لاحظ أورستد أنه عند مرور تيار كهربي في سلك مستقيم هذا السلك موضوع فوقه بوصلة أو موجودة أسفل منه ( بحيث يكون اتجاه المجال المغناطيسي للأرض في اتجاه التيار للسلك) فلاحظ إنحرف البوصلة. و لإن البوصلة تتأثر بالمجالات المغناطيسية. فإن إنحراف للبوصلة دليل على تولد مجال مغناطيسي نشأ بسبب التيار الكهربي المار في السلك المستقيم. و هذا المجال أقوي من المجال المغناطيسي للأرض الذي يجعل البوصلة تشير إلى الشمال و الجنوب الجغرافي و كذلك في اتجاه مخالف لمجال الأرض. يعد ذلك دليل على وجود تأثير مغناطيس ناشئ عن التيار الكهربي. و يراد معرفة شكل المجال و كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم و كذلك اتجاهه.
المجال المغناطيسي للتيار الكهربي في سلك
عند دراسة المجال المغناطيسي الناشئ من سلك مستقيم. يجب معرفة
- أولا : شكل المجال.
- ثانيا : القانون الذي يصف كثافة الفيض المغناطيسي عند كل نقطة حول السلك.
- ثالثا : اتجاه هذا المجال أن كثافة الفيض المغناطيسي كمية متجهة.
شكل المجال المغناطيسي لسلك مستقيم
عندما نبدأ بشكل المجال المغناطيسي يمكن تحديد شكل المجال باستخدام برادة الحديد. حيث يتم من نثر برادة الحديد على ورق مقوى بحيث يكون مستوى الورقة عمودي على السلك. و بعدها يتم رؤية برادة الحديد و قد تشكلت في صورة دوائر متحدة المركز و التي تشير إى شكل المجال المغناطيسي الناشئ من سلك مستقيم. و تكون هذه الدوائر مركزها السلك . خصائصها الدوائر (خطوط المجال) تتلخص في:
1- أنها تتقارب كلما اقتربنا من السلك وتتباعد كلما ابتعدنا من السلك دليلا على أن كثافة الفيض تختلف كلما اقتربنا و ابتعدنا عن السلك ( تتناسب عكسيا مع المسافة).
2- يكون الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم في صورة دوائر وتكون هذه الدوائر توها عمودي على اتجاه شدة التيار.
قانون كثافة الفيض المغناطيسي الناشئ من سلك مستقيم
يمكن تحديد قانون لحساب كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم. و تتوقف كثافة الفيض المغناطيسي على:
1- المسافة العمودية بين النقطة والسلك.
2- قيمة شدة التيار المار في السلك.
3- النفاذية المغناطيسية للوسط.
كما هو موضح بهذا القانون
النفاذية المغناطيسية للوسط
نجد أن النفاذية المغناطيسية للوسط تختلف من وسط لأخر. فهي صفة مميزة للوسط و تحدد مدي قدرة الوسط علي نفاذ خطوط الفيض المغناطيسي بداخله. و يعتبر الحديد من أكبر الأوساط نفاذية مغناطيسية حيث يعمل الحديد علي تركيز خطوط الفيض المغناطيسي و بالتالي زيادة كثافة الفيض المغناطيسي. و يمكن تعيين وحدة النفاذية المغناطيسية عن طريق القانون
وتكون الوحدة
أو
ومن الجدير بالذكر أن
1- قانون كثافة الفيض المغناطيسي لسلك مستقيم يسمى قانون أمبير الدائري.
2- المسافة المذكورة في القانون هي المسافة العمودية الفاصلة بين النقطة والسلك.
إتجاه المجال المغناطيسي الناشئ من سلك مستقيم
يمكن ذلك أولا باستخدام مجموعة من البوصلات. يمكن عندها عمليا تحديد إتجاة خطوط الفيض المغناطيسي. أو نظريا باستخدام قانون أمبير لليد اليمنى.
قانون أمبير لليد اليمنى
قانون أمبير لليد اليمنى الذي ينص على ” تخيل أنك تقبض على السلك فإذا كان الإبهام يشير الى اتجاة التيار الكهربي فان دوران باقي الاصابع تشير الى اتجاة دوران متجة كثافة الفيض المغناطيسي” و يمكن تطبيقة كما بالشكل
و بالطبع للدوائر إتجاهين إما مع عقارب الساعة أو عكس عقارب الساعة.
مزيد من التفاصيل و المسائل في هذا كثافة الفيض المغناطيسي.
دروس الفصل الثاني