تم النشر اليوم 2024/05/18 | أنواع المغناطيس

تاريخ اكتشاف المغناطيس

يتكون المغناطيس طبيعيًا من الأوكسجين والحديد أو هيدروكسيد الحديد كناتج عن النشاط البركاني، ويعود أول اكتشاف علمي لهذه الأحجار لعام 1845، لكن تاريخيًا أول من درس ولاحظ وجود مادة المغناطيس في الطبيعة هو الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي (Thales of Miletus)، الذي درس التأثيرات الخاصة للأحجار المغناطيسية في القرن السادس قبل الميلاد، ويعود سبب تسمية المغناطيس بهذا الاسم إلى اليونان القديمة وكلمة (lithos magnes)، الظاهرة في أسطورة الراعي اليوناني ماغنيس الذي جذبت هذه الأحجار المسامير والحديد في حذائه، وفي مصادر أخرى يُرجح أن الاسم جاء من مدينة مغنيسيا في آسيا الصغرى أي تركيا حاليًا.
قد استخدام المغناطيس لعمل أول بوصلة تشير إلى الجنوب وقتها في الصين قبل ظهور الديانة المسيحية في فترة الممالك المتحاربة، وتتألف هذه البوصلة من حجر مغناطيسي مُعلق على شكل ملعقة داخل صفيحة برونزية أو نحاسية مربعة ومسطحة، وكانت هذه البوصلة تشير للجنوب بعد كل دورة للحجر داخلها، وقد استخدم الأوروبيون بعدها البوصلة في الملاحة بعد تطويرها في عام 1190 ميلادي لتشير لاتجاه الشمال.
قد اكتشفت الأقطاب المغناطيسية لأول مرة على يد العالم الفرنسي ماريكورت في عام 1269 بعد دراسات طويلة، وشرح أن الأقطاب المغناطيسية تتنافر بينما تتجاذب الأقطاب المختلفة في المواد الأخرى، وبالرغم من كل هذه الاكتشافات المُتعلقة بالمغناطيس بقي الاعتقاد السائد أن المغناطيس ينجذب للنجم القطبي الشمالي، إلى حينما جاء العالم ويليام جيلبرت الذي طرح دراسات حول المغناطيس وعلاقته بمغنطة الأرض نفسها وليس مع الأجرام السماوية والكواكب، وفي عام 1600 طرح استنتاجه الشهير الذي يُفيد أن الكرة الأرضية بأكملها تُعتبر مغناطيسًا عملاقًا بقطبين.
قد كان العالم جيمس كلارك ماكسويل أول من وضع العلاقة بين المغناطيس والكهرباء في نظام المعادلات التفاضلية المُتعلقة، وبدأت هذه المعادلات بالانتشار والتطبيق في بدايات القرن التاسع عشر، وفي عام 1826 نجح العالم الإنجليزي ويليام ستورجون في اختراع أول مغناطيس كهربائي، كان يتكون من ملف سلكي حول قلب حديدي يُشكل مجالًا مغناطيسيًا عند تدفق التيار عبره، وكتب ماكسويل كذلك عن موجات تذبذب المجالات المغناطيسية والكهربائية التي تتحرك عبر الفضاء الفارغ، وأوجد سرعة حركة المجال المغناطيسي من تجاربه على الكهرباء.

أنواع المغناطيس

يطلق اسم المغناطيس (Magnet) على الجسم الذي يولد مجالًا مغناطيسيًا وقوة جذب، ويتكون هذا الجسم بالأساس من أقطاب كهربائية أو مغناطيسية، وتوجد هذه الأقطاب المغناطيسية دائمًا على شكل أزواج (موجب وسالب)، وعندما يطفو المغناطيس بحرية في الغلاف الجوي، فإنه يشير دائمًا إلى اتجاه الشمال والجنوب، ويُطلق على القطب الذي يشير إلى الشمال الجغرافي القطب الشمالي، بينما يعرف القطب الذي يشير إلى الجنوب الجغرافي بالقطب الجنوبي، وكُلما كانت المسافة أقصر ما بين أي مغناطيسين زادت قوة الجذب بينهما عند توجيه الأقطاب المختلفة لبعضها البعض، وهناك ثلاث أنواع من المغناطيس في الطبيعة؛ هي المغناطيس الدائم، والمغناطيس المؤقت، والمغناطيس الكهربائي.

المغناطيس المؤقت

يظل المغناطيس المؤقت (Temporary Magnet) ممغنطًا لفترة زمنية قصيرة مقارنة بالمغناطيس الدائم، وتتمتع المواد المُستخدمة لصناعة هذا النوع من المغناطيس بخصائص جذب مُنخفضة، ولا ينطبق على هذه المواد التدفق الكهرومغناطيسي، ويعد الفولاذ والحديد المُلدن من أشهر المواد المستخدمة في تصنيع المغناطيس المؤقت، ويصنع المغناطيس المؤقت بتوحيد اتجاه الإلكترونات فيه، وأيسر طُرق تشكيل وصناعة المغناطيس المؤقت هي تقريب الجسم من المغناطيس الدائم وإلصاقها فيه، ومن ثم هذا الجسم يعمل على جذب باقي المواد، كما يمُكن إنشاء مغناطيس مؤقت باستخدام مجال كهربائي، أي أن هنالك نوعين رئيسين من المغناطيس المؤقت هما:

المغناطيس المؤقت الشائع: وهو مغناطيس سهل التشكيل والاستخدام، ولا يمكن ملاحظة تأثيره سوى عند تقريبه من المغناطيس الدائم؛ ومن أمثلته المسامير، ومشابك الورق.
المغناطيس الكهربائي المؤقت: يحتفظ هذا النوع من المغناطيس المؤقت بقواه المغناطيسية فقط عندما يمر عبره تيار كهربائي، ويُستخدم في أجراس الأبواب والمُحركات.

المغناطيس الدائم

يستخدم المغناطيس الدائم (Permanent Magnet) بنيته الداخلية لتوليد مجال مغناطيسي ذاتي، فهو يتكون من الداخل من ذرات وبلورات متكونة بدورها من إلكترونات ونوى ذرية؛ التي يحاكي عملها الشحنات الكهربائية الدوارة، أي أنها قطع صغيرة تدور من الشحنات الكهربائية، وهذا المغناطيس يعمل عندما يتحرك إلكترون حول النواة، بحيث يولد دوران الإلكترون حول مداره مجالًا مغناطيسيًا، أي أنَّ المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم مجموع الدوران النووي لجم الإلكترون حول المدار نفسه ولدوران البروتون كذلك. ويشير المجال المغناطيسي للعديد من المواد الطبيعية على اتجاهات عشوائية مختلفة تُلغي بعضها البعض وبالتالي لا وجود لتأثير المغناطيس الدائم فيها، لكن هنالك مواد المُستخدمة لتصنيع المغناطيس الدائم المسماة بالمغناطيسات الحديدية (Ferromagnets)؛ كالحديد، والكوبالت، والنيكل، تصطف فيها جميع الإلكترونات ومداراتها بصورة واحدة مما يجعل المواد مغناطيسية وذات قوى جذب، وتصل قوة أقوى مجال مغناطيسي للمغناطيس الدائم إلى حوالي 8000 غاوس (وحدة قياس القوة المغناطيسية)، وهنالك أنواع طورت صناعيًا لتصل قوتها لـ50 ضعف، أي حوالي 450 ألف غاوس، ويجدر بالذكر أن هنالك أربع أنواع رئيسية من المغناطيس الدائم؛ وهي كما يلي:

السيراميك أو الفريت (Ferrite).
مغناطيس ألنيكو (Alnico).
مغناطييس النيوديميوم (NIB).
مغناطيس السماريوم والكوبالت (SmCo).

المغناطيس الكهربائي

يتكون المغناطيس الكهربائي (Electromagnets) من أسلاك لولبية ملفوفة حول اللب المعدني المصنوع من مادة ممغنطة والتي يمر عبرها التيار الكهربائي، فعندما يمر هذا التيار تنشئ الإلكترونات مجالًا مغناطيسيًا، أي أن هذه الملفات تتصرف مثل المغناطيس، ويُمكن التحكم في قوة المجال المغناطيسي عن طريق التحكم في التيار الكهربائي، وعندما تتوقف الكهرباء عن التدفق تتوقف الملفات عن العمل مثل المغناطيس، ويُستخدم المغناطيس الكهربائي في أغلب الأجهزة الإلكترونية أو الكهربائية التي تحتاج لمجال مغناطيسي لفترة زمنية قصيرة، أي أنه يمكن القول بأن المغناطيس الكهربائي هو شكل أخر من المغناطيس المؤقت.

الخلاصة

المغانط هي أجسام تولد قوى جذب عن طريق حركة الالكترونات داخل النواة، ويوجد منها ما هو دائم أو مؤقت، كما يوجد المغناطيس الكهربائي، وللمغانط العديد من التطبيقات في الحياة اليومية، فهي تستخدم في الأجهزة الطبية، وفي البناء والأجهزة المنزلية والحواسيب، وغيرها الكثير من التطبيقات اليومية المفيدة.