بحث عن المغناطيس

المغناطيس

حجر المغناطيس هو خام الحديد المُمغنَط، وهو مكوّن أوّليّ من مُكوّنات الصّخور النّاريّة، ويُعدّ من المعادن واسعة الانتشار في الطّبيعة. وقد عُرِف هذا حجر المغناطيس منذ القدم؛ لما يتميّز به من قوّةٍ مغناطيسيّةٍ، وهي قوّة يُؤثّر بها المغناطيس على ذرّات موادّ مُحدَّدةٍ، مُمّا يؤدّي إلى انجذابها أو تنافرها، ومن الموادّ التي تتأثّر بالمغناطيس الحديد.

تشكّلت حجارة المغناطيس في ظروف غير معلومة، إلّا أنّ العلماء اعتقدوا أنّها تشكّلت من أكاسيد الحديد الأسود والماغمايت؛ حيث إنّ مُقاومة هذه الحجارة تُبقيها مُمَغنَطةً بشكل دائم، ومن نظريّاتهم أيضاً أنّ حجارة المغناطيس قد حصلت على قوّتها المغناطيسيّة من المجال المغناطيسيّ القويّ للصّواعق ؛ وهذا ما يدعم فكرة أنّ حجارة المغناطيس موجودة على سطح الأرض وليس في باطنها، ويوجد في الطبيعة مركّبان على شكل حجارةٍ ذات مغناطيسيّةٍ طبيعيّةٍ، هما: أكسيد الحديد الأسود (Fe₃O₄)، والبيروتيت.

تاريخ اكتشاف المغناطيس

لا يُعدّ اكتشاف المغناطيس (بالإنجليزيّة: Magnet) حديث النّشأة، إنّما يعود إلى العصور القديمة؛ إذ تمكّنت الحضارات اليونانيّة والصينيّة وشعوب الأولمك التي عاشت في العصور القديمة من اكتشافه واستخدامه؛ حيث قدّر العالم الأمريكيّ جون كارلسون أنّ شعوب الأولمك -التي عاشت قبل 1000 سنة قبل الميلاد في أمريكا الجنوبيّة- قد استخدمت المغناطيس في تحديد الاتّجاهات وبناء المعابد، أمّا العالم الذي عرف قوّة جذب المغناطيس للحديد فهو العالم اليونانيّ طاليس مليتوس الذي عاش في القرن السّادس قبل الميلاد، بعدها أطلق اليونانيّون على هذا الحجر اسم الحجر العجيب، وفي القرن الرّابع قبل الميلاد عرفت الحضارة الصينيّة المغناطيس ، وذكرته في كتاب قائد وادي الشّياطين، حيث استخدمه الصينيّون في الملاحة البحريّة في العصور الوُسطى.

المغناطيس عند العرب

جاء في كتاب الجماهر في معرفة الجواهر للبيرونيّ شرحٌ مُفصَّلٌ حول المغناطيس، وما بينه وبين العنبر من صفاتٍ مشتركة، وتُعدّ قوّة الجذب هي القاسم المُشترَك الأكبر بينهما، إلّا أنّ المغناطيس ذو قوّة جذبٍ أكبر، وذكر البيرونيّ أنّ الأُمَم السّابقة اعتمدت على الحديد في صُنع السُّفُن والإبحار بها، إلّا أنّ الصينيّين صنعوا السُّفن من الألواح الخشبيّة المصنوعة من خشب الزّيتون؛ وذلك تفادياً لجذب هذه السُّفن إلى قاع مياه بحر الصّين؛ حيث ينتشر في قيعانها الحجر المغناطيسيّ.

تسمية المغناطيس

تُرجَّح روايتان حول سبب تسمية المغناطيس بهذا الاسم: الأولى تعود لمنطقة في آسيا الصُّغرى قُرب تركيا وتُسمّى مغنيسيا؛ عُثِر فيها على حجارةٍ مغناطيسيّة لأوّل مرّةٍ، والثّانية لراعي أغنامٍ يُسمّى ماغنس؛ لاحظ انجذاب عصاه المعدنيّة لحجارة مُعيّنة، وانجذاب المسامير الموجودة في حذائه بشدّةٍ نحو الصّخور السّوداء، وقد سُمِّيت هذه الصّخور المغنتيت؛ نسبةً إلى الرّاعي الذي اكتشفها.

أنواع المغناطيس

يُصنَّف المغناطيس إلى ثلاثة أنواعٍ، وهي:

• المغناطيس الدّائم: تتولّد في هذا المغناطيس مجالات جذبٍ دون الحاجة لأيّ مصدر خارجيّ، أو قوّة ما، أو تيّار كهربائيّ؛ فهو مغناطيسيّ بطبيعته، وتختلف أنواع الموادّ التي يتشكّل منها المغناطيس الدّائم، ولكلّ نوعٍ منها خصائص فريدة وقوّة جذبٍ مختلفة عن الأنواع الأخرى.
• المغناطيس المُؤقَّت: هو مادّة غير مغناطيسيّة، تصبح مثل المغناطيس عند تأثُّرها بمجال مغناطيسيّ خارجيّ، وتفقد هذه الخاصيّة بمجرّد زوال تأثير هذا المجال.
• المغناطيس الكهربائيّ : في هذا النّوع يُحوَّل الحديد إلى مغناطيس؛ عن طريق لفّه بسلك موصِل ومعزول، ثمّ يُمرَّر التيّار الكهربائيّ في هذا السّلك.

خصائص المغناطيس

اتّفق عُلماء الفيزياء على خصائص ومصطلحات عامّة للمغناطيس ، ومنها:

• المجال المغناطيسيّ: ويُسمّى أيضاً بالحقل المغناطيسيّ والحثّ المغناطيسيّ، وهو عبارة عن القوّة المغناطيسيّة التي يتمّ توليدها في المجال الذي يحيط المغناطيس ، ويمكن إجراء تجربة للكشف عن المجال المغناطيسيّ وتوزُّعه، وذلك بوضع قضيب مغناطيسيّ على ورقة، ونثر مادّة بُرادة الحديد عليها، فتترتّب البُرادة في خطوط المجال الدائريّة المُتَّجهة من الشّمال نحو الجنوب، بينما تتعاكس خطوط المجال المغناطيسيّ الداخليّة مع الخارجيّة؛ حيث تتّجه من الجنوب نحو الشّمال داخل المغناطيس.
• المغناطيسية: تُعرَف المغناطيسيّة بأنّها مُتَّجهة، ويمكن إيجاد قوّتها وقيمتها بالاعتماد على قيمة العزم المغناطيسيّ.
• الأقطاب: يتكوّن المغناطيس بغضّ النّظر عن طوله أو حجمه من قُطبَين: شماليٍّ، وجنوبيٍّ، ويُلاحَظ وجود الرّمزَين (N,S) على طرفَي القضيب المغناطيسيّ؛ للدّلالة على الشّمال (بالإنجليزيّة: North)، والجنوب (بالإنجليزيّة: South)، ويدلّ اللّون الأحمر للمغناطيس على القطب الشماليّ عادةً، أمّا الأزرق فهو القطب الجنوبيّ، وتتميّز هذه الأقطاب بأنّها تتجاذب في حال اختلافها؛ أي أنّ القطب الشماليّ لمغناطيس ما ينجذب نحو القطب الجنوبيّ لمغناطيس آخر، أمّا في حالة تشابه الأقطاب فإنّها تتنافر.
• الحركة الأفقيّة: يتميّز المغناطيس بتحرُّكه أفقيّاً مُتّجهاً نحو الشّمال المغناطيسيّ عند وضعه بشكل حرّ؛ فعند تعليقه من المُنتصف عند مركز ثقله، سيبدأ بالحركة جنوباً وشمالاً، ويبقى مُتحرِّكاً إلى أن يصبح محوره متوازياً مع خطّ الزّوال المغناطيسيّ للكرة الأرضيّة؛ فيصبح قُطباه في هذه الحالة مُتّجهَين نحو الشّمال والجنوب المغناطيسيَّين.
• قوّة جذب المغناطيس: يُعدّ طرفا المغناطيس هما الأقوى جذباً مُقارنةً بباقي أجزائه؛ إذ يتكوّن المغناطيس من محور المغناطيس، وهو الخطّ الذي يصل بين قُطبَي المغناطيس، ويُطلَق على هذه المسافة اسم الطّول الفعّال للمغناطيس، ويُرمَز له بـ (2L)، أمّا البُعد الذي يفصل بين طرفَي المغناطيس فيُسمّى الطّول الطبيعيّ للمغناطيس، وتتميّز المنطقة التي تتوسّط المغناطيس بضعف قدرتها على الجذب، وتُسمّى المنطقة الحياديّة.
• تساوي قوّتَي قُطبَي المغناطيس : تكون قوّتا جذب القطبين الشماليّ والجنوبيّ المغناطيسيّين متساويتَين؛ بحيث لا يوجد أيّ اختلافٍ بينهما إطلاقاً.

استخدامات المغناطيس

للمغناطيس استخدامات عديدة في الصّناعات الحديثة، ومنها ما يأتي:

• رفع أثقال حديديّة أو فولاذيّة ثقيلة، مثل: مناطق ردم النّفايات، والخردوات، وغيرها.
• صناعة المحرّكات الكهربائيّة، والأجراس الكهربائيّة، والدّينامو ، والملفّات اللولبيّة، ومُعجِّلات الجُسَيْمات.
• تثبيت هياكل القطارات المغناطيسيّة: يُعدّ هذا أحد التّطبيقات الهائلة في علم الفيزياء؛ إذ إنّ التيّار الكهربائيّ والمغناطيس هما المُحرِّكان الأساسيّان له؛ فيُعتمَد على موادّ ذات قدرة عالية على توصيل التيّار الكهربائيّ؛ للتحكّم بالقطار بعمليّات الجذب والتّنافر الناشئة من القوّة المغناطيسيّة، وقد تصل سرعة هذه القطارات إلى 431كم/السّاعة.
• المجال الطبّي: حيث يُعدّ جهاز الرّنين المغناطيسيّ من أهمّ الأجهزة المغناطيسيّة المُستخدَمة في المجالات الطبيّة، ويُعدّ من أكثر الابتكارات التي ساعدت على تقدُّم رؤية الأعضاء الداخليّة للجسم أكثر من الأشعّة السينيّة؛ لتشخيص حالة المريض الطبيّة.
• الأجهزة الإلكترونيّة: يُستخدَم المغناطيس في صناعة مُكبِّرات الصّوت الكهربائيّة، والميكروفونات وأجهزة قراءة أشرطة الفيديو.