أنواع المغناطيس
يُعتبر المغناطيس (Magnet) جسمًا يخلق مجالًا مغناطيسيًا وقوة جذب، ويتكون هذا الجسم بشكل أساسي من أقطاب كهربائية أو مغناطيسية، والتي تكون دائمًا موجودة في شكل أزواج (موجب وسالب). عندما يُترك المغناطيس ليطفو بحرية في الغلاف الجوي، يشير دائمًا نحو الشمال والجنوب، حيث يُطلق على القطب الذي يشير إلى الشمال الجغرافي اسم القطب الشمالي، بينما يُعرف القطب الذي يشير إلى الجنوب الجغرافي بالقطب الجنوبي. وتزداد قوة الجذب بين أي مغناطيسين كلما كانت المسافة بينهما أقصر عند توجيه الأقطاب المختلفة نحو بعضها البعض. وتنقسم المغناطيسات في الطبيعة إلى ثلاثة أنواع: المغناطيس الدائم، والمغناطيس المؤقت، والمغناطيس الكهربائي.
المغناطيس الدائم
تستخدم المغناطيسات الدائمة (Permanent Magnet) بنيتها الداخلية لتوليد مجال مغناطيسي ذاتي، حيث تتكون من ذرات وبلورات تضم إلكترونات ونوى ذرية، والتي تتشابه في أدائها مع الشحنات الكهربائية الدائرة، بمعنى أنها تعمل كقطع صغيرة تدور من الشحنات الكهربائية. يعمل هذا النوع من المغناطيس عندما يتحرك الإلكترون حول النواة، مما يؤدي إلى توليد مجال مغناطيسي بسبب دوران الإلكترون حول مداره، بالإضافة إلى دوران البروتون. يشير المجال المغناطيسي للعديد من المواد الطبيعية إلى اتجاهات مختلفة تعيق بعضها البعض، مما يمنع تأثير المغناطيس الدائم. ومع ذلك، هناك مواد تُستخدم في صنع المغناطيسات الدائمة تُعرف بالمغناطيسات الحديدية (Ferromagnets) مثل الحديد، والكوبالت، والنيكل، التي تصطف فيها جميع الإلكترونات والمدارات بطريقة واحدة تجعل المواد مغناطيسية وتتمتع بقوة جذب. تصل قوة المغناطيس الدائم إلى حوالي 8000 غاوس (وحدة قياس القوة المغناطيسية)، وهناك أنواع تم تطويرها صناعيًا تصل إلى 50 ضعفًا، أي حوالي 450000 غاوس. تشمل الأنواع الرئيسية للمغناطيس الدائم ما يلي:
- السيراميك أو الفريت (Ferrite).
- مغناطيس ألنيكو (Alnico).
- مغناطيس النيوديميوم (NIB).
- مغناطيس السماريوم والكوبالت (SmCo).
المغناطيس المؤقت
يتميز المغناطيس المؤقت (Temporary Magnet) بأنه يحتفظ بمُغنطته لمدة قصيرة مقارنةً بالمغناطيس الدائم، حيث تتمتع المواد المستخدمة في تصنيعه بخصائص جذب مُنخفضة، ولا يتمكن التدفق الكهرومغناطيسي من التأثير عليها. يعتبر الفولاذ والحديد المُلدن من أشهر المواد المستخدمة في صناعة المغناطيس المؤقت. يتم صنع المغناطيس المؤقت من خلال تنظيم اتجاه الإلكترونات فيه. من السُبل السهلة لتشكيل هذا النوع من المغناطيس تقريب الجسم إلى المغناطيس الدائم ولصقه فيه، مما يتيح له جذب المواد الأخرى. كما يمكن إنشاء مغناطيس مؤقت عبر استخدام مجال كهربائي. هناك نوعان رئيسيان من المغناطيس المؤقت:
- المغناطيس المؤقت الشائع: يتسم بالسهولة في التشكيل والاستخدام، ولا يظهر تأثيره إلا عند الاقتراب من المغناطيس الدائم؛ ومن أمثلته المسامير، ومشابك الورق.
- المغناطيس الكهربائي المؤقت: يحتفظ هذا النوع بقواه المغناطيسية فقط أثناء مرور تيار كهربائي عبره، ويُستخدم في مختلف التطبيقات مثل أجراس الأبواب والمُحركات.
المغناطيس الكهربائي
يتكون المغناطيس الكهربائي (Electromagnets) من سلك لولبي ملفوف حول قلب معدني مُصنع من مادة ممغنطة، ويجب أن يمر التيار الكهربائي عبر هذا اللب. عند تدفق التيار، تشكّل الإلكترونات مجالًا مغناطيسيًا، مما يجعل هذه الملفات تتصرف كمغناطيس. يمكن التحكم في قوة المجال المغناطيسي بواسطة التحكم في مقدار التيار الكهربائي، وعند انقطاع الكهرباء، يتوقف المغناطيس عن العمل. تستخدم المغناطيسات الكهربائية بشكل واسع في الأجهزة الإلكترونية أو الكهربائية التي تتطلب مجالًا مغناطيسيًا لفترات قصيرة، مما يجعلها نوعًا آخر من المغناطيس المؤقت.
تاريخ اكتشاف المغناطيس
تتكون المغناطيسات طبيعيًا من الأكسجين والحديد أو هيدروكسيد الحديد كنتيجة للنشاط البركاني، حيث يعود أول اكتشاف علمي لهذه المادة إلى عام 1845. ومع ذلك، يُعتبر الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي (Thales of Miletus) أول من درس ظاهرة المغناطيس في الطبيعة في القرن السادس قبل الميلاد. يأتي اسم المغناطيس من الكلمة اليونانية (lithos magnes)، المرتبطة بأسطورة الراعي اليوناني ماغنيس الذي اجتذبت هذه الأحجار المسامير والحديد في حذائه. ويُحتمل أيضًا أن الاسم مستمد من مدينة مغنيسيا في آسيا الصغرى، والتي تعرف حاليًا بتركيا.
استُخدم المغناطيس لأول مرة في صنع بوصلة تشير للجنوب في الصين قبل ظهور الديانة المسيحية أثناء الممالك المتحاربة. كانت هذه البوصلة تتكون من حجر مغناطيسي مُعلق وكأنها ملعقة داخل صفيحة برونزية أو نحاسية، وكانت تشير لجهة الجنوب بعد كل دورة للجرم داخلها. بعد ذلك، استخدم الأوروبيون هذه البوصلة في الملاحة بعد تطويرها في عام 1190 ميلادي لتشير إلى الاتجاه الشمالي.
تم اكتشاف الأقطاب المغناطيسية لأول مرة على يد العالم الفرنسي ماريكورت في عام 1269 بعد دراسة مستفيضة، حيث أوضح أن الأقطاب المتشابهة تتنافر بينما تتجاذب الأقطاب المختلفة. ورغم تلك الاكتشافات، استمر الاعتقاد بأن المغناطيس ينجذب للنجم القطبي الشمالي حتى جاء العالم ويليام جيلبرت، الذي قام بدراسة المغناطيس وعلاقته بمغنطة الأرض. في عام 1600، قدم استنتاجه الشهير الذي ينص على أن الكرة الأرضية تُعتبر مغناطيسًا عملاقًا بقطبين.
كان العالم جيمس كلارك ماكسويل هو أول من ربط بين المغناطيس والكهرباء من خلال نظام المعادلات التفاضلية، وبدأت هذه المعادلات في الانتشار والاستخدام في أوائل القرن التاسع عشر. في عام 1826، أفلح العالم الإنجليزي ويليام ستورجون في تصنيع أول مغناطيس كهربائي يتكون من ملف سلكي حول قلب حديدي يُشكل مجالًا مغناطيسيًا عندما يتدفق التيار عبره. ودون ماكسويل أيضًا عن موجات تتذبذب في المجالات المغناطيسية والكهربائية التي تتحرك خلال الفراغ، مثبتًا سرعة حركة هذه المجالات من خلال تجاربه على الكهرباء.
الخلاصة
تنتج المغانط قوى جذب نتيجة حركة الإلكترونات داخل النواة، وتنقسم إلى مغناطيس دائم ومؤقت، إضافةً إلى المغناطيس الكهربائي. وتُستخدم هذه المغناطيسات في مختلف التطبيقات اليومية، بما في ذلك الأجهزة الطبية، وعمليات البناء، والأجهزة المنزلية، والحواسيب، وغيرها من الاستخدامات المفيدة.
