الحقل المغناطيسي للأرض والمعروف أيضًا باسم المجال المغنطيسي الأرضي ، هو الحقل المغناطيسي الذي يمتد من داخل الأرض إلى الفضاء حيث يتفاعل مع الرياح الشمسية وهي تيار من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس .
يتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق التيارات الكهربائية بسبب حركة التيارات الحرارية للحديد المنصهر في القلب الخارجي للأرض ، وهذه التيارات الحرارية ناتجة عن الهروب من الحرارة وهي عملية طبيعية .
كيفية إنشاء التيار الكهربائي
هناك ثلاث طرق رئيسية لإنتاج التيار الكهربائي ، الطريقة الأولى هي البطاريات ، يحدث في البطاريات تفاعل كهروكيميائي يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من نوع من الذرات إلى نوع آخر من الذرات مع جاذبية أقوى للإلكترونات ، ولقد تم تصميم البطارية لإجبار هذه الإلكترونات على المرور عبر سلك إلى أجهزتك الإلكترونية .
الطريقة الثانية لإنتاج تيار كهربائي هي الخلايا الشمسية ، حيث تمتص الطاقة الضوئية بواسطة الإلكترونات في شيء يسمى أشباه الموصلات ويكون عادة السيليكون الذي يسبب تحرك الإلكترونات وخلق التيار الكهربائي ، أما الطريقة الثالثة هي تحريك سلك كهربائي عبر مجال مغناطيسي .
توليد الكهرباء عبر المجال المغناطيسي
تعتبر هذه الطريقة هي الطريقة الثالثة لتوليد تيار كهربائي ، ويتم ذلك عن طريق تحريك سلك كهربائي بسرعة عبر المجال المغناطيسي ، ويتم القيام بذلك لأن الإلكترونات الموجودة في السلك لا يمكنها أن تشعر بالقوة المغناطيسية إلا إذا كانت تتحرك .
للحصول على ما يكفي من التيار للجميع ، يجب نقل الكثير من الأسلاك من خلال المجال المغناطيسي ، ويتم القيام بذلك عن طريق لف لفائف تحتوي على العديد من حلقات الأسلاك بسرعة في مجال مغناطيسي قوي ، وخلال كل منعطف من الملف تحصل الإلكترونات على ركلة من المجال المغناطيسي ويتم تحريكها على طول وهذا يخلق التيار الكهربائي .
إن الآلات التي تفعل ذلك تسمى المولدات ، ويمكنك تدوير الملف باستخدام المياه المتساقطة والتي تسمى الطاقة الكهرومائية أو البخار المنتج من الفحم أو النفط أو الغاز أو الطاقة النووية أو الحرارة من الشمس ، بالإضافة توربينات الرياح التي تستخدم الرياح .
في معظم المولدات وفي كل مرة يقوم فيها الملف بنصف دورة تحصل الإلكترونات على ركلة مغناطيسية ، وفي الشوط الثاني المقبل يحصلون على ركلة مغناطيسية في الاتجاه المعاكس ، وهذا يعني أن اتجاه التيار يحافظ على التبديل عبر العديد من الدورات بسرعة .
إن هذا التيار الكهربائي يسمى اتجاه المقايضة أو التيار المتردد أو التيار المتردد لفترة قصيرة ، أما البطاريات تنتج تيارًا يسير في اتجاه واحد فقط ويسمى التيار المباشر أو التيار المستمر لفترة قصيرة ، وفي المولدات نحن لا نخرج الطاقة من المجال المغناطيسي ، والطاقة التي تدخل التيار الكهربائي تأتي فعليًا من الطاقة المستخدمة لتدوير الملف ، ويسمي العلماء هذه باسم الطاقة الحركية .
المجال المغناطيسي للأرض
للإجابة على السؤال القائل لماذا لا نستخدم المجال المغناطيسي للأرض لتوليد الكهرباء ، نجد أنه تعتمد كمية التيار التي ينتجها المولد في الغالب على ثلاثة أشياء على الأقل وهي عدد حلقات السلك في الملف ، مدى سرعة لف الملف ومدى قوة المجال المغناطيسي .
وهنا نجد أن الحقل المغناطيسي للأرض ضعيف جدًا ، لذا ستحصل على تيار قليل جدًا من المولد ، وذلك في حين أن الحقول المغناطيسية الأخرى أقوى بنحو 6000 مرة من المجال المغناطيسي للأرض ، ونجد أيضاً أن الحقول المغناطيسية داخل المولدات الكهربائية تشبه هذا ، حتى مغناطيس الثلاجة يحتوي على حقول مغناطيسية أقوى بنحو 200 مرة من الأرض .
يتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق التيارات الكهربائية بسبب حركة التيارات الحرارية للحديد المنصهر في القلب الخارجي للأرض ، وهذه التيارات الحرارية ناتجة عن الهروب من الحرارة وهي عملية طبيعية .
كيفية إنشاء التيار الكهربائي
هناك ثلاث طرق رئيسية لإنتاج التيار الكهربائي ، الطريقة الأولى هي البطاريات ، يحدث في البطاريات تفاعل كهروكيميائي يؤدي إلى انتقال الإلكترونات من نوع من الذرات إلى نوع آخر من الذرات مع جاذبية أقوى للإلكترونات ، ولقد تم تصميم البطارية لإجبار هذه الإلكترونات على المرور عبر سلك إلى أجهزتك الإلكترونية .
الطريقة الثانية لإنتاج تيار كهربائي هي الخلايا الشمسية ، حيث تمتص الطاقة الضوئية بواسطة الإلكترونات في شيء يسمى أشباه الموصلات ويكون عادة السيليكون الذي يسبب تحرك الإلكترونات وخلق التيار الكهربائي ، أما الطريقة الثالثة هي تحريك سلك كهربائي عبر مجال مغناطيسي .
توليد الكهرباء عبر المجال المغناطيسي
تعتبر هذه الطريقة هي الطريقة الثالثة لتوليد تيار كهربائي ، ويتم ذلك عن طريق تحريك سلك كهربائي بسرعة عبر المجال المغناطيسي ، ويتم القيام بذلك لأن الإلكترونات الموجودة في السلك لا يمكنها أن تشعر بالقوة المغناطيسية إلا إذا كانت تتحرك .
للحصول على ما يكفي من التيار للجميع ، يجب نقل الكثير من الأسلاك من خلال المجال المغناطيسي ، ويتم القيام بذلك عن طريق لف لفائف تحتوي على العديد من حلقات الأسلاك بسرعة في مجال مغناطيسي قوي ، وخلال كل منعطف من الملف تحصل الإلكترونات على ركلة من المجال المغناطيسي ويتم تحريكها على طول وهذا يخلق التيار الكهربائي .
إن الآلات التي تفعل ذلك تسمى المولدات ، ويمكنك تدوير الملف باستخدام المياه المتساقطة والتي تسمى الطاقة الكهرومائية أو البخار المنتج من الفحم أو النفط أو الغاز أو الطاقة النووية أو الحرارة من الشمس ، بالإضافة توربينات الرياح التي تستخدم الرياح .
في معظم المولدات وفي كل مرة يقوم فيها الملف بنصف دورة تحصل الإلكترونات على ركلة مغناطيسية ، وفي الشوط الثاني المقبل يحصلون على ركلة مغناطيسية في الاتجاه المعاكس ، وهذا يعني أن اتجاه التيار يحافظ على التبديل عبر العديد من الدورات بسرعة .
إن هذا التيار الكهربائي يسمى اتجاه المقايضة أو التيار المتردد أو التيار المتردد لفترة قصيرة ، أما البطاريات تنتج تيارًا يسير في اتجاه واحد فقط ويسمى التيار المباشر أو التيار المستمر لفترة قصيرة ، وفي المولدات نحن لا نخرج الطاقة من المجال المغناطيسي ، والطاقة التي تدخل التيار الكهربائي تأتي فعليًا من الطاقة المستخدمة لتدوير الملف ، ويسمي العلماء هذه باسم الطاقة الحركية .
المجال المغناطيسي للأرض
للإجابة على السؤال القائل لماذا لا نستخدم المجال المغناطيسي للأرض لتوليد الكهرباء ، نجد أنه تعتمد كمية التيار التي ينتجها المولد في الغالب على ثلاثة أشياء على الأقل وهي عدد حلقات السلك في الملف ، مدى سرعة لف الملف ومدى قوة المجال المغناطيسي .
وهنا نجد أن الحقل المغناطيسي للأرض ضعيف جدًا ، لذا ستحصل على تيار قليل جدًا من المولد ، وذلك في حين أن الحقول المغناطيسية الأخرى أقوى بنحو 6000 مرة من المجال المغناطيسي للأرض ، ونجد أيضاً أن الحقول المغناطيسية داخل المولدات الكهربائية تشبه هذا ، حتى مغناطيس الثلاجة يحتوي على حقول مغناطيسية أقوى بنحو 200 مرة من الأرض .
