🎯 نواتج التعلم
🎯 Learning Outcomes
بعد دراسة هذا الدرس ستكون قادرًا على أن:
After this lesson you will be able to:
- تعرّف المجال المغناطيسي \(B\) ووحدته التسلا وتصف كيفية تعيين اتجاهه بالبوصلة.Define the magnetic field \(B\) and its unit the tesla, and describe how a compass finds its direction.
- تذكر خصائص خطوط المجال وتقرأ كثافتها كشدة للمجال.State the properties of field lines and read their density as field strength.
- تميّز أنواع المجالات المغناطيسية وتصف مجال مغناطيسين متجاذبين ومتنافرين.Distinguish the types of magnetic fields and describe the field of two attracting and two repelling magnets.
- تحسب مجال سلك مستقيم \(B=\mu_0I/2\pi r\) وتحدد اتجاهه بقاعدة قبضة اليد اليمنى.Calculate the field of a straight wire \(B=\mu_0I/2\pi r\) and find its direction with the right-hand grip rule.
- تفهم معنى قوانين غاوس وأمبير ولورنتز وتعرف أبرز التطبيقات.Understand the meaning of the laws of Gauss, Ampere and Lorentz and know the main applications.
📖 مقدمة تاريخية
📖 A Historical Introduction
عرف الإغريق القدماء المغناطيسية نحو 600 ق.م باكتشاف الفلز الطبيعي المغنيتيت الذي يجذب الحديد، ولاحظوا أن الحديد الملامس له يصبح قادرًا على جذب قطع حديد أخرى، أي يتمغنط.
The ancient Greeks knew magnetism around 600 BC through the natural mineral magnetite which attracts iron, and noticed that iron touching it can attract other pieces of iron, that is it becomes magnetised.
في القرن 11 م استخدم الصينيون المغناطيس في صنع إبرة البوصلة؛ فالإبرة الحرة الدوران حول محور شاقولي تستقر في اتجاه الشمال - الجنوب المغناطيسي بتأثير المجال المغناطيسي للأرض. ثم طرح وليم هيلبرت عام 1600 م في قصر الملكة إليزابيث فكرة أن الكرة الأرضية نفسها مغناطيس ضخم. وفي عام 1820 م اكتشف أورستد أن التيار الكهربائي يحرّف إبرة البوصلة، فتبيّن أن للتيارات مجالات مغناطيسية أيضًا.
In the 11th century the Chinese used magnets to make the compass needle; a needle free to turn about a vertical axis settles along the magnetic north-south direction because of the Earth’s magnetic field. Then William Gilbert proposed in 1600 at the court of Queen Elizabeth that the Earth itself is a giant magnet. In 1820 Oersted discovered that an electric current deflects a compass needle, showing that currents also have magnetic fields.
📐 تعريف المجال المغناطيسي
📐 Definition of the Magnetic Field
📌 التعريف
📌 Definition
المجال المغناطيسي هو المنطقة حول مغناطيس أو تيار كهربائي أو شحنة متحركة التي تظهر فيها قوى مغناطيسية. رمزه \(\vec B\) ووحدته التسلا \((\mathrm T)\)، وهو كمية متجهة (له مقدار واتجاه).
The magnetic field is the region around a magnet, an electric current or a moving charge in which magnetic forces appear. Its symbol is \(\vec B\) and its unit the tesla \((\mathrm T)\); it is a vector quantity (it has magnitude and direction).
نمثّل المجال بـخطوط وهمية تسمى خطوط المجال المغناطيسي. وأسهل طريقة لمعرفة اتجاه الخط عند نقطة قرب مغناطيس هي وضع بوصلة صغيرة عندها: فتستقر الإبرة بحيث يتجه قطبها الشمالي نحو القطب الجنوبي للمغناطيس وقطبها الجنوبي نحو قطبه الشمالي، ويكون محورها مماسًا لخط المجال، وطرفها الشمالي يشير إلى اتجاه المجال.
We represent the field by imaginary lines called magnetic field lines. The easiest way to find the direction of a line at a point near a magnet is to place a small compass there: the needle settles with its north pole toward the magnet’s south pole and its south pole toward the magnet’s north pole, its axis tangent to the field line, and its north end points along the field.
📋 خصائص خطوط المجال
📋 Properties of field lines
- تخرج من القطب الشمالي وتدخل القطب الجنوبي خارج المغناطيس، ومن الجنوبي إلى الشمالي داخله.They leave the north pole and enter the south pole outside the magnet, and go from south to north inside it.
- هي خطوط مغلقة ليس لها بداية ولا نهاية.They are closed lines with no beginning or end.
- لا تتقاطع أبدًا (للمجال اتجاه واحد عند كل نقطة).They never cross (the field has one direction at each point).
- كثافتها تدل على شدة المجال: تتكاثف عند القطبين حيث المجال أقوى.Their density indicates the field strength: they crowd at the poles where the field is strongest.
الخطوط وهمية نستعملها لتمثيل المجال وليست أشياء حقيقية.
The lines are imaginary; we use them to represent the field and they are not real objects.
🧪 جرّب بنفسك: المغناطيس والبوصلة والمجال
🧪 Try It Yourself: the Magnet, the Compass and the Field
🧪 تجربة 1: المغناطيس والبوصلة وخطوط المجال
🧪 Experiment 1: The Magnet, the Compass and the Field Lines
اسحب البوصلة (أو اضغط في أي مكان على الرسم) لترى كيف تأخذ إبرتها اتجاه مماس خط المجال. اضغط «برادة الحديد» لإظهار شكل المجال، وبدّل بين مغناطيس واحد ومغناطيسين متجاذبين أو متنافرين ثم الأرض. لاحظ أين تتكاثف الخطوط وأين يقوى المجال.
Drag the compass (or click anywhere on the picture) to see its needle take the direction of the tangent to the field line. Press “Iron filings” to reveal the shape of the field, and switch between one magnet, two attracting or two repelling magnets, and the Earth. Notice where the lines crowd together and where the field is strong.
أي العبارات التالية ليست من خصائص خطوط المجال المغناطيسي؟
Which of the following is not a property of magnetic field lines?
وُضعت بوصلة صغيرة قرب مغناطيس. قطبها الشمالي يتجه نحو:
A small compass is placed near a magnet. Its north pole points toward the:
📊 أنواع المجالات المغناطيسية
📊 Types of Magnetic Fields
| النوعType | الوصفDescription | مثالExample |
|---|---|---|
| طبيعيNatural | موجود في الطبيعة دون تدخل بشريexists in nature without human intervention | المجال المغناطيسي للأرضthe Earth’s magnetic field |
| صناعي دائمPermanent artificial | ينتج عن مواد ممغنطة بشكل دائمproduced by permanently magnetised materials | المغناطيس الدائم (حديد ممغنط)a permanent magnet (magnetised iron) |
| كهرومغناطيسي مؤقتTemporary electromagnetic | ينتج عن مرور تيار كهربائي ويزول بانقطاعهproduced by an electric current and disappears when it stops | الملف الحلزوني (Solenoid)a solenoid (coil) |
🧲 المجال المغناطيسي لمغناطيسين
🧲 The Field of Two Magnets
عند وضع مغناطيسين متقابلين تتشكل خطوط المجال بحسب نوع القطبين المتقابلين (اختر «مغناطيسان متجاذبان» أو «متنافران» في التجربة أعلاه):
When two magnets face each other the field lines take a shape that depends on the facing poles (choose “two attracting magnets” or “two repelling” in the experiment above):
| الأقطاب المتقابلةFacing poles | شكل الخطوطShape of the lines | القوةThe force |
|---|---|---|
| مختلفة (شمالي – جنوبي)unlike (N – S) | تتصل الخطوط مباشرة من الشمالي إلى الجنوبي وتتكاثف بينهماthe lines go directly from the north to the south pole and crowd between them | تجاذبattraction |
| متماثلة (شمالي – شمالي أو جنوبي – جنوبي)like (N – N or S – S) | تتباعد الخطوط وتوجد نقطة بينهما يتلاشى فيها المجالthe lines spread apart and there is a point between them where the field vanishes | تنافرrepulsion |
🔌 مجال سلك مستقيم يحمل تيارًا
🔌 The Field of a Straight Current-Carrying Wire
التيار الكهربائي يولّد مجالًا مغناطيسيًا. خطوط مجال سلك مستقيم طويل دوائر مغلقة متحدة المركز حول السلك في مستوى عمودي عليه. واتجاهها بقاعدة قبضة اليد اليمنى: الإبهام باتجاه التيار التقليدي وتلتف الأصابع باتجاه المجال.
An electric current produces a magnetic field. The field lines of a long straight wire are closed concentric circles around the wire in a plane perpendicular to it. Their direction follows the right-hand grip rule: the thumb along the conventional current and the fingers curling along the field.
📌 شدة مجال السلك المستقيم
📌 The field strength of a straight wire
\[B=\frac{\mu_0\,I}{2\pi\,r},\qquad \mu_0=4\pi\times10^{-7}\ \mathrm{T\cdot m/A}\]
المجال يتناسب طرديًا مع التيار \(I\) وعكسيًا مع البعد \(r\) عن السلك: مضاعفة التيار تضاعف المجال، ومضاعفة البعد تنصفه.
The field is directly proportional to the current \(I\) and inversely proportional to the distance \(r\) from the wire: doubling the current doubles the field and doubling the distance halves it.
🧪 جرّب بنفسك: مجال السلك المستقيم
🧪 Try It Yourself: the Field of a Straight Wire
🧪 تجربة 2: مجال سلك مستقيم يحمل تيارًا
🧪 Experiment 2: The Field of a Straight Current-Carrying Wire
السلك عمودي على الصفحة. اسحب البوصلة (أو اضغط في أي مكان) وغيّر التيار: يتناسب \(B\) طرديًا مع \(I\) وعكسيًا مع \(r\)، ويتغير اتجاهه بعكس التيار (قاعدة قبضة اليد اليمنى: الإبهام باتجاه التيار وباقي الأصابع باتجاه المجال).
The wire is perpendicular to the page. Drag the compass (or click anywhere) and change the current: \(B\) is directly proportional to \(I\) and inversely proportional to \(r\), and its direction reverses with the current (right-hand grip rule: thumb along the current and the fingers curl along the field).
سلك مستقيم يمر به تيار \(5\ \mathrm A\). أوجد شدة المجال المغناطيسي على بعد \(0.1\ \mathrm m\) منه.
A straight wire carries a current of \(5\ \mathrm A\). Find the magnetic field at a distance of \(0.1\ \mathrm m\) from it.
في المثال السابق، ما شدة المجال إذا أصبح التيار \(10\ \mathrm A\) والبعد \(0.2\ \mathrm m\)؟
In the previous example, what is the field if the current becomes \(10\ \mathrm A\) and the distance \(0.2\ \mathrm m\)?
لمضاعفة المجال عند نقطة بجوار سلك مستقيم يحمل تيارًا نقوم بـ:
To double the field at a point beside a straight current-carrying wire we:
📐 القوانين الأساسية
📐 The Basic Laws
ثلاثة قوانين تصف المجال المغناطيسي وعلاقته بالشحنات والتيارات. هذه هي معانيها بالكلمات:
Three laws describe the magnetic field and its relation to charges and currents. Here are their meanings in words:
1) قانون غاوس للمغناطيسية
1) Gauss’s law for magnetism
\[\oint\vec B\cdot d\vec A=0\]
التدفق المغناطيسي الكلي عبر أي سطح مغلق يساوي صفرًا: كل خط مجال يدخل السطح يخرج منه. لا توجد أقطاب مغناطيسية منفردة.
The total magnetic flux through any closed surface is zero: every field line that enters the surface also leaves it. There are no isolated magnetic poles.
2) قانون أمبير
2) Ampere’s law
\[\oint\vec B\cdot d\vec l=\mu_0\,I\]
يربط التيار الكهربائي بالمجال الناتج عنه: التكامل الخطي للمجال حول مسار مغلق يساوي \(\mu_0\) مضروبًا بالتيار الذي يخترقه. ومنه نحصل على \(B=\mu_0I/2\pi r\) للسلك المستقيم.
It relates the electric current to the field it produces: the line integral of the field around a closed path equals \(\mu_0\) times the current passing through it. From it we obtain \(B=\mu_0I/2\pi r\) for a straight wire.
3) قانون لورنتز
3) Lorentz’s law
\[\vec F=q\left(\vec E+\vec v\times\vec B\right)\]
القوة الكلية على شحنة \(q\) تتحرك بسرعة \(\vec v\) في مجالين كهربائي وكهربائي مغناطيسي: جزء كهربائي \(q\vec E\) وجزء مغناطيسي \(q\vec v\times\vec B\) عمودي على السرعة والمجال، وهو ما يحني مسار الجسيمات المشحونة في المجال المغناطيسي.
The total force on a charge \(q\) moving with velocity \(\vec v\) in an electric and a magnetic field: an electric part \(q\vec E\) and a magnetic part \(q\vec v\times\vec B\) perpendicular to the velocity and the field, which bends the paths of charged particles in a magnetic field.
إلكترون (\(q=1.6\times10^{-19}\ \mathrm C\)) يتحرك بسرعة \(2\times10^{6}\ \mathrm{m/s}\) عموديًا على مجال مغناطيسي منتظم \(0.5\ \mathrm T\). أوجد القوة المغناطيسية عليه.
An electron (\(q=1.6\times10^{-19}\ \mathrm C\)) moves at \(2\times10^{6}\ \mathrm{m/s}\) perpendicular to a uniform magnetic field of \(0.5\ \mathrm T\). Find the magnetic force on it.
ينص قانون غاوس للمغناطيسية على أنه:
Gauss’s law for magnetism states that:
🔹 التطبيقات العملية
🔹 Practical Applications
| التطبيقApplication | الشرحDescription |
|---|---|
| المحركات الكهربائيةElectric motors | تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركيةconvert electrical energy to kinetic energy |
| المولدات الكهربائيةElectric generators | تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائيةconvert kinetic energy to electrical energy |
| الرنين المغناطيسي (MRI)Magnetic resonance imaging (MRI) | تصوير الأعضاء الداخلية بدقة عاليةhigh-precision imaging of internal organs |
| القطارات المغناطيسية (Maglev)Maglev trains | تعليق بالمجال المغناطيسي لتقليل الاحتكاكmagnetic levitation to reduce friction |
| البطاقات الائتمانيةCredit cards | تخزين البيانات على الشريط المغناطيسيdata storage on the magnetic stripe |
| مكبرات الصوتLoudspeakers | تحويل الإشارات الكهربائية إلى اهتزازات صوتيةconvert electrical signals to sound vibrations |
| المحولات الكهربائيةTransformers | تغيير جهد التيار المترددchange the voltage of an alternating current |
| أجهزة القياسMeasuring instruments | كالجلفانومتر والأميتر لقياس التيارsuch as the galvanometer and ammeter to measure current |
أي مما يلي تطبيق عملي للمجال المغناطيسي؟
Which of the following is a practical application of the magnetic field?
📋 ملخص الدرس
📋 Lesson Summary
| المفهومConcept | الشرحExplanation |
|---|---|
| تعريف المجالDefinition | منطقة حول المغناطيس أو التيار تظهر فيها قوى مغناطيسيةa region around a magnet or current where magnetic forces appear |
| الرمز والوحدةSymbol and unit | \(B\) والتسلا \(\mathrm T\)\(B\) and the tesla \(\mathrm T\) |
| اتجاه الخطوطDirection of the lines | من الشمالي إلى الجنوبي خارج المغناطيسfrom north to south outside the magnet |
| خصائص الخطوطProperties of the lines | مغلقة، لا تتقاطع، كثافتها تدل على الشدةclosed, never cross, their density indicates strength |
| مجال سلكField of a wire | \(B=\mu_0I/2\pi r\)\(B=\mu_0I/2\pi r\) |
| القوانينLaws | غاوس، أمبير، لورنتزGauss, Ampere, Lorentz |
🧪 اختبر نفسك: امتحان من 20 سؤالاً
🧪 Test Yourself: a 20-Question Exam
أنهِ الدرس بالاختبار التفاعلي التالي؛ أسئلته تجمع بين الفهم والحساب وتغطي جميع أقسام الدرس.
Finish with the interactive exam below; its questions mix understanding with calculation and cover every section of the lesson.
اختبار المجال المغناطيسي Magnetic Field Quiz
20 سؤالاً - خطوط المجال، البوصلة، أنواع المجالات، قوانين غاوس وأمبير ولورنتز، مجال سلك مستقيم، التطبيقات 20 Questions - field lines, the compass, types of fields, the laws of Gauss, Ampere and Lorentz, the field of a straight wire, applications
• عدد الأسئلة: 20 سؤالاً
• مدة الاختبار: 30 دقيقة
• لا يمكنك تغيير إجاباتك أو إعادة الاختبار إلا بعد 24 ساعة من التسليم.
• تأكد من إجاباتك قبل التسليم! 📌 Important Instructions:
• Number of questions: 20 questions
• Quiz duration: 30 minutes
• You cannot change your answers or retake the quiz for 24 hours after submission.
• Make sure of your answers before submitting!
🔗 محاكيات GeoGebra للاستعانة بها عند اللزوم
🔗 GeoGebra Simulations to Use When Needed
اضغط «تشغيل» لتعمل المحاكاة هنا داخل الدرس؛ ويمكن للطالب الرجوع إليها لتجربة الفكرة بطريقة أخرى.
Press “Run” to run the simulation right here inside the lesson; the student can use it to try the idea in another way.
