كانت الثورة التقنية، التي تُعرف غالبًا بالثورة الصناعية الثانية، مرحلة أساسية في تطور المجتمع. على وجه الخصوص، أدى اختراع الكهرباء والمولدات الكهربائية إلى تسريع النمو البشري لأنها جعلت من الممكن توسيع نطاق الآلات الصناعية وإدخال تطورات كبيرة في جودة الحياة مثل المصابيح الكهربائية والأجهزة المنزلية.
إذا كان متوفرًا في المخزون، عينة مجانية ويتم التوصيل في نفس اليوم؛ أما إذا كان غير متوفر في المخزون، يكون وقت التسليم هو نفسه مع الإنتاج الضخم
كان اكتشاف المواد المغناطيسية وكيفية تفاعلها مع المجالات الكهرومغناطيسية جزءًا مهمًا من الإنجاز العلمي. كان جيمس كليرك ماكسويل أول من استخدم المصطلح، واكتشف فيما بعد أن المجالات المغناطيسية تنتج عن حركة الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات. وهكذا، أصبح ابتكار المغناطيس الكهربي وما تلاه من استخدام الكهرباء على نطاق واسع ممكنًا بفضل صياغة معادلات ماكسويل. تابع القراءة لاكتشاف المزيد.
تعريف المواد المغناطيسية عادة، عندما نفكر في المغناطيس، فإننا عادة ما نتخيل القضيب المغناطيسي الكلاسيكي، الذي يحتوي على قطب شمالي وآخر جنوبي. لكن العديد من المواد التي نصادفها كل يوم لديها القدرة على العمل كمغناطيس؛ فالأمر ببساطة يعتمد على تركيبها الجوهري. يمكن وصف المادة المغناطيسية بما يلي.
يمكن أن تتأثر المواد المغناطيسية بالمجالات الكهرومغناطيسية المحيطة بها.
ولكن ما الذي يجعل المواد المغناطيسية هي الوحيدة القادرة على الشعور بتأثيرات المجال المغناطيسي الخارجي؟ دعونا نلقي نظرة عن كثب على بنية المادة المغناطيسية الصلبة لفهم ذلك بشكل أفضل.
الذرات هي الوحدات الأساسية التي تكوِّن جميع المواد التي تحيط بنا، كما سبق أن ناقشنا. وتحتوي هذه الذرات على تراكب من البروتونات والنيوترونات في نواتها التي تقع في مركز بنيتها الداخلية. ويحيط مجال مغناطيسي بالجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات أثناء تدفقها، كما اكتشف جيمس ماكسويل في عام 1865. ولذلك، ينتج مجال مغناطيسي صغير بالقرب من النواة نتيجة لسَبْق الإلكترونات. ونشير إلى ذلك باسم ثنائي القطب الذري.
يمكننا أن نرى فهمًا أوضح للبنية الداخلية لثنائي القطب الذري من الشكل السابق. يمكننا أن نلاحظ أن القطب الشمالي الناتج عن ثنائي القطب الذري هذا يقع في الاتجاه لأعلى، إلى أعلى الصفحة المشار إليه بالسهم الأزرق، وذلك باستخدام قاعدة القبضة اليمنى، حيث نثني أصابعنا في اتجاه التيار ويشير إبهامنا في اتجاه القطب الشمالي.
وامتدادًا من بنية ثنائي القطب الذري، تتضمن المواد المغناطيسية أيضًا ما يسمى بالمجالات المغناطيسية. وهي تشكيلات مكوَّنة من ثنائيات أقطاب ذرية متقاربة تواجه جميعها الاتجاه نفسه. ويتميز كل مجال مغناطيسي من هذه المجالات المغناطيسية بمجال مغناطيسي داخلي متصل على شكل حلقة.
تظهر المادة المغناطيسية في الصورة أعلاه على شكل مستطيل مع نطاقات مغناطيسية داخلية يُشار إليها بالأسهم باللون الوردي. تشير الأسهم في معظمها إلى اتجاهات مختلفة كما نرى، وهو ما يخبرنا أن النطاقات غير متحاذية إلى حد كبير وأن المادة لا تنتج مجالًا مغناطيسيًّا متماسكًا.
أنواع المواد المغناطيسية
دعونا نقترب أكثر من فهم كيف يمكننا تصنيف المواد الشائعة الآن بعد أن حددنا البنى الداخلية للمواد المغناطيسية.
أقوى المواد المغناطيسية هي تلك التي تندرج ضمن فئة المواد المغناطيسية الحديدية. وهي قادرة على إظهار هذه القدرة لأن النطاقات المغناطيسية التي تتكون منها المادة قابلة للتأثر، وهو ما يعني أن النطاقات يمكن أن تصطف عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي. ونظرًا لتأثير المجال الخارجي، الذي يدفع المجالات إلى الاصطفاف في نفس الاتجاه، يزداد المجال المغناطيسي الكلي للمادة نتيجة لتفاعل المجالات المغناطيسية المنفردة من المجالات.
بالإضافة إلى ذلك، فإن المغنطة التلقائية هي خاصية مميزة للمواد المغناطيسية الحديدية. ويحدث ذلك عندما تصطف النطاقات تلقائيًّا مع بعضها البعض في غياب مجال خارجي. ويحدث هذا غالبًا عندما تتعرض المادة لبيئة شديدة البرودة، مما يبرد ذرات المادة ويقلل من اهتزازاتها القوية. تنفرد كل مادة ممغنطة بدرجة حرارة كوري، التي تحدد النقطة التي قد تصبح المادة ممغنطة تلقائيًّا تحتها، لكل مادة ممغنطة حديدية.
نظرًا لاحتفاظها بخصائصها المغناطيسية في غياب مجال خارجي وسهولة مغنطتها، فإن المواد المغناطيسية الحديدية هي الخيار الأفضل عند إنشاء مغناطيسات قوية مثل المغناطيسات الكهربائية أو القضبان المغناطيسية.
عند التعرُّض لمجال خارجي، تُظهِر المواد البارامغناطيسية البارامغناطيسية مجالًا مغناطيسيًّا أقل بكثير من المواد المغناطيسية الحديدية، بالإضافة إلى قوة جذب نحو المجال الخارجي. وينتج ذلك عن التوزيع غير المتساوي للإلكترونات حول ثنائي القطب الذري. وبالإضافة إلى ذلك، وعلى عكس المواد المغناطيسية الحديدية، وبسبب اهتزاز ثنائي القطب الذري الداخلي للمادة نتيجة للطاقة الحرارية للمادة، فإنها تخرج عن المحاذاة عند إزالة المجال الخارجي.
تمتلك جميع المواد خاصية المغناطيسية القطرية، التي يمكن اعتبارها نقيض البارامغناطيسية. على عكس المغناطيسية الحديدية والبارامغناطيسية البارامغناطيسية، اللتين تُظهِران قوة جاذبة تجاه المجال الخارجي، تنتج الديامغناطيسية الثنائية عن البنية الداخلية للمادة. ومع ذلك، غالبًا ما تكون قوة التنافر الناتجة عن المواد ثنائية المغناطيسية ضعيفة جدًّا، مما يجعل من المستحيل أن نراها في الحياة اليومية.
خواص المواد المغناطيسية لذلك، كيف يمكننا تعريف أي شيء على أنه مغناطيس؟ دعونا نستعرض عدة خصائص مشتركة بين المغناطيسات.
الشفافية المغناطيسية تُعد النفاذية المغناطيسية للمادة مقياسًا لمدى ممغنطة المادة عند تفاعلها مع مجال خارجي. وهي تصف مدى سرعة اصطفاف النطاقات المغناطيسية داخل المادة عند تعرضها لمجال في وضع النطاقات المغناطيسية. ومثال على المادة ذات النفاذية المغناطيسية العالية هي المادة المغناطيسية الحديدية، التي قد تكون ممغنطة بسرعة كبيرة. وعلى النقيض من ذلك
يمكن رؤية النطاقات المغناطيسية الداخلية للمادة مصطفة في الصورة أعلاه، وهو ما يخبرنا أن المادة ممغنطة. ولكن، بما أن النفاذية المغناطيسية للمادة تعتمد على البنية الكهربائية الداخلية، فإن هذا الموضوع لا يتطرق إليه.
حساسية مغناطيسية وعلى غرار النفاذية من حيث أنها توضح كيفية استجابة المادة للمجال الخارجي، فإن القابلية المغناطيسية توضح بدلاً من ذلك ما إذا كان المجال المغناطيسي الداخلي للمادة محاذيًا للمجال الخارجي أو مضادًا له. عندما تكون المواد المغناطيسية والبارامغناطيسية ممغنطة، تظهر قوة جاذبية، مما يشير إلى أن مجالاتها تتماشى مع المجالات الخارجية.
عندما يتم محاذاة مجال مادة ما ضد مجال خارجي، مثل المغناطيس المقطعي (diamagnet)، فإنها ستعاني من قوة تنافر.
أمثلة على المواد المغناطيسية دعونا نعود إلى القضيب المغناطيسي، وهو مثال أساسي للمغناطيس الذي يُستخدَم كثيرًا في الاختبارات العملية للفيزياء. يمكن أن نربط هذا المغناطيس بمغناطيسات أخرى، مثل مغناطيس مثبت على باب الثلاجة أو مغناطيس يستخدم لالتقاط مشابك الورق، وبذلك نعرف أنه يظل مغناطيسيًّا حتى في غياب المجال المغناطيسي. وهذا يشير إلى أنها تتكون من مكونات مغناطيسية حديدية، مثل الحديد والكوبالت والنيكل ومجموعة متنوعة من العناصر المغناطيسية الأخرى.
تُعدّ إبرة البوصلة استخدامًا مهمًا آخر للبوصلة الحديدية! إذا سبق لك أن استخدمت بوصلة تقليدية، فأنت تدرك أن الإبرة تشير دائمًا إلى اتجاه الشمال الحقيقي، بغض النظر عن الاتجاه الذي تواجهه. وذلك لأن الأرض لها مجالها المغناطيسي الطبيعي الخاص بها، مما يجعل الإبرة الممغنطة تنجذب باستمرار إلى القطب الشمالي، مما يجعلها الأداة المثالية لتحديد مواقع البحارة الذين تقطعت بهم السبل.
مواد التدريع المغناطيسي لقد ناقشنا أنواعًا عديدة من المواد المغناطيسية في هذه المقالة حتى الآن، وكذلك كيفية استجابتها للمجال المغناطيسي الخارجي. ومع ذلك، لأن المجالات المغناطيسية لها تأثير على جميع المواد بطريقة ما.
تُعد إبرة البوصلة مثالًا واضحًا على تطبيق مهم آخر للمغناطيسات الحديدية. إذا سبق لك استخدام بوصلة تقليدية، فستدرك أن الإبرة تشير دائمًا إلى اتجاه الشمال الحقيقي، بغض النظر عن الاتجاه الذي تواجهه. حيث تنجذب الإبرة الممغنطة باستمرار إلى القطب الشمالي لأن للأرض مجالها المغناطيسي الطبيعي الخاص بها، مما يجعلها الأداة المثالية لتحديد مكان البحارة المفقودين في البحر.
مواد التدريع المغناطيسي لقد ناقشنا في هذا المقال حتى الآن أنواعًا عديدة من المواد المغناطيسية في هذا المقال، وكذلك كيفية استجابتها للمجال المغناطيسي الخارجي. ولكن بالنظر إلى أن جميع المواد تتأثر بالمجالات المغناطيسية بطريقة ما، فهل هناك أي مواد يمكن أن تمنع خطوط المجال من اختراقها؟ في المنازل التي تحتوي على عدة أسلاك تعمل في وقت واحد مع بعضها البعض، فإن التدريع المغناطيسي أمر بالغ الأهمية لأن المجال المغناطيسي الناتج عن التيار في أحد الأسلاك قد يؤثر على الأسلاك الأخرى ويحرف الإشارة. ونظراً لأن المغناطيسات تشكل دائماً ثنائي القطب الكامل، حيث تصل خطوط المجال من القطب الشمالي دائماً إلى القطب الجنوبي للمغناطيس، فمن المستحيل عزل خطوط المجال المغناطيسي.
المغناطيس لإنشاء حلقة كاملة. لذلك، بدلًا من محاولة تحويل خطوط المجال المغناطيسي، نحاول منع هروبها. سوف تتماشى خطوط المجال الخارجي مع خطوط المجال لمادة التغطية عندما تكون هذه الأسلاك مغلفة بمادة ذات نفاذية مغناطيسية عالية، مما يسمح لها بإنشاء حلقات كاملة دون أن تفلت منها.
