المغنطيس

مغنطيس

Magnet - Aimant

المغنطيس

أتت كلمة مغنطيس magnet ـ على الأرجح ـ من اسم مدينة مغنيزيا القديمة الواقعة شرق البحر المتوسط في آسيا الصغرى، إذ كانت تشتهر بإنتاج فلز للحديد تُظهر قطع منه قوى تدافع أو تجاذب بحسب أوضاع بعضها لبعضها الآخر، سميت لذلك القوى المغنطيسية. كما وجد  أنه إذا علقت قطعة من الفلز فإنها تتجه دوماً وفق اتجاه محدد تعود إليه إذا أزيحت عنه؛ مهما كانت هذه الإزاحة، وأن هذا الاتجاه قريب من الشمال - الجنوب الجغرافي. استخدمت هذه الخاصة منذئذٍ في الملاحة البرية والبحرية، فعرِفت البوصلة التي تتألف من قطعة على شكل إبرة مرتكزة عند مركزها على حامل بحيث تكون حرة الدوران. وأمكن تفسير القوى المتبادلة بين المغانط بافتراض وجود قطبين: شمالي أو الباحث عن الشمال، وجنوبي أو الباحث عن الجنوب؛ مع أن هذا الشمال أو الجنوب ـ اللذين سميا مغنطيسيين ـ ينحرفان عن نظيريهما الجغرافيين، ويعزى توجه إبرة البوصلة في اتجاه محدّد إلى وجود مغنطيس أرضي ضخم يولّد ما يعرف بالحقل المغنطيسي الأرضي [ر: المغنطيسية الأرضية].

درس الفيزيائي كولون [ر] القوى المغنطيسية مع دراسته القوى الكهربائية الساكنة، فوجد علاقات كمية تقريبية فقط، عندما يستخدم قضيباً مغنطيسياً طويلاً بحيث يهمل تأثير أحد القطبين بالنسبة إلى المسافات المتغيرة المدروسة، وهي علاقة التناسب العكسي مع البعد عن القطب المدروس. وعندما حاول تقسيم القضيب إلى قطعتين بغية الوصول إلى قطب وحيد كان يظهر من جديد القطب الآخر، فلم يتمكّن من ذلك؛ خلافاً لما يمكن الحصول عليه في الكهرباء من شحنة سالبة وأخرى موجبة قابلتين للفصل. فظهر ما يعرف بقانون ذي القطبين الذي يأخذ في الحسبان تأثير وجود القطب الآخر، ولا يهمله. لم يتّضح سبب عدم إمكان الفصل إلا عندما عرف أصل المغنطيسية على المستوى الذري، وبعد ظهور الأثر المغنطيسي للشحنات الكهربائية المتحركة؛ أي التيارات الكهربائية، إذ يظهر حقل ثنائي قطب مغنطيسي مباشرة، أي يشبه الحقل لقضيب مغنطيسي، بمجرد حركة الشحنات على دائرة أو في سلك دائري عمودي على مستوي الدائرة.

الشكل (1) يكمن الفرق بين الحديد اللين والمغنطيس الدائم في أن الأخير يحتفظ بالمغنطة . (أ) حين تزداد شدة التيار المار بالوشيعة ؛ثم تخفض إلى الصفر ؛تعود مغنطيسية الحديد إلى الصفر (ب)تبقى مغنطة المغنطيس الدائم مرتفعة حتى عندما يخفض تيار الوشيعة إلى الصفر

صنّفت المواد والفلزات تبعاً لخواصها المغنطيسية، فمنها ما يتميز  بخواص فلز الحديد المذكور المسمى ferrite؛ فأطلق عليها اسم المواد حديدية المغنطة ferromagnetic، ومنها ما يكون الحقل المغنطيسي فيها مسايراً الحقل المغنطيسي المطبق، فيسهم زيادة طفيفة فيه يعبر عنها بالنفاذية [ر: النفاذية والسماحية] المغنطيسية أو بالطواعية المغنطيسية الموجبة، وتدعى المواد المغنطيسية المسايرة [ر] paramagnetic، ومنها ما يقلّل الحقل فيها من الحقل المطبق؛ لأنه يعاكسه، ويعبر عنها بالطواعية السالبة؛ أي المغنطيسية المعاكسة [ر] diamagnetic. ويدعى مجموع الحقل المطبَّق - أي الحقل في الخلاء من دون وجود المادة - مع ما ينتج من مساهمة المادة بحقل التحريض المعنطيسي [ر]. ولدى البحث في المواد الحديدية المغنطيسية - عموماً - على المستوى الذري وجد أنها بصورة رئيسة مركبات ما يعرف بمجموعة العناصر الانتقالية transition elements في الجدول الدوري [ر]، أي الكوبلت والنيكل

 والغدوليونيوم إضافة إلى الحديد، وبعض مركبات المنغنيز والكروم القريبة منها. إذ إن لذرات هذه العناصر عزم ثنائي قطب مغنطيسي دائم (أي مغانط صغيرة موجودة بغض النظر عن الحقل المطبق). ومن ثم تتفاعل فيما بينها لدى اقتراب بعضها من بعض؛ لتصطف ثنائيات الأقطاب في اتجاه واحد مكوّنة ما يسمى الحقل الذاتي، فإذا امتدّ هذا الاصطفاف على كامل القطعة ظهرت الآثار المغنطيسية قوية واضحة في المغنطيس. أما إذا حدث عند تكوّن المركب تغيرات حرارية اقتصر الاصطفاف الناتج من التأثير المتبادل على مناطق صغيرة  كل منها ذات اتجاه يختلف عن الآخر؛ فلا تكوّن القطعة مغنطيساً، لكن تطبيق حقل مغنطيسي عليها يجعل المناطق الموازية للحقل هي المهيمنة، وتبقى كذلك حتى بعد زوال الحقل المطبق، فتسمى المغنطيسية المتبقية (الشكل 1)، لذلك تسمى المغانط الدائمة  permanent magnets. يترافق هذا الاصطفاف المغنطيسي مع اصطفاف الذرات اصطفافاً مكانياً مشكلة البلورات. وقد يكون تشكّل العزم المغنطيسي لجزيء مكون من عدة ذرات أولاً، ثم تتجمع الجزيئات في البلورة لتشكل المغنطيس.

تتصف المغانط - إضافة إلى شدة الحقل الذي تولده (B) المرتبط بالمغنطة المتبقية - بما تتحمله من حقل خارجي مع الحفاظ على مغنطتها إذا كان هذا الحقل يعاكس اتجاه مغنطتها (H). يظهر الشكل (1) سلوك مادتين، إحداهما توصف بأنها مغانط دائمة والأخرى بأنها مغانط لينة soft.

الشكل (2) نسبة استخدام المغانط في مختلف المجالات

كما تتصف المغانط بدرجة حرارة كوري؛ وهي الدرجة التي تختفي عندها هذه المغنطة، إذ إن المغنطة تتغير بتغير درجة الحرارة، فتختفي عند تلك الدرجة، وهي قرابة 150 ْس لبعض المواد، وقد تصل إلى 300 ْس لمواد أخرى. يضاف إلى ذلك ما يحتويه المغنطيس من طاقة مغنطيسية متناسبة مع الجداء H.B. وعلى هذا الأساس يتم البحث عن مواد جديدة لا تتوافر في الطبيعة عادة للحصول على مغانط صنعية ذات شدات عالية وتعمل في درجات حرارة عالية. فقد صنعت مواد مغنطيسية جديدة ذات مواصفات تفوق مواصفات المواد الطبيعية المتمثلة بأكسيد الحديد المغنطيسي، أبرزها المصنوعة من خلائط معدنية، وعلى رأسها خليطة الألمنيوم والنيكل والكوبالت (ألنكو) alnico وخلائط تحتوي معادن ترابية نادرة مثل السماريوم Sm وكذلك الحديد والنحاس والكوبالت والزركونيوم. وقد تختلف خواص هذه المواد باختلاف طريقة تحضيرها وتصنيع المغانط، إذ يمكن أن تُحضّر بطريقة الخلط والصهر، ثم الصبّ، أو بطريقة المسحوق، ثم الكبس حسب الأشكال المطلوبة للتطبيق. يظهر الجدول (1) بعض المواد المختلفة مع أبرز خواصها. 

أما الأشكال فتبدأ من المستطيلة والقرصية أو الدائري الحلمهة ـ القلويات الترابية (العناصر ومركباتها) ـ الناريّات. ة، مروراً بالأسطوانية المجوفة والمصمتة، ومن ثنائيات القطب في اتجاهات مختلفة إلى متعددات الأقطاب سواء الدائرية أو على السطوح العلوية للقطعة المغنطيسية.

تكاد  توجد تطبيقات المغانط في كل بيت أو مصنع ضمن أجهزة عديدة جداً بدءاً من المحركات الصغيرة في الألعاب حتى محركات الغسالات وغيرها. وفي المولّدات الصناعية وأجهزة التحكّم. وكذلك في التجهيزات الصوتية، مثل المكبرات، وفي الاتصالات إضافة إلى ما يوجد منها في مجالات البحث المختلفة خاصة في المسرعات والأجهزة المولّدة للأشعة السينية. يظهر الشكل (2) نسبة الاستخدام في كل مجال.

فوزي عوض

الحقل المغنطيسي ـ المعدن ـ المغنطيسية المسايرة ـ المغنطيسية المعاكسة.

- E.P.WOHLFARTH and K.H.J.BUSCHOW, Ferromagnetic Materials, Vol.4 (Elsevier Science Publisher1988).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد التاسع عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 193

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية