مفهوم میدان مغناطیسی در درک مغناطیس و کاربردهای آن در فیزیک اساسی است. میدان مغناطیسی یک میدان نامرئی در اطراف آهنربا است که بر سایر آهنرباها یا مواد مغناطیسی مانند آهن نیرو وارد می کند. این میدان همان چیزی است که به آهنرباها اجازه می دهد بدون لمس یکدیگر را جذب یا دفع کنند.
میدان مغناطیسی یک میدان برداری است که تأثیر مغناطیسی بر بارهای الکتریکی متحرک، جریان های الکتریکی و مواد مغناطیسی را توصیف می کند. یک میدان مغناطیسی توسط جریان های الکتریکی ایجاد می شود که می تواند جریان های ماکروسکوپی در سیم ها یا جریان های میکروسکوپی مرتبط با الکترون ها در مدارهای اتمی باشد. میدان مغناطیسی در هر نقطه معین با جهت و قدر (یا قدرت) مشخص می شود. به این ترتیب، این یک میدان برداری است.
میدان های مغناطیسی را می توان با استفاده از خطوط میدان مغناطیسی تجسم کرد. این خطوط از قطب شمال آهنربا شروع و به قطب جنوب ختم می شود. چگالی این خطوط نشان دهنده قدرت میدان مغناطیسی است: هرچه خطوط نزدیکتر باشند، میدان مغناطیسی قوی تر است. خطوط میدان مغناطیسی هرگز قطع نمی شوند.
قدرت و جهت یک میدان مغناطیسی توسط یک بردار توصیف می شود. این بردار به صورت \(\vec{B}\) نشان داده می شود که \(B\) نشان دهنده بزرگی میدان مغناطیسی و فلش جهت را نشان می دهد. واحد قدرت میدان مغناطیسی در سیستم بین المللی واحدها (SI) تسلا (T) است.
میدان مغناطیسی ناشی از یک بار متحرک \(q\) که با سرعت \(\vec{v}\) در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند توسط قانون نیروی لورنتس توصیف می شود که توسط:
\( \vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B}) \)که در آن \(\vec{F}\) نیروی وارد شده به بار، \(q\) بار، \(\vec{v}\) سرعت بار و \(\vec{B}\) است. \(\vec{B}\) بردار میدان مغناطیسی است. نماد \(\times\) نشان دهنده ضرب ضربدر است، به این معنی که نیرو بر سرعت بار و میدان مغناطیسی عمود است.
میدان های مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی تولید می شوند. به عنوان مثال، جریان های الکتریکی که از یک سیم عبور می کنند، میدان مغناطیسی را در اطراف سیم ایجاد می کنند. قانون دست راست به تعیین جهت میدان مغناطیسی در اطراف یک هادی حامل جریان کمک می کند: اگر انگشت شست دست راست خود را در جهت جریان قرار دهید، انگشتان شما در جهت میدان مغناطیسی به اطراف می پیچند.
خود زمین مانند یک آهنربای غول پیکر با میدان مغناطیسی عمل می کند. میدان مغناطیسی زمین مشابه میدان مغناطیسی میله ای با خطوط میدان مغناطیسی است که از قطب جنوب مغناطیسی تا قطب شمال مغناطیسی امتداد دارند. میدان مغناطیسی زمین با انحراف ذرات باردار از سیاره در برابر بادهای خورشیدی محافظت می کند.
مغناطیس در بسیاری از جنبه های زندگی روزمره وجود دارد. از قطب نماهایی که از میدان مغناطیسی زمین برای حرکت استفاده می کنند، تا نوارهای مغناطیسی روی کارت های اعتباری، و حتی در فناوری پزشکی مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) که از میدان های مغناطیسی قوی برای تولید تصاویری از داخل بدن استفاده می کند.
یکی از مهمترین کاربردهای میدان های مغناطیسی در فناوری، در آهنرباهای الکتریکی است. با پیچاندن یک سیم به دور یک قطعه آهن و عبور جریان الکتریکی از سیم، یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می شود. این اصل در موتورهای الکتریکی و ژنراتورها استفاده می شود.
میدان های مغناطیسی را می توان از طریق چندین آزمایش ساده مشاهده و مطالعه کرد. به عنوان مثال، پاشیدن براده های آهن در اطراف آهنربا، الگوی خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهد. هر براده به یک آهنربای کوچک تبدیل می شود و خود را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی قرار می دهد و جهت و قدرت میدان را به وضوح نشان می دهد.
میدان های مغناطیسی یک جنبه اساسی از فیزیک است که بر بسیاری از جنبه های جهان طبیعی و تکنولوژیکی تأثیر می گذارد. از مقیاس‌های ماکروسکوپی میدان مغناطیسی زمین که از حیات در برابر باد خورشیدی محافظت می‌کند تا مقیاس‌های میکروسکوپی اتم‌ها که به خواص مغناطیسی مواد کمک می‌کنند، میدان‌های مغناطیسی نقش مهمی دارند. درک میدان‌های مغناطیسی و کاربردهای آن‌ها نه تنها بینش‌هایی در مورد عملکرد کیهان ارائه می‌کند، بلکه پیشرفت‌های تکنولوژیکی را نیز ممکن می‌سازد که تأثیرات قابل‌توجهی بر زندگی روزمره ما دارد.
