اقرأ في هذا المقال
- ما هي الطاقة المغناطيسية؟
- كيف يتم توليد المجال المغناطيسي؟
- كيف يمكن حساب الطاقة المغناطيسية؟
- تطبيقات الطاقة المغناطيسية
- لماذا لا يمكن استخدام المغناطيسية كمصدر للطاقة؟
ما هي الطاقة المغناطيسية؟
يحتوي كل مجال مغناطيسي على طاقة، وتسمى أيضاً الطاقة المغناطيسية. هي ثابتة في الفيزياء. نظراً لأنّ المجال المغناطيسي يتم إنشاؤه بواسطة التيارات الكهربائية، فإنّ الطاقة المغناطيسية هي شكل طاقة من ناقلات الشحنة المتحركة “الإلكترونات”. لفهم مصدر هذه الطاقة، يجدر بنا أن نلقي نظرة على كيفية عمل المجال المغناطيسي.
كيف يتم توليد المجال المغناطيسي؟
يتم وصف المغناطيسية بالمجالات المغناطيسية. تحدث هذه بسبب المواد المغناطيسية، على سبيل المثال، المغناطيس الدائم، أو التيارات الكهربائية، على سبيل المثال، الملفات الحاملة للتيار، أو تغيير مؤقت في المجال الكهربائي.
تشير خطوط المجال المغناطيسي إلى التدفق المغناطيسي. كما هو الحال مع المجال المغناطيسي للأرض، فإنّ المغناطيس، على سبيل المثال، مغناطيس القضبان، له قطب شمالي وجنوبي، والأولى دائماً محاذاة في اتجاه القطب الشمالي المغناطيسي.
نظراً لأنّ العمل يتم لتوليد مجال مغناطيسي، فإنّ الحقل يحتوي على طاقة في مخزن طاقة مغناطيسية. اعتماداً على المادة، قد تختلف كمية الطاقة المغناطيسية. يصف التباطؤ هذا الاتصال. مرة أخرى، تم وصف هذه التأثيرات بواسطة معادلات ماكسويل، والتي توضح سبب قيام حاملات الشحنة الكهربائية بتوليد مجالات مغناطيسية.
كيف يمكن حساب الطاقة المغناطيسية؟
لوصف طاقة المجال المغناطيسي “الملف”، يمكن إعداد صيغة للطاقة المغناطيسية. وحدة كثافة الطاقة المغناطيسية في أي نقطة من المجال المغناطيسي في الفراغ هي (pm). وإجمالي الطاقة (E) الوحدات والأحجام التالية مطلوبة:
- شدة المجال المغناطيسي (B).
- كثافة التدفق المغناطيسي عند نقطة، ووحدته التسلا.
- تحريض الطاقة المغناطيسية للملف (L)، ووحدته هنري.
- التيار الكهربائي (I)، ووحدته الأمبير.
القانون يصبح كالآتي:
pm = ½ BH = ½ μ0 × H2 = B2 / 2μ0
وبالتالي الطاقة الكلية تصبح:
E = ½ LI2
القاعدة هي أنّه كلما زادت الطاقة المغناطيسية، زادت القوى المغناطيسية.
تطبيقات الطاقة المغناطيسية:
- عندما تقترب قطعة من الحديد من المغناطيس، يتم إنشاء طاقة أكبر من تلك الموجودة في الجسم المغناطيسي في الفضاء الجوي بينهما. اعتماداً على نفاذية الحديد، تقل نسبة هذه الطاقة. ولكن عندما يتلامس المغناطيس والحديد مع بعضهما البعض، تختفي طاقة المجال تماماً في المجال الجوي.
- يجب أن يقوم المغناطيس ببعض الأعمال من أجل وضعه، لكنّه يقلل من طاقته المغناطيسية. الشيء المثير للاهتمام هو أنّ المجال المغناطيسي للمغناطيس لا يتم تدميره، ولكن يتم تغيير موضعه في كل مرة، عندما يتم تطبيق قوة خارجية مرة أخرى لفصل الحديد عن المغناطيس. ثمّ تزداد الطاقة المغناطيسية مرة أخرى.
- المولد هو المثال الكلاسيكي لاستخدام الطاقة المغناطيسية. ببساطة، يتم تدوير مغناطيس داخل ملف بشكل دائم في دائرة، مع قيام المجال المغناطيسي بالعمل. هذه هي “قوة لورنتز” التي تعمل على تحريك الشحنات الكهربائية في مجال مغناطيسي. نتيجة لذلك، يمكن توليد التيار ويمكن أن يحدث الجهد عندما يتغير المجال المغناطيسي.
لماذا لا يمكن استخدام المغناطيسية كمصدر للطاقة؟
في عام 1841م، صاغ الطبيب والفيزيائي الألماني “يوليوس فون ماير” ما أصبح يعرف باسم القانون الأول للديناميكا الحرارية: “لا يمكن إنشاء الطاقة أو تدميرها”، ومع ذلك، يمكن تحويله من نوع إلى آخر، عن طريق الألواح الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء، أو عن طريق تحويل جزيئات الغاز الطبيعي إلى الحرارة التي تطبخ عشاءنا وتدفئ منازلنا.
يقول “ديفيد كوهين تانوجي”، نائب رئيس نادي الطاقة بمعهد “ماساتشوستس” للتكنولوجيا: “المغناطيسية قوة، لكنّها لا تملك طاقة خاصة بها”. ومع ذلك، يضيف، “المغناطيسية مفيدة للغاية لتحويل الطاقة من شكل إلى آخر. يأتي حوالي 99٪ من الطاقة المولدة من الوقود الأحفوري والطاقة النووية والطاقة الكهرومائية والرياح من الأنظمة التي تستخدم المغناطيسية في عملية التحويل “.
تعتمد كل تقنية لتوليد الطاقة، باستثناء الخلايا الكهروضوئية، على توربينات دوارة تضع الإلكترونات في حالة حركة وتدفعها عبر الدوائر والمولدات. يقول “كوهين تانوجي”: “بينما تتحرك هذه الجسيمات المشحونة عبر المغناطيسات داخل التوربينات، فإنها تخلق حقلاً حولها يؤثر على الجسيمات المشحونة الأخرى”. “هذه هي القوة المغناطيسية التي تحول طاقة الرياح والفحم والوقود النووي إلى الكهرباء التي يتم إرسالها إلى شبكة الطاقة”.
تتم إدارة الكثير من تلك الشبكة باستخدام مبادئ المغناطيسية أيضًا. محطات المحولات التي تراها على طول الطريق السريع أو في المناطق الصناعية هي المسؤولة عن تحويل الكهرباء ذات الجهد العالي إلى (110) فولت قابلة للاستخدام.
توفر خطوط الجهد العالي الطاقة من محطة توليد الكهرباء إلى محطات المحولات، وعندما تتحرك الإلكترونات عبر ملفات المحولات الكبيرة، فإنّها تؤدي إلى ظهور مجالات مغناطيسية تغير تردد الكهرباء إلى جهد آمن لتشغيل محمصاتنا ومصابيح السرير ومجففات الشعر، تستخدم المولدات والمحركات في كل شيء من السيارات الهجينة إلى محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر مغناطيساً.
