قانون أورستد

في الكهرومغناطيسية قانون أورستد هو قانون يصف توليد التيار الكهربائي لمجال مغناطيسي محيط به،^[1] سمي على اسم العالم الدنماركي هانز اورستد الذي اكتشف هذا التأثير في 21 نيسان 1820 م، عندما لاحظ أن إبرة البوصلة تنحرف عند اقترابها من سلك يحمل تيار كهربائي باتجاه عمودي على السلك،^[2][3] تمكن أورستد بهذا من إيجاد أول علاقة تربط بين الكهربائية والمغناطيسية، ليتبعها اكتشاف العلاقة الثانية المعروفة بقانون فرادي، يمثل هذان القانونان جزءًا مهماً من النظرية الكهرومغناطيسية ومعادلات ماكسويل.

استنتاجات اورستد

تمثلت ملاحظات اورستد لسلك مستقيم يحمل تيار مستمر بالنقاط التالية:^[4]

• خطوط المجال المغناطيسي تحيط بالسلك بشكل دوائر متحدة المركز.
• تقع خطوط المجال المغناطيسي بمستوي عمودي على السلك.
• إذا إنعكس إتجاه التيار المار في السلك، سينعكس إتجاه خطوط المجال المغناطيسي.
• شدة المجال المغناطيسي المحيط بالسلك يتناسب طردياً مع مقدار التيار المار في السلك.
• شدة المجال المغناطيسي عند أية نقطة يتناسب عكسياً مع المسافة بين النقطة والسلك.

تحديد اتجاه المجال المغناطيسي

يتم تمثيل اتجاه المجال المغناطيسي عند أية نقطة بشكل أسهم يشير رأس السهم إلى الاتجاه الذي سيشير إليه القطب الشمالي من إبرة البوصلة بعد الانحراف، ويمكن إيجاد اتجاه المجال المغناطيسي بسهولة باستعمال قاعدة اليد اليمنى، عند مسك السلك باليد اليمنى وجعل الإبهام يشير إلى اتجاه التيار المار في السلك (اتجاه تدفق الشحنات الموجبة)، لفة أصابع الكف ستمثل اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

صيغة قانون اورستد

حالياً يتم تمثيل قانون اورستد بالصيغة التالية:^[1][5]

التكامل الخطي لمجال مغناطيسي شدته (${\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {x} )\,}$) حول المسار المغلق (${\displaystyle C\,}$) يتناسب طردياً مع مقدار التيار الكلي (${\displaystyle I\,}$) المار خلال السطح المحصور بالمسار المغلق.

${\displaystyle \oint _{C}\mathbf {B} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}=\mu _{0}I\,}$

حيث أن: ${\textstyle \mu _{0}\,=4\pi \times 10^{-7}\ {\tfrac {V.s}{A.m}}}$ هو النفاذية المغناطيسية للفراغ، إتجاه التكامل حول المسار (${\displaystyle C\,}$) يرتبط بإتجاه التيار المار حسب قاعدة اليد اليمنى.

يمكن التعبير عن القانون بدلالة كافة التيار (${\displaystyle \mathbf {J} (\mathbf {x} )\,}$) المار خلال السطح (${\displaystyle C\,}$). بدلاً من استخدام التيار بالشكل التالي:^[1]

${\displaystyle \oint _{C}\mathbf {B} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}=\mu _{0}\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} \,}$

حيث أن: (${\displaystyle S}$) هو أي سطح محاط بالمسار (${\displaystyle C\,}$).

تصحيح ماكسويل

يصح قانون اورستد عند التيارات المستمرة (DC) فقط التي تبقى ثابتة الشدة والإتجاه مع الزمن، أي انه صالح لدوائر التيار المستمر التي لا تحتوي على متسعات أو محثات، كما يمكن رؤية فشل تطبيق القانون على التيارات المتغيرة مع الزمن كالتيارات المتناوبة (AC) أو الدوائر التي تحتوي على بطارية تشحن متسعة من خلال مقاومة، يمكن التحقق عملياً من ان التيار في هذه الدائرة يولد مجالاً مغناطيسياً، ولكن أي منحنى مغلق سيحيط بالموَصل سيحيط أيضاً بالسطح العازل بين لوحي المتسعة وهي منطقة لا يسري فيها تيار مما يولد مجالاً مغناطيسياً صفرياً.

تم تعديل قانون اورستد من قبل العالم ماكسويل لجعله يشمل التيارات المتغيرة مع الزمن عن طريق إضافة حد «تيار الإزاحة» إلى المعادلة سميت المعادلة الجديدة بقانون امبير-ماكسويل وتعطى بالصيغة التالية:

${\displaystyle \oint _{C}\mathbf {B} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {l}}=\iint _{S}\left(\mu _{0}\mathbf {J} +\mu _{0}\varepsilon _{0}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}\right)\cdot \mathrm {d} \mathbf {S} }$

معرض الصور

• 
  المجال المغناطيسي (الأسهم الحمراء) المتولد حول سلك يحمل تيار مستمر (السهم الازرق).
• تجربة اورستد وانحراف إبرة البوصلة قرب السلك الحامل للتيار.^[6]
• 
  إيجاد إتجاه المجال المغناطيسي المتولد حول سلك بإستعمال قاعدة اليد اليمنى.

اقرأ ايضاً

• كهرباء
• كهرومغناطيسية
• مغناطيسية
• تيار الإزاحة
• شدة المجال المغناطيسي
• معادلات ماكسويل

المراجع

1. Becker، Richard (2013). Electromagnetic Fields and Interactions. Courier Dover Publications. ص. 172. ISBN:0486318508. مؤرشف من الأصل في 2020-04-17.
2. Oersted، H. C. (1820). "Experiments on the effect of a current of electricity on the magnetic needles". Annals of Philosophy. London: Baldwin, Craddock, Joy. ج. 16: 273.
3. H. A. M. Snelders, "Oersted's discovery of electromagnetism" in Cunningham، Andrew Cunningham؛ Nicholas Jardine (1990). Romanticism and the Sciences. CUP Archive. ص. 228. ISBN:0521356857. مؤرشف من الأصل في 2020-04-24.
4. Dhogal (1986). Basic Electrical Engineering, Vol. 1. Tata McGraw-Hill. ص. 96. ISBN:0074515861. مؤرشف من الأصل في 2020-04-24.
5. Arfken، George Brown؛ Hans-Jurgen Weber؛ Frank E. Harris (2012). Mathematical Methods for Physicists: A Comprehensive Guide. Academic Press. ص. 168. ISBN:0123846544. مؤرشف من الأصل في 2020-04-24.
6. Presentation (2015) by O. Zajkov, Physics Institute, Ss. Cyril and Methodius University of Skopje, Macedonia.

• بوابة كهرطيسية
• بوابة إلكترونيات
• بوابة الفيزياء