که سیم حامل جریان میدان مغناطیسی تولید می کند.عقربه قطب نما بر سیم عمود است.

اسلاید 15: میدان مغناطیسی در اطراف سیم به صورت دایرهای هم مرکز می باشد. هر کدام از این دایره ها را یک خط نیرو گویند و به آن یک ماکسول گویند. از 108 ماکسول یک وبر بدست می آید.(wb) جهت خطوط میدان مغناطیسی در اطراف سیم به جهت جریان بستگی دارد و این جهت از قانون دست راست و جهت قطب نما به دست می آید.قانون دست راستاگر انگشت شست دست راست جهت جریان را در سیم نشان دهد آنگاه بسته شدن چهار انگشت دیگر جهت خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهد.

اسلاید 16: در شکل زیر جهت جریان از سمت راست به سمت چپ می باشد لذا جهت خطوط میدان با استفاده از قانون دست راست به صورت زیر می باشد.جهت جریان در سیم را در مدار با یک پیکان نشان می دهند. اگر به پیکان یا فلش از جلو و عقب نگاه کنیم چه مقطعی می بینیم؟

اسلاید 17:

اسلاید 18: چگالی خطوط میدان مغناطیسیهر چه جریان سیم بیشتر باشد خاصیت میدان مغناطیسی در اطراف سیم قوی تر می باشد. هر چه از سیم دور می شویم تراکم خطوط میدان کم شده و بر عکس. برای مشخص کردن شدت میدان مغناطیسی در اطراف سیم حامل جریان چگالی میدان مغناطیسی یا چگالی میدان تعریف می کنند.تعریف چگالی میدانتعداد خطوطی که از واحد سطح عبور می کنند را چگالی میدان گویند.نکتهتعداد خطوط که از واحد سطح عبور می کند با فاصله نسبت عکس دارد و با جریان نسبت مستقیم.

اسلاید 19: اثر متقابل میدان های مغناطیسی بر یکدیگرهمانطور که قبلا“ گفته شد قطب های مخالف یکدیگر را جذب و قطب های غیر مخالف یکدیگر را دفع می کنند. لذا با توجه به ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف سیم راست دو سیم حامل جریان یکدیگر را دفع یا جذب می کنند.اگر دو سیم حامل جریان عکس باشند جهت خطوط میدان آنها عکس یکدیگر می باشند و یکدیگر را دفع می کنند.

اسلاید 20: اگر دو سیم حامل جریان هم جهت باشند میدان مغناطیسی آنها در یک جهت می باشند و یکدیگر را جذب می کنند.اگر چند سیم را به صورت موازی قرار داده و جهت جریان آنها هم سو باشد میدان قوی تولید می کنند.

اسلاید 21: میدان مغناطیسی حلقهاگر از یک حلقه جریان عبور کند در وسط آن و مخصوصا“ در مرکز آن میدان مغناطیسی ایجاد می شود. قطب N در بالا و قطب S در پایین می باشد. توسط قانون دست راست جهت میدان مشخص می شود.

اسلاید 22: میدان مغناطیسی بوبیناگر سیمی به صورت حلقوی پیچیده شود یک بوبین یا سیم پیچ به وجود می آید.اگر از سیم پیچ جریان عبور کند میدان مغناطیسی حلقه ها یکدیگر را تقویت می کنند. توسط قانون دست راست جهت میدان مشخص می شود

اسلاید 23: میدان مغناطیسی یک سیم پیچ به عوامل زیر بستگی دارد.1- جریان سیم2- تعداد حلقه های سیم پیج3- نزدیکی حلقه های سیم پیچ (هر چه طول سیم پیچ بیشتر باشد میدان ضعیف تر است)4- سیم پیچ دارای هسته آهنی باشد

اسلاید 24: کاربرد مغناطیساز مغناطیس می توان در جاهای زیادی استفاده کرد که بعضی از آنها عبارتند از1- زنگ مغناطیسی DC2- کلید مغناطیسی3- موتور الکتریکی ساده4- ژنراتور ساده یا مولد5- دستگاه اندازه گیری الکتریکی6- آهن ربای مصنوعی

اسلاید 25: کلید مغناطیسیاین کلید مانند یک فیوز عمل می کند. در هنگام استفاده از فیوز اگر جریان زیادی از مدار عبور کند فیوز می سوزد اما در کلید مغتاطیسی کلید قطع شده و می توان دوباره آن را وصل کرد.

اسلاید 26: موتور الکتریکی سادهاگر سیم حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد بر آن نیرو وارد می شود و باعث حرکت سیم می شود. میدان مغناطیسی سیم حامل جریان بر روی خطوط میدان قطب مغناطیسی اثر می گذارد و باعث تغییر شکل آن می شود خطوط نیروی تغییر شکل داده شده سعی می کنند که به وضعیت قبل خود در آیند لذا به سیم حامل جریان نیرو وارد می کنند.

اسلاید 27: جهت نیروی وارد بر سیم را می توان از قانون دست چپ به دست آورد.قانون دست چپاگر خطوط میدان بر دست چپ وارد شوند و چهار انگشت جهت جریان را نشان دهد، انگشت شست جهت نیرو را نشان می دهد.

اسلاید 28: اگر سیم را به صورت کلاف در آوریم جهت نیروی وارد بر کلاف به صورت زیر است.

اسلاید 29: ژنراتور سادهاگر یک سیم پیچ را در یک میدان مغناطیسی حرکت دهیم، میدان مغناطیسی باعث می شود که الکترون های سیم در یک جهت حرکت کنند و جمع شوند. این روند را تولید نیروی محرکه القایی گویند.

اسلاید 30: جهت نیروی القایی را می توان از قانون دست راست بدست آورد. اگر خطوط میدان به کف دست راست وارد شوند و انگشت شست جهت حرکت هادی را نشان دهد چهار انگشت دیگر جهت نیروی محرکه القایی را نشان می دهد.

اسلاید 31: دستگاه اندازه گیریدر دستگاه های اندازه گیری برای اندازه گیری جریان - ولتاژ و مقاومت از یک سیم پیچ و یک هسته متحرک استفاده می کنند.

اسلاید 32: آهن ربای مصنوعی در صنعت برای انتقال و جابجایی فلزات از آهن ربای مصنوعی استفاده می کنند.