معلومات عن المغناطيس

الكاتب : سماح محمد

التعليم

27 أكتوبر 2024

منذ 4 أسابيع

عناصر الموضوع

1- مكونات المغناطيس

2- أنواع المغناطيس

3- خصائص المغناطيس

4- إستخدامات المغناطيس

5- حقائق حول المغناطيس

عناصر الموضوع

1- مكونات المغناطيس

2- أنواع المغناطيس

3- خصائص المغناطيس

4- استخدامات المغناطيس

5- حقائق حول المغناطيس

المغناطيس عبارة عن معادن مغناطيسية موجودة بشكل طبيعي منذ العصور القديمة، حيث تشكل أجزاء من الصخور النارية، وهي من أكثر المعادن انتشارًا في الطبيعة بين أنواع السلاحف في العالم. يتمتع هذا الحجر أو الصخر بالعديد من الخصائص الطبيعية المهمة، بما في ذلك القدرة على جذب المعادن الأخرى. وهكذا، فقد تم استخدام هذه المواد في العديد من التطبيقات العلمية والبيولوجية. الهدف من هذا المقال هو شرح المزيد عن المغناطيس من خلال تحليل متعمق، حيث نتناول العديد من الجوانب العلمية والتاريخية للمغناطيس. انضم إلينا لتتعرف على هذه المعلومات المهمة.

1- مكونات المغناطيس

المغناطيس عبارة عن معادن لها العديد من الخصائص المهمة، ومن المعروف أنها نشأت في ظروف غير معروفة. ويعتقد العلماء أنها تشكلت من أكاسيد الحديد والمواد المنصهرة. مقاومة هذه الحجارة هي ما يمنحها مغنطة قوية وانجذاباً للحديد والمعادن الأخرى. وفيما يتعلق بالجاذبية، هناك قوة مهمة تسمى المجال المغناطيسي، وتتميز هذه القوة بالطاقة الكهربائية. وهذا يدعم فكرة أن الصخور المغناطيسية موجودة على سطح الأرض، وليس في باطنها. حدوثه الطبيعي مغناطيسي بشكل طبيعي، ويعرف هذا الماجنتيت بالبريدوتيت. [1]

2- أنواع المغناطيس

المغناطيس الطبيعي

(الماجنيتيت) وهو أكسيد الحديد المغناطيسي، هو معدن أسود يجذب المعادن الحديدية. قدرته على الاستقرار في اتجاه الشمال والجنوب جعلته مفيداً في صناعة البوصلة.”

اختيار الخيار المناسب يعتمد على السياق الذي تستخدم فيه الجملة، وعلى النقاط التي تريد التركيز عليها. يمكنك أيضًا الجمع بين هذه الخيارات أو تعديلها لتناسب احتياجاتك بشكل أفضل.

المغناطيس الصناعي:

يتم استخدام المغناطيس الصناعي في مجموعة متنوعة ومحددة من جوانب حياتنا، إذ لا يمكن استخدام المغناطيس الطبيعي لهذه الأغراض، بسبب صعوبة تشكيله وضعفه. جميع المغانط التي نستخدمها هي مغانط صناعية، حيث يتم تصنيعها عن طريق أحد الطرق الثلاث التالية:

الصهر: يصب الحديد في قوالب بعد صهره في المعمل، ويتم بعد ذلك تعريضة إلي مجال مغناطيسي قوى.
الكهرباء: عند تمرير تيار كهربائي عبر ملف سلك موصل معزول الملتصق بقضيب من الحديد المطاوع، يتكون ما يعرف بـ المغناطيس الكهربائي.
الدلك: يتم مغنطة قطعة من الحديد عن طريق دلكها بمغناطيس في اتجاه واحد.

مع مرور الزمن، استطاع الإنسان تصنيع مغناطيسات بأشكال متنوعة. تتنوع تلك الأشكال بين مغناطيس بشكل حذاء الحصان وآخر بشكل قضيب مسطح، وأيضًا بشكل اسطواني، بالإضافة إلى وجود مغناطيسات بشكل حلقلت. يتميز المغناطيس الصناعي عن حجر المغناطيس بعدة نقاط، ومنها:

بإمكاننا ضبط شدة المجال المغناطيسي الخاص به.
شكله قابل للتعديل والتغيير. [2]

3- خصائص المغناطيس

إذا تم قطع مغناطيس طويل إلى النصف، سيتشكل في كل نصف قطب شمالي وقطب جنوبي، مما يجعل كل نصف يكتمل كمغناطيس بذاته.
نظرًا لأن المجال المغناطيسي لأي مغناطيس ينشأ عن وجود قطبين مغناطيسيين متقابلين، فإن المغناطيسات تُصنف فيزيائياً على أنها ثنائيات أقطاب.
عند وضع مغناطيس بالقرب من مادة مغناطيسية مؤقتة مثل قضيب من الحديد، يتم تنشيط الأعمدة في نهايات ديدي، يصبح ذلك الطرف قطبًا جنوبيًا والطرف الآخر يصبح قطبًا شماليًا. إذا تم تدوير المغناالقضيب الحديدي. عندما يكون قطب المغناطيس الشمالي بالقرب من أحد طرفي القضيب الحطيس بحيث يقترب القطب الجنوبي من نفس النهاية، يتبدل الوضع ليجعل النهاية الآخرى قطبًا شماليًا والنهاية الأولى قطبًا جنوبيًا. عندما يتم إزالة المغناطيس، تعود المادة المغناطيسية المؤقتة (الحديد) إلى حالتها الغير ممغنطة.
المغناطيس يمارس قوة جذب كبيرة على المواد الحديدية والفلزات ذات الخصائص المغناطيسية المشابهة، مثل النيكل والكوبلت.
المغناطيسات تجذب أو تطرد المغناطيسات الصلبة الأخرى، بسبب وجود قطبين متعاكسين في كل مغناطيس: القطب الشمالي والقطب الجنوبي. الأقطاب الشمالية تجذب الأقطاب الجنوبية للمغناطيسات الأخرى، وتصد الأقطاب الشمالية الأخرى. بالمثل،الأقطاب الجنوبية تجذب الأقطاب الشمالية ،وتصد الأقطاب الجنوبية الأخرى. [3]

4- إستخدامات المغناطيس

تتوفر المغناطيسات بكثرة في الطبيعة، ويمكن تصنيعها بسهولة لتناسب مختلف الاحتياجات. لطالما كانت جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية والصناعات المختلفة، حيث تستخدم في العديد من التطبيقات منذ القدم، وحتى الآن استخدامات المغناطيس.

ويعتمد استخدامها على خصائص الجذب والتنافر، كما هو موضح في المثال التالي: تستخدم آلات التبريد المغناطيس، وتستخدم تيارات كهربائية كبيرة لنقل ومغنطه الأحمال من معالجة المواد المعدنية الخردة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الكهرباء الدقيقة في المفاتيح والصمامات. تولد المجالات المغناطيسية الكهرباء في المولدات والمحركات والمحولات، ويمكنها أيضًا توجيه حزم الجسيمات المشحونة. يتم التحكم في الإلكترونيات الموجودة في كابلات التلفزيون جزئيًا عن طريق المجالات المغناطيسية وجزئيًا عن طريق التيارات الكهربائية.
يستخدم المغناطيس في صناعة البوصلة، والتي تعتمد على تفاعل الإبرة المغناطيسية مع المجال المغناطيسي الأرضي لتحديد الاتجاهات.
يُستخدم المغناطيس في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك أجهزة الميكروويف، والمراوح الكهربائية، وسماعات الأذن، ومكبرات الصوت، بالإضافة إلى الأجهزة الطبية والإلكترونية، ويوجد تقريبًا في جميع الأجهزة الكهربائية التي تتطلب تشغيلها.
تُستخدم المغناطيسية في مجموعة متنوعة من المجالات، بدءًا من الفيزياء الذرية للمساعدة في فهم بنية المادة، وحتى الجيولوجيا لدراسة تاريخ الأرض، وحتى في الطب حيث يُستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي لتشخيص الأمراض واختبار حالة أعضاء الرعاية الداخلية. [4]

5- حقائق حول المغناطيس

رغم شهرتها القديمة، إلا أنها لم تكن واضحة أو مفهومة بما يكفي.

رصد اليونانيون والصينيون في العصور القديمة مادة فريدة هي الحجر المغناطيسي، وهو شكل من أشكال أكسيد الحديد يتكون في الصخور البركانية المتصلبة. تتميز هذه المادة بقدرتها على جذب المواد الحديدية بقوة، بل وتتمكن من تحويلها إلى مغناطيسات بدورها. وبفضل هذه الخاصية، استطاع الإنسان القديم استغلال الحجر المغناطيسي في صناعة أولى البوصلات، حيث تتجه قطع الحديد الصغيرة الممغنطة بحرية باتجاه القطب الشمالي المغناطيسي للأرض.

استشعار الحيوانات للمجال المغناطيسي

تملك العديد من الكائنات الحية، من حيوانات وبكتيريا إلى رخويات وطيور، مادة مغناطيسية طبيعية تسمى الماجنيتيت في أجسامها. هذه المادة تلعب دورًا حيويًا في حياة هذه الكائنات، حيث تساعد الرخويات على الحصول على غذائها أو العودة إلى مسكنها، وتساعد الحمام الزاجل على تحديد الاتجاهات أثناء هجرته. أما بالنسبة للطيور الأخرى، فإن وجود الماجنيتيت على مناقيرها يشير إلى دور محتمل للمجال المغناطيسي في حياتها، إلا أن الآلية الدقيقة لذلك لا تزال محل بحث ودراسة.

أكبر مغناطيس في العالم

يضم مختبر لوس ألاموس الوطني في نيومكسيكو وجامعة فلوريدا أقوى المغناطيسات في العالم، حيث يصل المجال المغناطيسي في مختبر لوس ألاموس إلى 100 تسلا، بينما يصل في جامعة فلوريدا إلى 45 تسلا. وللتوضيح، فإن قوة هذه المغناطيسات تفوق قوة المغناطيس المستخدم في رفع السيارات بحوالي 50 مرة،

يختلف تصميم مغناطيس لوس ألاموس عن تصميم مغناطيس جامعة فلوريدا من حيث مدة بقاء المجال المغناطيسي. فمغناطيس لوس ألاموس ينتج مجالًا مغناطيسيًا قويًا جدًا، ولكنه مؤقت، بينما ينتج مغناطيس فلوريدا مجالًا مغناطيسيًا مستقرًا ودائمًا. ويرجع السبب في هذا الاختلاف إلى طبيعة التجارب العلمية التي صمم كل مغناطيس لإجرائها.

تؤدي المواد الدياماغناطيسية، مثل الألومنيوم، إلى حدوث تأثير مثير للاهتمام عندما تكون بالقرب من مغناطيس قوي مثل مغناطيس جامعة فلوريدا. فبسبب خاصية الديا مغناطيسية، تولد هذه المواد مجالًا مغناطيسيًا صغيرًا يعاكس المجال الخارجي، مما يؤدي إلى التصاقها بالمغناطيس بقوة كبيرة، وكأنها مغمورة في مادة لزجة.

يعتبر تشغيل مغناطيس لوس ألاموس أمرًا بالغ الخطورة، بسبب شدة المجال المغناطيسي الناتج عنه والذي يصل إلى 100 تسلا. هذا المجال القوي يؤثر على المواد المحيطة به بشكل كبير، مما قد يؤدي إلى تلف الأجهزة والمعدات، ولهذا السبب يتم إخلاء المبنى قبل تشغيل المغناطيس لتجنب أي خطر.

وفي ختام هذا المقال نود أن نوضح أنه من الملاحظ أن القوى المغناطيسية تلعب دوراً مهماً في العديد من التطبيقات بداية من الأجهزة الإلكترونية الصغيرة وحتى صناعة السيارات، ومع تقدم التكنولوجيا في المستقبل، من المتوقع زيادة استخدام المغناطيس، وقد تناولنا الغديد من الجوانب التاريخية والعلمية للمغناطيس، وخصائصه الهامة، بالإضافة إلى مجموعة من استخداماته.