تُعرَّف المغناطيسية بأنها ظاهرة جذابة تنتج عن شحنة كهربائية متحركة. تتكون المنطقة حول الشحنة المتحركة من مجال كهربائي ومجال مغناطيسي.
المثال الأكثر شيوعًا للمغناطيسية هو قضيب المغناطيس، الذي ينجذب إلى مجال مغناطيسي ويمكن أن يجذب أو يطرد المغناطيسات الأخرى.
تاريخ المغناطيسية.
استخدم القدماء أحجار المغناطيس، والمغناطيس الطبيعي المصنوع من معدن الحديد المغنتيت. في الواقع، تأتي كلمة المغناطيس “magnet” من الكلمات اليونانية Magnetis lithos، والتي تعني “حجر المغنيسي” أو حجر المغناطيس.
قام طاليس من ميليتس بالتحقيق في خصائص المغناطيسية حوالي 625 قبل الميلاد إلى 545 قبل الميلاد. استخدم الجراح الهندي سوشروتا المغناطيس لأغراض جراحية في نفس الوقت تقريبًا.
كتب الصينيون عن المغناطيسية في القرن الرابع قبل الميلاد ووصفوا استخدام حجر المغناطيس لجذب إبرة في القرن الأول.
ومع ذلك، لم يتم استخدام البوصلة للملاحة حتى القرن الحادي عشر في الصين و 1187 في أوروبا.
بينما كان المغناطيس معروفًا، لم يكن هناك تفسير لوظيفته حتى عام 1819، عندما اكتشف هانز كريستيان أورستد عن طريق الخطأ المجالات المغناطيسية حول الأسلاك الحية.
وصف جيمس كليرك ماكسويل العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في عام 1873 وتم دمجها في نظرية أينشتاين للنسبية الخاصة في عام 1905.
أسباب المغناطيسية.
إذن، ما هي هذه القوة غير المرئية؟ تحدث المغناطيسية بسبب القوة الكهرومغناطيسية، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة.
أي شحنة كهربائية متحركة (تيار كهربائي) تولد مجالًا مغناطيسيًا متعامدًا عليها. بالإضافة إلى التيار الذي ينتقل عبر السلك، يتم إنتاج المغناطيسية عن طريق اللحظات المغناطيسية المغزلية للجسيمات الأولية، مثل الإلكترونات.
وبالتالي، فإن كل مادة مغناطيسية إلى حد ما لأن الإلكترونات التي تدور حول نواة الذرة تنتج مجالًا مغناطيسيًا.
في وجود مجال كهربائي، تشكل الذرات والجزيئات ثنائيات أقطاب كهربائية، مع نوى موجبة الشحنة تتحرك قليلاً في اتجاه المجال والإلكترونات سالبة الشحنة تتحرك في الاتجاه الآخر.
المواد المغناطيسية.
تظهر جميع المواد المغناطيسية ولكن السلوك المغناطيسي يعتمد على التكوين الإلكتروني للذرات ودرجة الحرارة.
يمكن أن يتسبب تكوين الإلكترون في إلغاء اللحظات المغناطيسية لبعضها البعض (مما يجعل المادة أقل مغناطيسية) أو محاذاة (مما يجعلها أكثر مغناطيسية).
تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة الحركة الحرارية العشوائية، مما يجعل من الصعب على الإلكترونات المحاذاة، ويقلل عادةً من قوة المغناطيس.
تصنيف المغناطيسية.
يمكن تصنيف المغناطيسية حسب سببها وسلوكها. الأنواع الرئيسية للمغناطيسية هي:
- نفاذية المغناطيسية:
تعرض جميع المواد نفاذية مغناطيسية، وهي الميل إلى أن يتنافر بواسطة مجال مغناطيسي. ومع ذلك، يمكن أن تكون الأنواع الأخرى من المغناطيسية أقوى من ثنائية المغناطيسية، لذلك يتم ملاحظتها فقط في المواد التي لا تحتوي على إلكترونات غير مقترنة.
عندما تكون أزواج الإلكترونات موجودة، تلغي اللحظات المغناطيسية “المغزلية” بعضها البعض. في مجال مغناطيسي، المواد المغناطيسية ممغنطة بشكل ضعيف في الاتجاه المعاكس للحقل المطبق.
تشمل أمثلة المواد المغناطيسية الذهب والكوارتز والماء والنحاس والهواء.
- البارامغناطيسية:
في مادة مغناطيسية، توجد إلكترونات غير متزاوجة. تتمتع الإلكترونات غير المزاوجة بحرية محاذاة لحظاتها المغناطيسية.
في المجال المغناطيسي، تتم محاذاة اللحظات المغناطيسية وتمغنط في اتجاه المجال المطبق، مما يعززه. تشمل أمثلة المواد شبه المغناطيسية المغنيسيوم والموليبدينوم والليثيوم والتنتالوم.
- المغناطيسية الحديدية:
يمكن للمواد المغناطيسية أن تشكل مغناطيسًا دائمًا وتنجذب إلى المغناطيس. يحتوي المغناطيس الحديدي على إلكترونات غير متزاوجة، بالإضافة إلى أن اللحظات المغناطيسية للإلكترونات تميل إلى البقاء في محاذاة حتى عند إزالتها من المجال المغناطيسي.
تشمل أمثلة المواد المغناطيسية الحديد والكوبالت والنيكل وسبائك هذه المعادن وبعض السبائك الأرضية النادرة وبعض سبائك المنغنيز.
- المغناطيسية المضادة:
على النقيض من المغناطيسات الحديدية، فإن اللحظات المغناطيسية الجوهرية لإلكترونات التكافؤ في نقطة مغناطيسية مضادة في اتجاهين متعاكسين (مضاد موازٍ).
والنتيجة هي عدم وجود لحظة مغناطيسية صافية أو مجال مغناطيسي. تُرى المغناطيسية المضادة في المركبات المعدنية الانتقالية، مثل الهيماتيت، ومنغنيز الحديد، وأكسيد النيكل.
- المغناطيسية الحديدية المضادة:
مثل المغناطيسات الحديدية، تحتفظ المغناطيسات المغناطيسية بالمغناطيسية عند إزالتها من مجال مغناطيسي ولكن الأزواج المجاورة من الإلكترونات تدور في اتجاهين متعاكسين.
الترتيب الشبكي للمادة يجعل اللحظة المغناطيسية تشير في اتجاه واحد أقوى من تلك التي تشير إلى الاتجاه الآخر.
تحدث المغناطيسية الحديدية في أكسيد الحديد الأسود والفريتات الأخرى. مثل المغناطيسات الحديدية، تنجذب المغناطيسات الحديدية إلى المغناطيس.
هناك أنواع أخرى من المغناطيسية أيضًا، بما في ذلك المغناطيسية الفائقة، والمغناطيسية المعدنية، والزجاج المغزلي.
إقرأ أيضاً… ما هي وحدة قياس المجال المغناطيسي؟ وكيف يمكن قياس شدته؟
خصائص المغناطيس.
تتكون المغناطيسات عندما تتعرض المواد المغناطيسية أو المغناطيسية الحديدية لمجال كهرومغناطيسي. يعرض المغناطيس خصائص معينة:
- يوجد مجال مغناطيسي يحيط بمغناطيس.
- يجذب المغناطيس المواد المغناطيسية والمغناطيسية ويمكن أن يحولها إلى مغناطيس.
- يحتوي المغناطيس على قطبين يتنافران مثل الأقطاب ويجذبان أقطابًا متقابلة. يتم صد القطب الشمالي بواسطة الأقطاب الشمالية لمغناطيسات أخرى وينجذب إلى الأقطاب الجنوبية. يتم صد القطب الجنوبي بواسطة القطب الجنوبي لمغناطيس آخر ولكنه ينجذب إلى القطب الشمالي.
- توجد المغناطيسات دائمًا على شكل ثنائيات أقطاب. بمعنى آخر، لا يمكنك قطع المغناطيس إلى نصفين للفصل بين الشمال والجنوب. يؤدي قطع المغناطيس إلى إنتاج مغناطيسين أصغر حجمًا، ولكل منهما قطب شمالي وجنوبي.
- ينجذب القطب الشمالي للمغناطيس إلى القطب المغناطيسي الشمالي للأرض، بينما ينجذب القطب الجنوبي للمغناطيس إلى القطب المغناطيسي الجنوبي للأرض.
قد يكون هذا محيرًا نوعًا ما إذا توقفت عن التفكير في الأقطاب المغناطيسية للكواكب الأخرى. لكي تعمل البوصلة، فإن القطب الشمالي للكوكب هو في الأساس القطب الجنوبي إذا كان العالم مغناطيسًا عملاقًا!
المغناطيسية في الكائنات الحية.
تكتشف بعض الكائنات الحية المجالات المغناطيسية وتستخدمها. تسمى القدرة على الإحساس بالمجال المغناطيسي الحس المغناطيسي.
تشمل أمثلة المخلوقات القادرة على الحس المغناطيسي البكتيريا والرخويات والمفصليات والطيور. تحتوي العين البشرية على بروتين الكريبتوكروم الذي قد يسمح بدرجة معينة من المغناطيسية لدى الناس.
تستخدم العديد من الكائنات المغناطيسية، وهي عملية تعرف باسم المغناطيسية الحيوية. على سبيل المثال، الكيتون عبارة عن رخويات تستخدم أكسيد الحديد الأسود لتصلب أسنانها.
ينتج البشر أيضًا أكسيد الحديد الأسود في الأنسجة، مما قد يؤثر على وظائف الجهاز المناعي والجهاز العصبي.
