|
|
|
'''المغناطيس''' {{إنج|Magnet}} هو أي مادة تستطيع أن تولد [[حقل مغناطيسي]]، وتجذب بالتالي المواد الممغنطة إليها. |
|
'''المغناطيس''' {{إنج|Magnet}} هو أي مادة تستطيع أن تولد [[حقل مغناطيسي]]، وتجذب بالتالي المواد الممغنطة إليها. |
|
|
|
|
|
== التاريخ == |
|
== التاريخ == |
|
خصص [[البيروني]] في كتابه [[الجماهر في معرفة الجواهر]] فصلا عن المغناطيس، وأشار إلى الصفة المشتركة بين المغناطيس، و[[العنبر]] (الكهرباء) وهي جذبهما للأشياء، وبين أن المغناطيس يتفوق على العنبر في هذه الصفة، وأشار البيروني إلى أن أكثر خامات المغناطيس موجودة في بلاد [[الأناضول]] وكانت تصنع منها المسامير التي تستخدم في صناعة السفن في تلك البلاد، أما [[الصينيون]] فكانوا يصنعون سفنهم بضم وربط ألواح أخشاب [[الزيتون]] إلى بعضها بحبال من ألياف النباتات، ذلك أن هناك جبالا من [[حجر المغناطيس]] مغمورة في مياه [[بحر الصين]] كانت تنتزع مسامير الحديد من أجسام السفن فتتفكك وتغرق في الماء. |
|
|
|
|
|
== مواد مغناطيسية == |
|
|
|
|
|
المغناطيس الذاتي هو قطعة من المادة قابلة للمغنطة وينتج بذاته مجالا مغناطيسيا. ومن امثلة تلك المغناطيسات الذاتية المغناطيسات التي نجمل بها أبواب الثلاجة في المنزل أو التي نثبت به أوراقا على لوحات حديدية في المدرسة. وتسمى المواد القابلة للمغنطة، وهي المواد التي تنجذب بشدة أيضا إلى مغناطيس ذاتي، تسمى مواد ذات [[مغناطيسية حديدية]] أو ذات [[فريمغناطيسية]]. من تلك المواد نجد [[الحديد]] و[[الكوبلت]] و[[النيكل]] وبعض السبائك المحتوية على عناصر أرضية نادرة. وبينما المواد ذات المغناطيسية الحديدية (والفريمغناطيسية) هي المواد التي تنجذب بشدة إلى مغناطيس ذاتي وتعتبر مواد مغناطيسية إلا أن المواد الأخرى تتأثر ضعيفا بمجال مغناطيسي بطريقة ما، وتتصف بنوع آخر من صفات [[مغناطيسية|المغناطيسية]]. |
|
|
|
|
|
وتصنع المغناطيسات الذاتية من مادة مغناطيسية حديدية شديدة "الصلابة " عن طريق معاملتها في مجال مغناطيسي شديد بحيث يوجه حبيباتها البلورية المغناطيسية في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي. ويصعب ضياع مغناطيسيتها بسبب صلادتها (ليست مطاوعة). ومن أجل إزالة مغناطيسية مغناطيس فلا بد من تسليط مجال مغناطيسي عكسي عليه بشدة معينة تعتمد على ما يسمى [[مقاومة مغناطيسية]] للمادة. وتتميز المواد المغناطيسية الصلدة بمقاومة مغناطيسية عالية بينما تتصف المواد المطاوعة مغناطيسيا بمقاومة مغناطيسية منخفضة. |
|
|
|
|
|
* ترجع ظاهرة المغناطيسية في المواد إلى [[الإلكترون]] الذي يشكل [[غلاف إلكتروني|الأغلفة الذرية]] للعناصر والذي هو ذاته يعتبر مغناطيسا صغيرا، حيث له [[عزم مغناطيسي]] ناتج عن [[عزم مغزلي|عزمة المغزلي]] (انظر [[مغنطون بور]]). |
|
|
|
|
|
== خصائص المغناطيس == |
|
|
[[ملف:The Effects of Magnetism.JPG|thumb|175px|left|مغناطيس يجذب مغناطيس آخر. تتجاذب الأقطاب المتضادة وتتنافر الأقطاب المتماثلة.]] |
|
[[ملف:The Effects of Magnetism.JPG|thumb|175px|left|مغناطيس يجذب مغناطيس آخر. تتجاذب الأقطاب المتضادة وتتنافر الأقطاب المتماثلة.]] |
|
|
|
|
|
|
|
{{مفصلة|عزم مغناطيسي}} |
|
{{مفصلة|عزم مغناطيسي}} |
|
|
|
|
|
|
* |
|
يسمى العزم المغناطيسي أحيانا عزم ثنائي الأقطاب ويرمز له عادة بالرمز - μ - وهو كمية متجهة وهي تصف الخواص العامة للمغناطيس. وبالنسبة الى قضيب مغناطيسي فإن اتجاه عزمه المغناطيسي يمر من قطبه الجنوبي إلى قطبه الشمالي. إلى الآخر. |
|
|
<ref>Knight, Jones, & Field, "College Physics" (2007) p. 815</ref> |
|
|
وتعتمد شدته على قوة القطبين وعلى بعد القطبين عن بعضهما البعض. |
|
|
|
|
|
|
⚫ |
|
|
وتقاس وحدة العزم المغناطيسي بوحدة [[أمبير]].[[متر]] مربع، طبقا ل[[نظام الوحدات الدولي]]. |
|
|
|
|
|
وينشيء المغناطيس مجاله المغناطيسي حوله كما أنه يتأثر ويتعامل مع مجال مغناطيسي خارجي. ويعتمد قوة المجال المغناطيسي الذي ينتجه عند نقطة معينة على شدة عزمه المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك فعندما يوضع المعغناطيسي في مجال مغناطيسي خارجي آهيا من مغناطيس آخر أو من مصدر آخر فإنه يتأثر بقوة [[عزم دوران]] تحاول توجيهه في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي. ويتناسب عزم الدوران مع العزم المغناطيسي كما يتناسب مع شدة المجال الخارجي. |
|
|
|
|
|
[[ملف:VFPt Solenoid correct2.svg|thumb|مجال مغناطيسي ناشيء عن مرور تيار منتظم في ملف سلكي. هذا النظام يعادل مجال القضيب المغناطيسي. (يبين الشكل مقطعا للولب، وتعلم علامات + اتجاه دخول التيار في الصفحة وتميز النقط اتجاه خروج التيار من الصفحة).]] |
|
|
|
|
|
وقد يقع المغناطيس تحت تأثير قوة تحرفه إلى اتجاه معين أو آخر بحسب مكانه واتجاهه بالنسبة للمجال الخارجي. فإذا كان المجال المغناطيسي الخارجي منتظما فإن المغناطيس لا يعاني من قوة شد، وإنما يعاني فقط من عزم الدوران. (أي أن إبرة البوصلة تتخذ اتجاه المجال المعناطيسي للأرض، ولا تنتقل الإبرة (أو البوصلة) من مكانها). |
|
|
|
|
|
وإذا قمنا بتشكيل سلك في هيئة حلقة مساحتها ''A'' ومررنا في السلك [[تيار كهربائي]] I تولد مجال مغناطيسي في الحلقة، وتصبح الحلقة ذات عزم مغناطيسي مقداره ''I.A '' ويكون عموديا على الحلقة ومارا (بصفة أساسية) بمركزها (كما تُنشيء الحلقة مجالا مغناطيسيا حولها.) |
|
|
|
|
|
* بدراسة [[الجسيمات الأولية]] مثل [[الإلكترون]] و[[البروتون]] و[[النيوترون]] اتضح أن لكل منهم عزما مغناطيسيا. ويختلف العزم المغناطيسي لكل جسيم عن الآخر (انظر [[مغنطون بور]]). يرجع العزم المغناطيسي - على سبيل المثال - للإلكترون إلى [[عزم مغزلي|عزمه المغزلي]] حيث يدور الإلكترون دائما حول محوره. |
|
|
|
|
⚫ |
|
|
|
{{مفصلة|مغناطيسية}} |
|
{{مفصلة|مغناطيسية}} |
|
|
|
|
|
تقاس مغناطيسية مادة ممغنطة بقيمة العزم المغناطيسي في المتر المكعب فيها ويرمز لها عادة بالرمز |
|
تقاس مغناطيسية مادة ممغنطة بقيمة العزم المغناطيسي في المتر المكعب فيها ويرمز لها عادة بالرمز |
|
'''M'''، ووحدتها [[أمبير]]/[[متر]]. والمغناطيسية هي مجال متجه، ويمكن مغنطة مادة مغناطيسية في أماكنها المختلفة باتجاه مختلف للمغناطيسية (مثل الحبيبات المغناطيسية في الحديد). ويعتبر مغناطيس تبلغ عزمه المغناطيسي 1و0 أمبير·متر<sup>2</sup> وحجمه 1 سنتيمتر مكعب (1×10<sup>−6</sup> متر<sup>3</sup>) مغناطيسا جيدا، وبذلك تكون شدة مغناطيسيته نحو 100.000 أمبير/متر. |
|
'''M'''، ووحدتها [[أمبير]]/[[متر]]. والمغناطيسية هي مجال متجه، ويمكن مغنطة مادة مغناطيسية في أماكنها المختلفة باتجاه مختلف للمغناطيسية (مثل الحبيبات المغناطيسية في الحديد). ويعتبر مغناطيس تبلغ عزمه المغناطيسي 1و0 أمبير·متر<sup>2</sup> وحجمه 1 سنتيمتر مكعب (1×10<sup>−6</sup> متر<sup>3</sup>) مغناطيسا جيدا، وبذلك تكون شدة مغناطيسيته نحو 100.000 أمبير/متر. |
|
|
|
|
ويتميز [[الحديد]] بمغناطيسية عالية حيث يمكن أن تبلغ مغناطيسيته 1.000.000 أمبير/متر. وهذا يفسر لماذا يستخدم الحديد أساسيا في إنتاج حقول مغناطيسية شديدة. |
|
|
|
|
|
|
يتلو الحديد في شدة مغناطيسيته [[الكوبلت]] و[[النيكل]] وتسمى تلك المواد موادَّ ذات [[مغناطيسية حديدية]]، ونجد تلك الثلاثة [[عناصر]] متجاورة في [[الجدول الدوري]] للعناصر، حيث يتشابه فيهم الغلاف الإلكتروني [[ذرة|لذراتهم]] ([[عدد ذري|أعدادهم الذرية]] 26 و 27 و 28 على التوالي). |
|
يتلو الحديد في شدة مغناطيسيته [[الكوبلت]] و[[النيكل]] وتسمى تلك المواد موادَّ ذات [[مغناطيسية حديدية]]، ونجد تلك الثلاثة [[عناصر]] متجاورة في [[الجدول الدوري]] للعناصر، حيث يتشابه فيهم الغلاف الإلكتروني [[ذرة|لذراتهم]] ([[عدد ذري|أعدادهم الذرية]] 26 و 27 و 28 على التوالي). |
|
|
|
[[ملف:NdFeB-Domains.jpg|thumb |200px |left|الحبيبات المغناطيسية في سبيكة حديد نيوديم وبور وتتصف بالمغناطيسية الحديدية. (مقطع الحبيبة نحو 10 [[ميكرومتر]]).]] |
|
[[ملف:NdFeB-Domains.jpg|thumb |200px |left|الحبيبات المغناطيسية في سبيكة حديد نيوديم وبور وتتصف بالمغناطيسية الحديدية. (مقطع الحبيبة نحو 10 [[ميكرومتر]]).]] |
|
|
|
|
|
تتسم المواد المغناطيسية ومن ضمنها المواد الفريمغناطيسية بأن ذراتها نفسها مغناطيسية، وذلك بسبب [[عزم مغزلي|العزم المغزلي]] للإكترون الذي يكون مصحوبا [[عزم مغناطيسي|بعزم مغناطيسي]]، أي أن الإلكترون يعتبر مغناطيسا صغيرا. ومن خصائص مواد المغناطيسية الحديدية بالذات، مثل [[الحديد]] و[[الكوبلت]] و[[النيكل]] فإن الإلكترونات التي تشغل المدار 3d في [[ذرة|ذراتها]] تأخذ نفس الاتجاه وبذلك تصبح ذرة الحديد وذرة الكوبلت وذرة النيكل ذات عزم مغناطيسي متميز كبير. وتتأثر الذرات المتجاورة في المادة بالمجال المغناطيسي لبعضها البعض، وتتخذ نفس الاتجاه مكونة حبيبة مغناطيسية. بتكوّن "حبيبات " مغناطيسية - تشمل عدة ملايين من الذرات في المادة (يبلغ مقطع الحبيبة نحو 10 [[ميكرومتر]]، انظر الصورة) - ولكن اتجاه مغناطيسية الحبيبات يكون موزعا عشوائيا بحيث تكون محصلتها المغناطيسية صفرا. وعند وضعها في مجال مغناطيسي فإن تلك الحبيبات تميل إلى اتخاذ اتجاه [[مجال مغناطيسي|المجال المغناطيسي]] الخارجي فتزيد مغناطيسية العينة. وبزيادة شدة المجال المغناطيسي الخارجي تزداد عدد الحبيبات التي توجه نفسها في اتجاه المجال الخارجي وتزيد مغناطيسية العينة. فإذا زادت شدة المجال المغناطيسي المطبق عليها من الخارج زيادة كبيرة، نجد أن مغناطيسية المادة تصل إلى حد '''[[تشبع مغناطيسي|التشبع المغناطيسي]] ''' حيث تكون جميع مغناطيسيات الحبيبات قد اتخذت اتجاها موازيا للمجال المغناطيسي الخارجي. والحد الأعلى للتشبع المغناطيسي هو من خواص بعض المواد ويختلف من مادة لمادة (ويختلف أيضا للحديد والكوبلت والنيكل). |
|
تتسم المواد المغناطيسية ومن ضمنها المواد الفريمغناطيسية بأن ذراتها نفسها مغناطيسية، وذلك بسبب [[عزم مغزلي|العزم المغزلي]] للإكترون الذي يكون مصحوبا<nowiki/>[[عزم مغناطيسي|بعزم مغناطيسي]]، أي أن الإلكترون يعتبر مغناطيسا صغيرا. ومن خصائص مواد المغناطيسية الحديدية بالذات، مثل [[الحديد]] و[[الكوبلت]] و[[النيكل]] فإن الإلكترونات التي تشغل المدار 3d في [[ذرة|ذراتها]] تأخذ نفس الاتجاه وبذلك تصبح ذرة الحديد وذرة الكوبلت وذرة النيكل ذات عزم مغناطيسي متميز كبير. وتتأثر الذرات المتجاورة في المادة بالمجال المغناطيسي لبعضها البعض، وتتخذ نفس الاتجاه مكونة حبيبة مغناطيسية. بتكوّن "حبيبات " مغناطيسية - تشمل عدة ملايين من الذرات في المادة (يبلغ مقطع الحبيبة نحو 10 [[ميكرومتر]]، انظر الصورة) - ولكن اتجاه مغناطيسية الحبيبات يكون موزعا عشوائيا بحيث تكون محصلتها المغناطيسية صفرا. وعند وضعها في مجال مغناطيسي فإن تلك الحبيبات تميل إلى اتخاذ اتجاه [[مجال مغناطيسي|المجال المغناطيسي]] الخارجي فتزيد مغناطيسية العينة. وبزيادة شدة المجال المغناطيسي الخارجي تزداد عدد الحبيبات التي توجه نفسها في اتجاه المجال الخارجي وتزيد مغناطيسية العينة. فإذا زادت شدة المجال المغناطيسي المطبق عليها من الخارج زيادة كبيرة، نجد أن مغناطيسية المادة تصل إلى حد '''[[تشبع مغناطيسي|التشبع المغناطيسي]] ''' حيث تكون جميع مغناطيسيات الحبيبات قد اتخذت اتجاها موازيا للمجال المغناطيسي الخارجي. والحد الأعلى للتشبع المغناطيسي هو من خواص بعض المواد ويختلف من مادة لمادة (ويختلف أيضا للحديد والكوبلت والنيكل). |
|
|
|
|
|
عند وصول المادة المغناطيسية الحديدية إلى حد '''التشبع''' يستمر تزايد المغناطيسية فيها ضعيفا عن طريق [[مغناطيسية مسايرة|المغناطيسية المسايرة]] ولكن هذه أضعف نحو 1000 مرة من المغناطيسية الحديدية. |
|
عند وصول المادة المغناطيسية الحديدية إلى حد '''التشبع''' يستمر تزايد المغناطيسية فيها ضعيفا عن طريق [[مغناطيسية مسايرة|المغناطيسية المسايرة]] ولكن هذه أضعف نحو 1000 مرة من المغناطيسية الحديدية. |