اقرأ في هذا المقال
ما هو ثنائي القطب المغناطيسي؟
ثنائي القطب المغناطيسي: هو بشكل عام مغناطيس صغير من الأبعاد المجهرية إلى ما دون الذرية، أي ما يعادل تدفق الشحنة الكهربائية حول حلقة. إنّ الإلكترونات التي تدور حول النوى الذرية، والإلكترونات التي تدور على محاورها، والنواة الذرية ذات الشحنة الموجبة الدوّارة كلها عبارة عن ثنائيات أقطاب مغناطيسية.
قد يتم إلغاء مجموع هذه التأثيرات بحيث لا يكون نوع معين من الذرة ثنائي القطب المغناطيسي. إذا لم يتم إلغاؤها بالكامل، فإنّ الذرّة عبارة عن ثنائي القطب المغناطيسي الدائم، مثل ذرات الحديد. العديد من الملايين من ذرات الحديد المحتبسة تلقائياً في نفس المحاذاة لتشكيل مجال مغناطيسي حديدي تشكل أيضاً ثنائي القطب المغناطيسي.
تُعد إبر البوصلة المغناطيسية ومغناطيس الشريط أمثلة على ثنائيات الأقطاب المغناطيسية المجهرية (macroscopic magnetic dipoles).
شرح ومعادلة ثنائي القطب المغناطيسي:
ثنائي القطب هو نظام مثالي يستخدم لوصف تقريبي للحقل الذي تم إنشاؤه بواسطة أنظمة الشحن الأكثر تعقيداً. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من ثنائيات القطب، وهي “ثنائيات الأقطاب الكهربائية والمغناطيسية والتيار”. ثنائي القطب المغناطيسي هو نظير ثنائي القطب الكهربائي الذي يمكن تمثيله كنظام من “شحنتين مغناطيسيتين”.
في الواقع، هذا التشبيه قابل للنقاش، لأنّه من منظور الديناميكا الكهربائية الحديثة، لا توجد شحنات مغناطيسية (أو أحادي القطب المغناطيسي). ومع ذلك، يمكن إعادة استخدام ثنائي القطب المغناطيسي الأساسي كمغناطيس صغير يتكون من الشحنات الموجبة والسالبة المجاورة.
بالنظر إلى أنّه يُعتقد أنّ الدائرة المغلقة هي المصدر الأصلي للمغناطيسية، فإنّ المثال النموذجي لثنائي القطب المغناطيسي سيكون حلقة سلكية ذات تيار مستمر يمر عبرها. في هذا الصدد، يعمل ثنائي القطب المغناطيسي أيضاً كمصدر للمجال المغناطيسي الثابت، على غرار الطريقة التي تؤدي بها الشحنة الكهربائية وظيفة مصدر المجال الكهروستاتيكي.
العزم المغناطيسي ثنائي القطب، أو ببساطة العزم المغناطيسي هو كمية متجه والقيمة الرئيسية المستخدمة لوصف الخصائص المغناطيسية لبعض المواد. أفضل طريقة لتعريفه هي التفكير في الحد الأقصى من عزم الدوران الذي يمكن أن يكون ناتجاً عن القوة المغناطيسية على ثنائي القطب الناتج لكل قيمة وحدة من المجال المغناطيسي المحيط في الفراغ. وفقاً لقاعدة اليد اليمنى، يشير العزم المغناطيسي ثنائي القطب عبر الحلقة. مقدار التيار في الحلقة مضروباً في مساحة الحلقة.
معادلة ثنائي القطب المغناطيسي:
وحدة قياس العزم المغناطيسي ثنائي القطب ليست وحدة أساسية في النظام الدولي للوحدات (SI)، لذلك يتم قياسها بـ (A × m2) أو (J / T). الجسيمات الأولية، النوى الذرية، وكذلك الأصداف الكهربائية للذرات والجزيئات لها بعض العزم المغناطيسي. في الجسيمات الأولية، وفقاً لميكانيكا الكم، تنتج العزم ثنائي القطب عن عزمها الميكانيكي الخاص، والذي يُسمّى الدوران.
يتم إعطاء الصيغة التي تسمح بقياس عزم ثنائي القطب المغناطيسي للإلكترون من خلال:
M = G (-eL / 2m)
حيث:
- e – شحنة الإلكترون.
- m – كتلة الإلكترون في حالة السكون.
- L – الزخم الزاوي للإلكترون.
- G – عامل الارتباط.
ما هو العزم المغناطيسي ثنائي القطب؟
يمكن اعتبار قوة ثنائي القطب المغناطيسي، التي تسمى “العزم المغناطيسي ثنائي القطب”، مقياساً لقدرة ثنائي القطب على تحويل نفسه إلى محاذاة مع مجال مغناطيسي خارجي معين. في مجال مغناطيسي منتظم، يتناسب حجم العزم ثنائي القطب مع أقصى قدر من عزم الدوران على ثنائي القطب، والذي يحدث عندما يكون ثنائي القطب بزاوية قائمة على المجال المغناطيسي.
تعريف العزم المغناطيسي ثنائي القطب:
يمكن تعريف العزم المغناطيسي ثنائي القطب، الذي يُطلق عليه غالباً ببساطة العزم المغناطيسي، على أنّه أقصى قدر من عزم الدوران الناتج عن القوة المغناطيسية على ثنائي القطب الذي ينشأ لكل قيمة وحدة من المجال المغناطيسي المحيط في الفراغ.
عندما يعتبر ثنائي القطب المغناطيسي حلقة تيار (current loop)، فإنّ حجم العزم ثنائي القطب يتناسب مع التيار مضروباً في حجم المنطقة المغلقة. اتجاه العزم ثنائي القطب، والذي يمكن تمثيله رياضياً كمتجه، بعيداً بشكل عمودي عن جانب السطح المحاط بمسار عكس اتجاه عقارب الساعة لتدفق الشحنة الموجبة.
بالنظر إلى حلقة التيار كمغناطيس صغير، فإنّ هذا المتجه يتوافق مع الاتجاه من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي. عندما تكون حرة في التدوير، فإنّ ثنائيات الأقطاب تتماشى مع بعضها البعض بحيث تشير لحظاتها في الغالب في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي.
يتم تحديد العزم المغناطيسية النووية والإلكترونية، مما يعني أنّه قد يتم توجيهها في الفضاء عند زوايا منفصلة معينة فقط فيما يتعلق باتجاه المجال الخارجي. في أنظمة المتر والكيلوغرام والثانية والأمبير والنظام الدولي للوحدات، تكون الوحدة المحددة لعزم ثنائي القطب هي الأمبير / متر مربع.
في النظام الكهرومغناطيسي السنتيمتر / جرام / الثانية، الوحدة هي (erg) “وحدة الطاقة” لكل جاوس (gauss)، “وحدة كثافة التدفق المغناطيسي”. ألف (ergs) لكل جاوس يساوي متراً مربعاً واحداً. وحدة مناسبة للعزم المغناطيسي ثنائي القطب للإلكترونات هي “مغنطون بور” (ما يعادل 9.27 × 10-24 أمبير / متر مربع). وحدة مماثلة للعزوم المغناطيسية للنوى والبروتونات والنيوترونات هي المغناطيس النووي (ما يعادل 5.051 × 10-27 أمبير / متر مربع).
