ما معنى المناطق والتخلّف؟ — الفيزياء

تعريف 22.8 الفيزياء الجامعية — السنة الثالثة · الفصل 22 — الكهرمغناطيسية في المادة

الكتلة الخام من الحديد ليست ممغنطة: بل تتشظى إلى مناطق، وهي أقاليم بمقياس الميكرومتر كلٌّ منها ممغنط تمامًا لكنه يشير إلى جهة مختلفة، فيكاد المجال الخارجي (وكلفة طاقته) يتلاشى. والمجال المطبَّق $\vect H$ يحرّك جدران المناطق — فتنمو المناطق المؤاتية — ثم يدير مناطق كاملة إلى الصفّ. وتعلق الجدران بالعيوب، فتصير العملية غير عكوسة: فأدر $H$ صعودًا ونزولًا يرسمْ $B(H)$ حلقةً، هي دورة التخلّف. وأطفئ التيار يبقَ المغنطة البقيّة $B_{\text{r}}$ ؛ وإلغاؤه يحتاج إلى مجال القسر العكسي $H_{\text{c}}$ . والمساحة التي تحيطها الحلقة هي طاقة مبدَّدة لكل دورة ولكل وحدة حجم. والمواد الليّنة (الفولاذ السيليكوني والفرّيتات: حلقة رفيعة و $H_{\text{c}}$ صغيرة) تصنع قلوب المحوّلات والمحركات؛ والصلبة (الألنيكو و Nd $_2$ Fe $_{14}$ B: حلقة سمينة و $H_{\text{c}}$ هائلة) تصنع المغانط الدائمة — والذاكرة المغناطيسية: فمغنط الثلاجة والقرص الصلب حلقتا تخلّف تأبيان النسيان.

المناطق. يسارًا: المغنط الحديدي البكر يخفي مغنطته في أقاليم يلغي بعضها بعضًا. ويمينًا: المجال المطبَّق ينمّيها و يديرها كتلةً ممغنطة واحدة — عبر قفزات جدران غير عكوسة تعطي الحديدَ ذاكرته.

دورة التخلّف. من الحالة البكر (المتقطعة)، يسوق المجال B إلى التشبّع؛ وإرجاع H إلى الصفر يترك البقيّة B_ r، ولا يمحوها إلا مجال القسر -H_ c. ومساحة الحلقة = حرارة لكل دورة ولكل وحدة حجم: فحلقات رفيعة للمحوّلات، وسمينة للمغانط الدائمة. — دورة التخلّف. من الحالة البكر (المتقطعة)، يسوق المجال $B$ إلى التشبّع؛ وإرجاع $H$ إلى الصفر يترك البقيّة $B_{\text{r}}$ ، ولا يمحوها إلا مجال القسر $-H_{\text{c}}$ . ومساحة الحلقة = حرارة لكل دورة ولكل وحدة حجم: فحلقات رفيعة للمحوّلات، وسمينة للمغانط الدائمة.

أمثلة

مثال 22.9 (المغنط الكهربائي ذو القلب الحديدي)

لُفّ $N$ لفة تحمل $I$ حول حلقة حديدية ( $\mu_{\text{r}} \sim 5000$ ) فيها فجوة هواء صغيرة $e$ . فقانون أمبير من أجل $\vect H$ حول الحلقة: $H_{\text{حديد}}\ell + H_{\text{فجوة}}e = NI$ ، و استمرار التدفق يجعل $B$ مشتركًا، ومنه

B\Big(\frac{\ell}{\mu_0\mu_{\text{r}}} + \frac{e}{\mu_0}\Big) = NI .

ومع $\ell = 1\,\mathrm{m}$ و $e = 1\,\mathrm{cm}$ ، يكون حدّ الفجوة خمسين ضعف حدّ الحديد: فيُنفَق كل جهد الوشيعة تقريبًا على دفع المجال عبر سنتيمتر واحد من الهواء. وتلك هي الدارة المغناطيسية في سطر واحد — فالحديد ناقل شبه تامّ للتدفق، و الهواء مقاومة — ولذلك تبقي المحركات والمرحّلات ورافعات ساحة الخردة فجوات هوائها رقيقة بلا هوادة (المسألة 22.1).

اقرأ في الفصل ←

أمثلة

مصطلحات ذات صلة