أنواع المغناطيس
المغناطيس هو جسم يخلق مجالًا مغناطيسيًا وله قوة جاذبة. ويشمل تركيبها الأساسي الأقطاب الكهربائية أو المغناطيسية، والتي توجد عادة في أزواج (إيجابية وسلبية). عندما يتم تعليق مغناطيس في الهواء، فإنه يشير دائمًا إلى الشمال والجنوب. ويسمى القطب الذي يشير إلى الشمال الجغرافي بالقطب الشمالي، بينما يسمى القطب الذي يشير إلى الجنوب الجغرافي بالقطب الجنوبي. تزداد قوة التجاذب بين أي مغناطيسين عندما يقترب قطباهما من بعضهما البعض. وبطبيعة الحال، يمكن تصنيف المغناطيس إلى ثلاثة أنواع رئيسية: المغناطيس الدائم، والمغناطيس المؤقت، والمغناطيس الكهربائي.
مغناطيس دائم
يعتمد المغناطيس الدائم على بنيته الداخلية لإنتاج مجال مغناطيسي مستقل. وهي تتكون من ذرات وبلورات تحتوي على إلكترونات ونواة ذرية. إن دوران هذه الشحنات هو العامل الرئيسي في توليد المجال المغناطيسي. يتم توليد الكهرباء نتيجة لحركة الإلكترونات حول النواة، مما ينتج عنه مجال مغناطيسي قوي. في حين أن العديد من المواد الطبيعية تشير إلى اتجاهات عشوائية تبطل تأثير المغناطيس الدائم، فإن مواد مثل الحديد والكوبالت والنيكل تستخدم في صناعة المغناطيس الدائم، المعروف باسم المغناطيسات الحديدية، حيث تصطف الإلكترونات في اتجاه موحد، مما يعزز قوة جاذبيتها. يمكن أن تصل قوة المغناطيس الدائم إلى حوالي 8000 غاوس (وحدة قياس القوة المغناطيسية)، وهناك أنواع مصنعة تصل قوتها إلى 50 مرة، أي حوالي 450000 غاوس. ومن بين الأنواع الرئيسية للمغناطيس الدائم نذكر:
- مغناطيس السيراميك أو الفريت.
- مغناطيس النيكو.
- مغناطيس النيوديميوم (NIB).
- مغناطيس كوبالت السماريوم (SmCo).
مغناطيس مؤقت
يتميز المغناطيس المؤقت باحتفاظه بمغناطيسيته لمدة قصيرة مقارنة بالمغناطيس الدائم. المواد المستخدمة في صنع هذا النوع من المغناطيس لها خصائص جذب منخفضة ولا تتأثر بالتدفق الكهرومغناطيسي. ونجد أن الفولاذ والحديد الملدن من أبرز المواد المستخدمة في صناعة المغناطيس المؤقت. يتم إنشاء المغناطيس المؤقت عن طريق توجيه اتجاه الإلكترونات في المادة، والطريقة السهلة لتشكيلها هي تقريب الجسم من المغناطيس الدائم. هناك نوعان رئيسيان من المغناطيس المؤقت:
- المغناطيس المؤقت الشائع: وهي مغناطيسات يسهل تشكيلها واستخدامها، ولا يمكن ملاحظة تأثيرها إلا عند القرب من المغناطيس الدائم. مثل المسامير ومشابك الورق.
- المغناطيس الكهربائي المؤقت: يحافظ هذا النوع من المغناطيس على قوته المغناطيسية فقط أثناء مرور التيار الكهربائي، ويستخدم في الأجهزة مثل الأجراس والمحركات.
مغناطيس كهربائي
تتكون المغناطيسات الكهربائية من أسلاك حلزونية ملفوفة حول قلب معدني يمر من خلالها تيار كهربائي. عندما يمر التيار، تولد الإلكترونات مجالًا مغناطيسيًا، مما يجعل هذه الملفات تعمل مثل المغناطيس. يمكن تعديل قوة المجال المغناطيسي عن طريق التحكم في كمية التيار. عندما يتوقف تدفق الكهرباء، تتوقف هذه الملفات عن العمل كمغناطيس. تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في العديد من الأجهزة الإلكترونية أو الكهربائية التي تتطلب وجود مجال مغناطيسي لفترة قصيرة، وبالتالي يمكن اعتبارها نوعًا آخر من المغناطيس المؤقت.
تاريخ اكتشاف المغناطيس
يتكون الأصل الطبيعي للمغناطيس بشكل رئيسي من الأكسجين والحديد أو هيدروكسيد الحديد نتيجة للنشاط البركاني. يعود أول اكتشاف علمي لهذه المادة إلى عام 1845. إلا أن الفيلسوف اليوناني طاليس الميليتي هو أول من قام بدراسة ودراسة آثار الحجارة المغناطيسية في القرن السادس قبل الميلاد، ويعود اسم المغناطيس إلى كلمة ( lithos magnes) باليونانية القديمة، تجسيد لقصة الراعي اليوناني ماغنيس، الذي كانت حجارته تجذب المسامير والحديد إلى حذائه. وهناك روايات تشير إلى أن الاسم مأخوذ أيضاً من مدينة مغنيسيا في آسيا الصغرى والتي تعرف حالياً بتركيا.
تم استخدام المغناطيس لصنع أول بوصلة للإشارة إلى الجنوب في الصين خلال فترة الدول المتحاربة. وكان يتكون من حجر مغناطيسي معلق على شكل ملعقة داخل طبق مسطح من البرونز أو النحاس. وكان يشير إلى الجنوب بعد كل دورة من الحجر بداخله. واستخدمه الأوروبيون فيما بعد في الملاحة بعد تحسينه سنة 1190م للدلالة على الشمال.
لاحظ العالم الفرنسي ماريكورت الأقطاب المغناطيسية لأول مرة عام 1269 بعد دراسات مكثفة. وأشار إلى أن الأقطاب المتشابهة تتنافر بينما تتجاذب الأقطاب المختلفة مواد أخرى. وعلى الرغم من هذه الاكتشافات، استمر الاعتقاد بأن المغناطيس يجذب نجم الشمال إلى أن اقترح ويليام جيلبرت، الذي درس علاقة المغناطيس بمغناطيسية الأرض عام 1600، أن تكون الأرض مغناطيسًا ضخمًا ذو قطبين.
كان العالم جيمس كليرك ماكسويل أول من أسس العلاقات بين المغناطيس والكهرباء من خلال نظام المعادلات التفاضلية، الذي انتشر على نطاق واسع وتم تطبيقه في أوائل القرن التاسع عشر. في عام 1826، اخترع العالم الإنجليزي ويليام ستورجن أول مغناطيس كهربائي، والذي يتكون من ملف من الأسلاك حول قلب حديدي يشكل مجالًا مغناطيسيًا عند تدفق الكهرباء. كما كتب ماكسويل عن الموجات المتذبذبة للمجالات المغناطيسية والكهربائية التي تتحرك عبر الفضاء، موضحًا سرعة حركة المجال المغناطيسي بناءً على تجاربه.
خاتمة
المغناطيس عبارة عن أجسام تتولد فيها قوى جاذبة نتيجة لحركة الإلكترونات داخل النواة. وهي توجد بأشكال دائمة ومؤقتة، بالإضافة إلى المغناطيسات الكهربائية. يُستخدم المغناطيس في العديد من التطبيقات اليومية، بما في ذلك الأجهزة الطبية والبناء والأجهزة المنزلية وأجهزة الكمبيوتر، مما يجعله أداة حيوية في حياتنا اليومية.