ما هو المغناطيسي - الدليل الشامل

المغناطيسية أو المغناطيسية هي قوة فيزيائية تؤدي إلى جذب الأجسام أو إبعادها. وتتحقق نتيجة لحركة الإلكترونات.

تاريخ المغناطيسية

 

على الرغم من أن المغناطيسية كانت مدمجة على نطاق واسع في العديد من التقنيات في بداية العشرينات من القرن العشرين^ذ القرن، فلها تاريخ واسع وغني. ويمكن إرجاع أصل المغناطيسية إلى عام 600 قبل الميلاد، ويُعتقد أن الإغريق القدماء هم من اكتشفوها.

المغناطيسية لأول مرة في حجر اللودستون، وهو شكل من أشكال المعادن القادرة على جذب المواد المغناطيسية الحديدية. وقد صُنع هذا المعدن من أكسيد الحديد.

في الفترة من عام 1540 إلى 1603، درس ويليام جيلبرت المغناطيسية باستخدام منهجيات علمية، واستنتج من ذلك أنه حتى الأرض تُظهر قوى مغناطيسية. في عام 18^ذ القرن، اكتشف تشارلز كولوم قانون التربيع العكسي للقوة.

وخلص إلى أن قوة التجاذب المشتركة بين مادتين مغناطيسيتين تتناسب مع محصلة حقليهما المنفردين. وتوصل كذلك إلى أن قوة الجذب هذه تتناسب عكسيًا مع مربع التمدد بينهما.

في عام 1831، أنشأ مايكل فاراداي الحث الكهرومغناطيسي وأصبح هذا حجر الأساس لتطوير المغناطيس للمولدات.

مع اقترابنا من عام 1931 مغناطيسات ألنيكو تم اختراعها وبحلول عام 1966 مغناطيسات SmCo طورها العلماء. وقد شهدت هذه الاختراعات تحول المغناطيسات إلى مكونات لا يمكن دحضها في مختلف الأجهزة والتطبيقات.

فهم قوانين المغناطيسية

الأساسي قانون المغناطيسية يرتكز على مبدأ تجاذب الأقطاب المتباينة وتنافر الأقطاب المتشابهة. ويثبت هذا القانون عندما يتم تقريب القطبين المتشابهين (مثل الشمال والشمال) من مغناطيسين متجاورين. يتم اكتشاف التنافر. ومع ذلك، إذا اقترب القطبان المتضادان من بعضهما البعض، فإنهما يتجاذبان.

هناك أيضًا قانون المجالات المغناطيسية الذي يتمحور حول المجالات المغناطيسية التي تنشئها المغناطيسات. غالبًا ما تغطي هذه المجالات مساحات قريبة من المغناطيس، حيث تظهر القوى المغناطيسية. ومع ازدياد المسافة بين المغناطيس والجسم، تتقلص شدة المجال المغناطيسي.

خواص المغناطيسية

المغناطيسية ظاهرة طبيعية تمت دراستها وتطبيقها على نطاق واسع على مر السنين. تُظهِر المواد المغناطيسية خواص مغناطيسية متنوعة، وفيما يلي تفصيل لخصائص المغناطيسية الرئيسية.

- القوة المغناطيسية

القوة المغناطيسية هي خاصية مغناطيسية أساسية تشرح طبيعة السلوك الذي يظهر عندما تكون الأجسام في نطاق المغناطيس. يمكن أن تكون طبيعة هذا السلوك إما أن تكون

• الجاذبية: ينطبق هذا السلوك على الأجسام أو المواد ذات القدرات المغناطيسية. تنجذب الأجسام المغناطيسية المغناطيسية إلى المغناطيس عند تقريبها إلى نطاق المجال المغناطيسي. على سبيل المثال، إذا قرَّبتَ مسامير حديدية إلى قضيب مغناطيسي، فستنجذب المسامير إلى المغناطيس وستلتصق به.
• التنافر التنافر هو سلوك يظهر عند وضع أجسام تفتقر إلى الخواص المغناطيسية داخل مجال مغناطيسي. ويظهر هذا أيضًا عند وضع أقطاب متشابهة بالقرب من بعضها البعض. يتم دفع القطبين إلى الخلف.
• الخاصية التوجيهية: تنظر هذه الخاصية إلى الاتجاه الذي يشير إليه المغناطيس عندما يتدلى بحرية. عند ربط حبل في منتصف قضيب مغناطيسي وتعليقه للتأكد من أنه يتحرك بحرية، ستلاحظ أن المغناطيس سيأخذ اتجاه الشمال والجنوب.

- الأقطاب المغناطيسية

تعتمد المغناطيسية على القطبين المتقابلين، ويتضح ذلك من خلال القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي الموجودين في جميع المغناطيسات. هذان القطبان مسؤولان عن خصائص التجاذب و/أو التنافر في المغناطيس. وينتج عن تقسيم قضيب مغناطيسي إلى قطبين تكوين مغناطيس آخر مزود بقطب شمالي وقطب جنوبي.

- المجالات المغناطيسية

تمثل المجالات المغناطيسية منطقة تكون فيها القوى المغناطيسية للمغناطيس نشطة أو فعالة. يمكن أن تولِّد المواد المغناطيسية مجالات مغناطيسية خاصة بها كما هو موضح في المغناطيس الدائم، أو يمكن أن تعتمد على مجالات خارجية كما هو موضح في المغناطيسات الكهربية. من الناحية المثالية، تنشأ خطوط المجال المغناطيسي عند القطب الشمالي وتتجه نحو القطب الجنوبي.

- المجالات المغناطيسية

تحتوي المواد المغناطيسية على ذرات تصطف بشكل منتظم في مناطق محددة لتكوين عزوم مغناطيسية. ثم تتحد هذه العزوم وتصطف بشكل متساوٍ ومنتظم لتكوين المجالات المغناطيسية. وتؤدي هذه المحاذاة إلى توليد مجالات مغناطيسية قوية. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي عكس محاذاة المجالات المغناطيسية إلى فقدان الخصائص المغناطيسية.

المجالات المغناطيسية وخصائصها

المجالات المغناطيسية هي المناطق القريبة غالبًا من المغناطيس، حيث تظهر القوى المغناطيسية. وتظهر في هذه المنطقة القدرات المغناطيسية للمغناطيس وتتفاعل القوى مع حركة الإلكترونات. لا يمكن رؤية خطوط المجال المغناطيسي بالعين المجردة ولكن يمكن رؤيتها بفضل بعض التقنيات البسيطة.

جميع المغناطيسات بما في ذلك القضيب المغناطيسي ومغناطيس حدوة الحصان لها أقطاب مغناطيسية شمالية وجنوبية. ومع ذلك، فإن الانحناء في مغناطيس حدوة الحصان يعني أن القطبين يقعان على نفس الخط.

ومع ذلك، فإن المجالات المغناطيسية تتدفق من القطب الشمالي وتعود إلى المغناطيس عند القطب الجنوبي تمامًا كما هو الحال في القضيب المغناطيسي. وهذا يعني أن المجال المغناطيسي في مغناطيس حدوة الحصان يكون أقوى ما يكون بين القطبين.

خصائص المجالات المغناطيسية

• وعادة ما تنبثق خطوط المجال المغناطيسي من القطب المغناطيسي الشمالي وتعود إلى القطب المغناطيسي الجنوبي.
• بالكاد تتقاطع خطوط المجال المغناطيسي مع بعضها البعض.
• يمكن قياس شدة المجال المغناطيسي أو قياسها بوحدة تسلا (T).
• ومع ازدياد المسافة، تتقلص شدة المجال المغناطيسي.
• تُظهر خطوط المجال المغناطيسي قوة مماثلة.
• يمكن تقليل شدة المجال المغناطيسي عن طريق التدريع باستخدام مواد مثل معدن Mu-metal.

أنواع المواد المغناطيسية

مادة مغناطيسية يشير ببساطة إلى المادة المستخدمة لتكوين المغناطيس. يجب أن تُظهر هذه المادة خواص مغناطيسية قوية.

اليوم، هناك العديد من المواد المغناطيسية المستغلة لتصنيع المغناطيس. ويظهر الاختلاف في خصائص المواد وخصائصها. وفيما يلي الأنواع الأساسية للمواد المغناطيسية في الوقت الحاضر:

- مادة مغناطيسية حديدية

المادة المغناطيسية الحديدية هي بلا شك أبرز أنواع المواد المغناطيسية. وتستخدم هذه المادة على نطاق واسع لأنها تظهر قوى مغناطيسية قوية وقدرتها على الاحتفاظ بقوة المجال المغناطيسي حتى في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي.

تُستخدم المواد المغناطيسية الحديدية في المقام الأول لتصنيع المغناطيس الدائم، وهي مصنوعة أساسًا من مواد مثل الحديد والكوبالت والنيكل.

ميزات المواد المغناطيسية الحديدية

• الميل المغناطيسي العالي: وغالبًا ما تتميز المواد المغناطيسية الحديدية باحتمالية عالية لاكتساب خواص مغناطيسية عند تعرضها لمجالات مغناطيسية أقوى.
• المجال المغناطيسي: في المادة المغناطيسية الحديدية، توجد ذرات مصطفة في اتجاه متشابه، وهذا يؤدي إلى تكوين عزوم مغناطيسية. ثم يتم ضم العزوم واصطفافها لتكوين نطاقات مغناطيسية.
• التباطؤ المغناطيسي: عندما يتم سحب المواد المغناطيسية الحديدية من وجود مجالات مغناطيسية خارجية، فإنها تظل محتفظة بقدراتها المغناطيسية. ويحدث تأثير التباطؤ في المواد المغناطيسية الحديدية عند حدوث تأخر بعد إزالة المجالات المغناطيسية الخارجية.

- مادة شبه مغناطيسية

المواد شبه المغناطيسية هي في الأساس عكس المواد المغناطيسية الحديدية. عندما تتعرض لمجالات مغناطيسية خارجية، فإنها تتعرض لمغنطة ضعيفة.

بالإضافة إلى ذلك، فإنها تفقد خواصها المغناطيسية عند سحب المجال المغناطيسي الخارجي I. ومن أمثلة المواد البارامغناطيسية البلاتين والألومنيوم.

ميزات المواد شبه المغناطيسية

• ميل مغناطيسي منخفض: وبالمقارنة مع المواد المغناطيسية الحديدية، فإن قدرتها على أن تصبح ممغنطة منخفضة نسبيًا. كما أن ممغنطتها مؤقتة ويمكن أن تفقدها عند سحب المجال المغناطيسي الخارجي.
• درجة حرارة كوري تميل المواد شبه المغناطيسية إلى فقدان المغناطيسية عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. كما تنخفض قابليتها المغناطيسية مع ارتفاع درجة الحرارة.
• التطبيقات: تتميز المواد شبه المغناطيسية بقابلية منخفضة للمغناطيسية وهذا يستبعد استخدامها في صناعة المغناطيس الدائم. ومع ذلك فهي مثالية لأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي والبحث العلمي والفصل المغناطيسي.

- المواد الممغنطة

المواد غير المغناطيسية هي ببساطة مواد ليس لها خواص مغناطيسية (مواد غير مغناطيسية). وتشمل الخشب والبلاستيك والماء وبعض المعادن. عند تعريض المواد ثنائية المغناطيسية لمجال مغناطيسي، تنشأ العزوم فيها بشكل عكسي بالنسبة إلى المجال المغناطيسي. وينتج عن ذلك تنافر.

ميزات المواد المغناطيسية

• الميل المغناطيسي السالب: عندما تتعرض المواد ثنائية المغناطيسية لمجالات مغناطيسية خارجية فإنها تندفع أو تتنافر. وذلك لأن لها قابلية مغناطيسية سالبة.
• استجابة ضعيفة: عندما يتم وضع المواد ثنائية المغناطيسية بالقرب من المواد المغناطيسية الحديدية أو حتى المواد شبه المغناطيسية، فإنها تكون محجوبة. وتكون استجابتها المغناطيسية منخفضة.

- مواد مغناطيسية حديديّة

تشترك المواد المغناطيسية الحديدية في بعض الخصائص مع المواد المغناطيسية الحديدية، على سبيل المثال، المغناطيسية الدائمة. ولكن يتم التفريق بينهما من خلال الشبيكتين الفرعيتين المتضادتين اللتين تظهران عزومًا مغناطيسية بمقادير غير متساوية. وخير مثال على المواد المغناطيسية الحديدية هو المغنتيت (Fe3O4).

ميزات المواد المغناطيسية الحديدية

• صافي المغنطة: تتميَّز المواد المغناطيسية الحديديَّة أساسًا بعزم مغناطيسي صافٍ. ويحدث ذلك بسبب الاصطفاف غير المتوازن للعزوم المغناطيسية في شبيكاتها الفرعية.
• الرَّمَق: كما تحتفظ المواد المغناطيسية الحديدية بالمغناطيسية حتى في غياب المجالات المغناطيسية الخارجية.

- المواد المضادة للمغناطيسية

في المواد المضادة للمغنطيسية المضادة، تميل الذرات التي تصطف لتكوين العزوم المغناطيسية إلى الاصطفاف في اتجاهات متعاكسة. وهذا يجعلها تبطل بعضها بعضًا مما يؤدي إلى مغنطة صافية صفرية. أبرز المواد المضادة للمغنطيسية هي أكسيد المنجنيز.

ميزات المواد المضادة للمغناطيسية

• صافي المغنطة الصفرية: تُلغي العزوم المغناطيسية في المواد المضادة للمغنطيسية بعضها بعضًا، وينتج عن ذلك مغنطة صافية صفرية.
• درجة حرارة نيل عند تعريض المواد المضادة للمغناطيسية للحرارة إلى ما بعد نقطة حرارة محددة، يختل ترتيب العزوم المغناطيسية الذرية. وتُعرف هذه النقطة باسم درجة حرارة نيل، ويمكن أن يؤدي تجاوز هذه النقطة إلى أن تُظهر المادة المضادة للمغناطيسية سلوكًا بارامغناطيسيًا. بالنسبة لمواد أكسيد المنجنيز، تميل درجة حرارة نيل إلى -151 درجة مئوية.

كيف تقيس المغناطيسية؟

تعد المغناطيسية ظاهرة مثيرة للاهتمام ولا غنى عنها ومن ثم فهي تستخدم على نطاق واسع في عالم اليوم.

هناك العديد من التقنيات والمعايير والأدوات التي يمكن استغلالها لقياس المغناطيسية، وفيما يلي لمحة موجزة عن أكثر الطرق فعالية لقياس المغناطيسية.

- قياس قوة المجال المغناطيسي

يعد قياس شدة المجال المغناطيسي الناتج عن مادة مغناطيسية إحدى طرق قياس قوتها المغناطيسية.

يمكن حساب شدة المجال المغناطيسي باستخدام مستشعر تأثير هول أو مقياس مغناطيسي. عادةً ما تكون وحدة قياس شدة المجال المغناطيسي هي الأمبير لكل متر (A/M). وبدلًا من ذلك، يمكن استخدام وحدة Oersteds (Oe).

- كثافة التدفق المغناطيسي

تُحسَب كثافة التدفق المغناطيسي عمومًا باستخدام مقاييس التدفق، وغالبًا ما يتم وزنها بالتسلا (T) أو الجاوس (G).

يحاول هذا القياس تحديد قوة المجال المغناطيسي عند نقطة محددة. ويرمز عادةً إلى كثافة التدفق المغناطيسي بالحرف (B).

- النفاذية

وغالبًا ما يتم التعبير عن النفاذية بوحدة (μ) وتقاس بوحدة الهنري لكل متر (H/m). وهي تقيس قدرة المادة المغناطيسية على المغنطة. ويعطي قياس النفاذية لمحة عن مدى قدرة المادة المغناطيسية على توصيل التدفق المغناطيسي.

- قياس قابلية التأثر المغناطيسي

تبحث القابلية المغناطيسية في قابلية المادة المغناطيسية لاكتساب قوى مغناطيسية عند تعرضها لمجالات مغناطيسية خارجية. تُظهر المواد المغناطيسية المختلفة قابلية مغناطيسية مختلفة. يمكن قياس هذه المعلمة باستخدام مقاييس أو موازين الحساسية المغناطيسية.

أدوات قياس المغناطيسية

في الوقت الحاضر، هناك عدد لا يحصى من الأدوات التي يمكن استخدامها لتحديد الجوانب المختلفة للمغناطيسية. تساعدنا القدرة على قياس هذه الجوانب في تحديد قوة المغناطيسية وكذلك تحسين قوة المغناطيسية.

- مستشعر تأثير القاعة

تعد مستشعرات تأثير هول من أكثر الأدوات استخدامًا عندما يتعلق الأمر بقياس المغناطيسية. وهي تستخدم في المقام الأول لقياس شدة المجال المغناطيسي للمغناطيس. وهي أدوات شبه موصلة تولد جهدًا مكافئًا للمجال المغناطيسي المقاس.

- البوصلة

تُستخدم البوصلات منذ فترة طويلة للكشف عن المغناطيسية. فهي تشكل إبراً مغناطيسية تصطف مع المجالات المغناطيسية المنبعثة من الأرض. تساعد البوصلة في تحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

- مقياس غاوس

مقياس غاوس مصمم خصيصًا لقياس شدة المجالات المغناطيسية. وهو يقيس شدة المجال بوحدة غاوس (G). يمكن أن يكون غير متحرك أو محمول باليد، وغالبًا ما يستخدمه المهندسون والعلماء.

- مقياس المغناطيسية SQUID

تشتهر أجهزة قياس المغناطيسية الحبارية بأنها عالية الكفاءة والحساسية. وهذا ما يجعلها مثالية لقياس المجالات المغناطيسية حتى عندما تكون رديئة للغاية. وغالباً ما تتطلب هذه المقاييس درجة حرارة مبردة لتعمل على النحو الأمثل.

ما الذي يسبب المغناطيسية؟

المغناطيسية مفهوم لطالما أثار إعجاب العلماء والباحثين لسنوات طويلة. ولكن مع مرور السنين، تم تطوير مفاهيم أكثر تقدمًا واستخدامها للمساعدة في تحسين فهمنا للمغناطيسية. فيما يلي نظرة موجزة على بعض النظريات التي استخدمت لفك رموز المغناطيسية.

- المغناطيسية ونظرية المجال

تم تطوير نظرية المجال في عام 20^ذ القرن ويسعى إلى تفسير المغناطيسية من خلال النظر إلى الترتيب الذري أو الجزيئي للمواد المغناطيسية.

تقول هذه النظرية إن المواد المغناطيسية تتكون من ذرات تصطف في اتجاهات متشابهة لتكوين نطاقات مغناطيسية. وتتكون النطاقات بمجرد اصطفاف ذرات متعددة بشكل منتظم لتكوين عزوم مغناطيسية.

قبل مغنطة المادة المغناطيسية، يكون ترتيب الذرات في المجالات المغناطيسية عشوائيًا. ولكن، بمجرد مغنطة المادة أو تعريضها لمجال مغناطيسي خارجي، تصطف النطاقات بشكل منتظم.

على الرغم من أن هذه النظرية تشرح كيفية عمل المغناطيسية في بعض المواد المغناطيسية، إلا أنها لا تفسر الجوانب الأخرى للمغناطيسية. وهنا يأتي دور النظرية الذرية.

- المغناطيسية والنظرية الذرية

تأسست النظرية الذرية على الاختراع الذي تم التوصل إليه في عام 19^ذ القرن الذي شهد استخدام العلماء للمغناطيسية في توليد الكهرباء، واستخدام الكهرباء في توليد المغناطيسية.

ومع ذلك، فقد استُخدمت النظرية الذرية لتوضيح المغناطيسية في عام 20^ذ القرن. تقترح هذه النظرية أن المواد المغناطيسية تتكون من ذرات وتتكون هذه الذرات من إلكترونات وبروتونات ونيوترونات.

تقع الإلكترونات في محيط النواة وهي تتحرك باستمرار حول المدار. كما أنها تتعرض لظاهرة تعرف باسم دوران الإلكترونات، والتي ينتج عنها عزوم مغناطيسية.

إلى جانب ذلك، يعتمد العزم المغناطيسي الناتج على مستوى دوران الإلكترون. وتتفاعل هذه العزوم مع العزوم الأخرى لتكوين نطاقات مغناطيسية وينتج عن ذلك مجالات مغناطيسية أقوى.

كيف تعمل المغناطيسات؟

على الرغم من استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة والتطبيقات الأساسية مثل مكبرات الصوت والمعدات الطبية، إلا أن الكثير من الناس لا يفهمون كيفية عملها. فيما يلي، نستكشف فيما يلي أساسيات المغناطيسية لشرح كيفية عمل المغناطيس.

- التكوين الذري ودون الذري

تحتوي المواد المغناطيسية مثلها مثل جميع المواد على ذرات في جوهرها. ثم تُزوَّد هذه الذرات بالإلكترونات والنيوترونات والبروتونات. وتحيط الإلكترونات بنواة الذرة، ومن خلال دورانها المستمر حول النواة، فإنها تُحدث دورانًا للإلكترونات.

- دوران الإلكترون

الإلكترونات هي جسيمات دون ذرية تدور حول نواة الذرة. وهي سالبة الشحنة ولديها القدرة على الدوران، وهو ما يؤدي ببساطة إلى خلق مجال مغناطيسي حول الإلكترونات. وفي المواد المغناطيسية، تكون الإلكترونات في المواد المغناطيسية موجهة بشكل منتظم، وينتج عن ذلك إنشاء مجال مغناطيسي صافٍ قوي.

- اللحظة المغناطيسية

ويؤدي الاصطفاف المنتظم للمغازل الإلكترونية إلى توليد عزوم مغناطيسية. تتولد هذه العزوم بمجرد تعرض مادة مغناطيسية مثل الحديد لمجالات خارجية فائقة.

وعلاوة على ذلك، يؤدي الاصطفاف الناتج عن ذلك للعزوم المغناطيسية إلى تكوين نطاقات مغناطيسية.

- المجالات المغناطيسية

والنطاقات المغناطيسية هي نطاقات مغناطيسية مصغرة داخل مغناطيس وهي نتيجة لاصطفاف عزوم مغناطيسية متعددة في اتجاه منتظم.

في المواد غير المغناطيسية، تكون النطاقات في المواد غير المغناطيسية عشوائية التوجه، أما في المواد الممغنطة فتكون النطاقات متحاذية بشكل منتظم. تنشأ المجالات عادةً بمجرد إدخال مجال مغناطيسي فائق يؤدي إلى اصطفاف القطب الشمالي للمغناطيس مع المجال المغناطيسي الخارجي.

- الجذب والتنافر

مع محاذاة العزوم والنطاقات المغناطيسية بشكل كامل وموحد، يصبح لدينا مغناطيس يعمل بشكل كامل. يمكن للمغناطيس الآن أن يتفاعل مع أجسام مختلفة، ويتخذ هذا التفاعل شكلين؛ التجاذب أو التنافر.

يبدأ الجذب نحو الأجسام ذات القدرات المغناطيسية مثل المعادن. ومن الناحية المثالية، تتجاذب الأقطاب غير المتشابهة بينما تتنافر الأقطاب المتشابهة.

أنواع المغناطيسات

اليوم، يمكنك أن تصادف أنواعًا مختلفة من المغناطيسات التي تتميز بخصائص مختلفة وقوة مغناطيسية وحتى أشكال مختلفة. ومع ذلك، هناك نوعان أساسيان من المغناطيس:

- مغناطيسات دائمة

مغناطيسات دائمة تتميز بطول عمر احتفاظها بالمغناطيسية. فهي ممغنطة بسهولة، وتُظهر مجالات مغناطيسية قوية، وتحتفظ بخصائصها المغناطيسية على الدوام. وتُصنَّف كذلك إلى:

• مغناطيسات ألنيكو: سميت مغناطيسات النيكو على اسم المركبات التي صنعت منها، أي الألومنيوم والنيكل والكوبالت. وهي تُظهر قوة مجال مغناطيسي كبيرة ويمكنها تحمل درجات الحرارة القصوى.

• مغناطيسات النيوديميوم: تتميز هذه المغناطيسات بالمركبات التي يتم تصنيعها منها، أي النيوديميوم والحديد والبورون. وهي بارزة للغاية لأنها قوية للغاية.
• مغناطيسات SmCo: مغناطيسات SmCo هي مغناطيسات مصنوعة من السماريوم والكوبالت. وتتميز بمقاومتها للتآكل وتتضح براعتها المغناطيسية من خلال مقاومتها الاستثنائية لدرجات الحرارة العالية.
• مغناطيس سيراميك: يُشار إليها أيضًا باسم مغناطيس الفريت، وهي مغناطيسات خزفية مناسبة نسبيًا للجيب وتتميز بإكراه عالٍ. يتم تصنيعها من أكسيد الحديد وتستخدم بشكل أساسي كمغناطيس ثلاجة.
• قضبان مغناطيسية: تحمل القضبان المغناطيسية شكل المثلث ومن هنا جاءت تسميتها بالقضيب المغناطيسي. يمكن التعرف عليها من خلال شكلها الطويل والضيق. وتستخدم على نطاق واسع في المحركات والمعدات الطبية والبوصلات.

• مغناطيس حدوة الحصان تحمل مغناطيسات حدوة الحصان شكل حرف "U". ويعني ذلك أن القطبين الشمالي والجنوبي يقعان عند طرف الشكل U، وهذا يجعل مجالاتها المغناطيسية أقوى عند الأطراف.

• مغناطيس الحلقة: تتميز المغناطيسات الحلقية بشكل حلقي مشابه لشكل الحلقة، وتتركز مجالاتها المغناطيسية على الجزء الداخلي من ثقب الحلقة. وهي مثالية للأبحاث والفصل المغناطيسي ومكبرات الصوت.

- مغناطيسات مؤقتة

الأجسام المغناطيسية المؤقتة هي أجسام مغناطيسية تكتسب وتفقد المغناطيسية في ظروف محددة. على سبيل المثال، تكتسب قوى مغناطيسية عند إدخال مجال مغناطيسي خارجي وتفقد هذه القوى بمجرد التخلص من المجال. ويمكن تصنيعها باستخدام مواد مختلفة بما في ذلك المواد المغناطيسية البارامغناطيسية والمغناطيسية الثنائية. تُعد المغناطيسات المؤقتة مثالية للتطبيقات التي تتطلب قوى مغناطيسية بشكل مؤقت.

- مغناطيسات كهربائية

مغناطيسات كهربائية هي أنواع فريدة من المغناطيسات التي تستخدم الكهرباء لاستحثاث المغناطيسية. وهي تعتمد على المجالات المغناطيسية التي تنشأ باستخدام التيارات الكهربائية. ويتضمن تركيبها مادة مغناطيسية ملفوفة بملف من الأسلاك. وعندما يتم تمرير تيار حول السلك، يتولد مجال مغناطيسي. وبمجرد إيقاف تشغيله، يضيع المجال المغناطيسي ويفقد المغناطيس خصائصه المغناطيسية.

الحث المغناطيسي

الحث المغناطيسي يُشار إليه أحيانًا باسم الحث الكهرومغناطيسي، وهو عملية تؤرخ لكيفية توليد القوة الدافعة الكهربية (EMF) في موصل بمجرد تعرضه لمجال مغناطيسي ديناميكي. ويشهد هذا المفهوم في غالبية الأجهزة الكهربائية الحالية بما في ذلك المولدات والمحاثات. وتبدأ هذه العملية عندما يتم التلاعب بالمجال المغناطيسي مما يؤدي إلى زيادة أو نقصان في شدة المجال بالقرب من الموصل.

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

 

مايكل فاراداي هو عالم إنجليزي شهير يُذكر باعتزاز لصياغته قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي في عام 19^ذ القرن.

يحاول هذا القانون شرح كيفية تأثير ديناميكية المجال المغناطيسي المتغير على الجهد في دائرة مغلقة. غير أنه مقسم إلى جزأين، وفيما يلي شرح لكلا القانونين.

قانون الحث الكهرومغناطيسي الأول

في القانون الأول، يرى فاراداي أن وضع موصل في مجال مغناطيسي متغير سيؤدي إلى تحريض قوة دافعة كهربية. ثم يؤدي قطع الدائرة على الموصل إلى نشوء تيار مستحث.

يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي عن طريق ضبط المسافة بين المغناطيس والملف. وبالطبع، يكون ذلك جنبًا إلى جنب عن طريق سحب الملف نحو القوة المغناطيسية أو بعيدًا عنها. فيما يلي الصيغة المعنية:

Ε = -dΦ/dt

• يشير Ε إلى القوة الدافعة الكهربية المستحثة (emf) بوحدة الفولت (V).
• dΦ/dt يشير إلى معدل تغير الفيض المغناطيسي (Φ) خلال الملف بالنسبة إلى الزمن (t).

قانون الحث الكهرومغناطيسي الثاني

في القانون الثاني، يقول فاراداي إن القوة الدافعة الكهربية المستحثة المتحققة في الملف تتناسب مع معدل تغير وصلة التدفق. يشير ارتباط التدفق إلى مجموع مجموع عدد اللفات في الملف بالإضافة إلى تدفق الملف. فيما يلي المعادلة ذات الصلة:

Δن = Q / (zF)

• Δن يرمز إلى مولات المادة الناتجة أثناء التحليل الكهربي.
• يرمز Q إلى الشحنة الكهربية التي تمر عبر الإلكتروليت بوحدة الكولوم (C).
• z يرمز إلى عدد مولات الإلكترونات اللازمة لإنتاج أو استهلاك مول واحد من المادة أثناء التحليل الكهربي.
• F هو ثابت فاراداي، حوالي 96,485 درجة مئوية/مول.

التطبيقات العملية للمغناطيسية

تُعد المغناطيسية تقنية بارزة وتجد استخدامًا واسعًا في تطبيقات متعددة تتجاوز جوانب مختلفة من الحياة اليومية. وفيما يلي بعض الاستخدامات المحورية للمغناطيسية اليوم.

- أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي

المغناطيسية هي مفهوم أثبت أنه لا غنى عنه في التشخيص الطبي خاصة عندما يتعلق الأمر بالتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). وبفضل المغناطيس المصمم خصيصاً لهذا الغرض، يمكن للأطباء تصوير الأعضاء الداخلية بسهولة مما يؤدي إلى تشخيص أفضل وأكثر دقة.

- شرائط بطاقات الائتمان

يتم استخدام المغناطيسية أيضًا في شرائط بطاقات الائتمان وكذلك البطاقات الذكية الأخرى لحفظ المعلومات الأساسية. في العديد من البطاقات المالية، يكون الشريط المغناطيسي في شكل شريط أسود يمكن مسحه بسهولة بواسطة الماسحات الضوئية المصرفية أو أجهزة الصراف الآلي.

- الرفع المغناطيسي

في الرفع المغناطيسي أو النقل المغناطيسي، تُستخدم المغناطيسية لرفع المركبات أو القطارات في الهواء. ويستلزم ذلك وجود مغناطيسات عالية الطاقة قادرة على دعم ودفع الأجسام الثقيلة مثل القطارات. وقد أدى استخدام ماجليف إلى تسهيل عملية النقل إلى حد كبير.

- التخزين المغناطيسي

أثبتت المغناطيسية أيضًا أنها تقنية مفيدة للغاية عندما يتعلق الأمر بالتخزين. تستخدم محركات الأقراص الصلبة الآن أشرطة مغناطيسية لحفظ البيانات، وتستخدم منافذ القراءة المجالات المغناطيسية لقراءة البيانات المحفوظة.

- الفصل المغناطيسي

الفصل المغناطيسي هو أحد التطبيقات الرئيسية للمغناطيسية. تُستخدم المغناطيسية القوية للغاية لفصل الأجسام المتميزة عن غيرها بناءً على تقاربها المغناطيسي. على سبيل المثال، تُستخدم المغناطيسية على نطاق واسع في صناعات التعدين لفصل المعادن الثمينة عن الأجسام الأخرى.

خاتمة

كما ترى، تلعب المغناطيسية دورًا مهمًا في التطبيقات الصناعية والمنزلية الحديثة. هناك أنواع مختلفة من المغناطيسات لتلبية متطلبات التطبيقات الفريدة.

لجميع مغناطيساتك اتصل بنا الآن.