لقد لعبنا جميعًا بالمغناطيس من وقت لآخر. فيما يلي محاولة لشرح الأساسيات وراء الأعمال الداخلية السرية للمغناطيس الغامض.
المغناطيس هو أي مادة أو جسم ينتج مجالًا مغناطيسيًا. هذا المجال المغناطيسي مسؤول عن خاصية المغناطيس: قوة تسحب مواد مغناطيسية أخرى وتجذب أو تطرد مغناطيسات أخرى. المغناطيس الدائم هو جسم مصنوع من مادة ممغنطة ويخلق مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا خاصًا به. المواد التي يمكن مغنطة ، والتي تنجذب بقوة إلى المغناطيس ، تسمى المغناطيسية الحديدية. على الرغم من أن المواد المغناطيسية المغناطيسية هي الوحيدة التي تنجذب إلى مغناطيس بقوة كافية ليتم اعتبارها مغناطيسية بشكل عام ، فإن جميع المواد الأخرى تستجيب بشكل ضعيف للمجال المغناطيسي.
تشمل بعض الحقائق حول المغناطيس:
- يشير القطب الشمالي للمغناطيس إلى القطب الشمالي المغنطيسي الأرضي (القطب المغناطيسي الجنوبي) الموجود في كندا فوق الدائرة القطبية الشمالية.
- أقطاب الشمال صد القطبين الشماليين
- أقطاب الجنوب صد القطب الجنوبي
- أقطاب الشمال تجذب أقطاب الجنوب
- أقطاب الجنوب يجذب أقطاب الشمال
- تختلف قوة الجذب أو التنافر عكسيًا مع المسافة المربعة
- تختلف قوة المغناطيس في مواقع مختلفة على المغناطيس
- المغناطيس أقوى في القطبين
- تجذب المغناطيس بقوة الفولاذ والحديد والنيكل والكوبالت والجادولينيوم
- تجذب المغناطيسات قليلاً الأكسجين السائل والمواد الأخرى
- مغناطيسات صد الماء والكربون والبورون قليلا
تنقسم آليات كيفية عمل المغناطيس حقًا إلى المستوى الذري. عندما يتدفق التيار في سلك يتم إنشاء مجال مغناطيسي حول السلك. التيار هو ببساطة مجموعة من الإلكترونات المتحركة ، والإلكترونات المتحركة تشكل مجالًا مغناطيسيًا. هذه هي الطريقة التي تصنع بها المغناطيسات الكهربائية للعمل.
توجد إلكترونات حول نواة الذرة. اعتاد العلماء على الاعتقاد بأن لديهم مدارات دائرية ، لكنهم اكتشفوا أن الأشياء أكثر تعقيدًا. في الواقع ، تأخذ أنماط الإلكترون في أحد هذه المدارات في الاعتبار معادلات موجات شرودنغر. تحتل الإلكترونات بعض الأصداف التي تحيط بنواة الذرة. تم إعطاء هذه القذائف أسماء حروف K ، L ، M ، N ، O ، P ، Q. كما تم إعطاؤهم أسماء عدد ، مثل 1،2،3،4،5،6،7 (فكر في ميكانيكا الكم). داخل القشرة ، قد يكون هناك قذائف فرعية أو مدارات ، مع أسماء حروف مثل s ، p ، d ، f. بعض هذه المدارات تبدو مثل المجالات ، وبعضها مثل الساعة الرملية ، وبعضها الآخر مثل الخرز. تحتوي القشرة K على مدار s يسمى مدار 1s. يحتوي الغلاف L على مدار s و p يسمى مدار 2s و 2 p. تحتوي القشرة M على مدار s و p و d يسمى مدار 3s و 3 p و 3 d. تحتوي القذائف N و O و P و Q على مدارات s و p و d و f تسمى 4s و 4 p و 4 d و 4f و 5 s و 5 p و 5 d و 5 f و 6s و 6 p و 6 d و 6 f و 7 s و 7 p ، 7d و 7 f المداري. تحتوي هذه المدارات أيضًا على مدارات فرعية مختلفة. يمكن لكل منها أن يحتوي فقط على عدد معين من الإلكترونات. يمكن لإلكترونين كحد أقصى أن يشغلا مدارًا فرعيًا تدور فيه إحداهما تدور ، والأخرى بها دوران لأسفل. لا يمكن أن يكون هناك إلكترونان يدوران في نفس المدار الفرعي (مبدأ استبعاد باولي). أيضًا ، عندما يكون لديك زوج من الإلكترونات في المدار الفرعي ، ستلغي حقولها المغناطيسية المدمجة بعضها البعض. إذا كنت مرتبكًا ، فأنت لست وحدك. يضيع الكثير من الناس هنا ويتساءلون فقط عن المغناطيس بدلاً من البحث الإضافي.
عندما تنظر إلى المعادن المغناطيسية ، من الصعب معرفة سبب اختلافها عن العناصر المجاورة لها في الجدول الدوري. من المقبول عمومًا أن العناصر المغناطيسية لها لحظات مغناطيسية كبيرة بسبب الإلكترونات غير المقترنة في مداراتها الخارجية. يُعتقد أيضًا أن دوران الإلكترون يخلق مجالًا مغناطيسيًا دقيقًا. هذه الحقول لها تأثير مركب ، لذلك عندما تحصل على مجموعة من هذه الحقول معًا ، فإنها تضيف إلى حقول أكبر.
لإنهاء الأمور حول "كيف يعمل المغناطيس؟" ، تميل ذرات المواد المغناطيسية إلى أن يكون لها مجال مغناطيسي خاص بها تم إنشاؤه بواسطة الإلكترونات التي تدور حولها. تميل مجموعات صغيرة من الذرات إلى توجيه نفسها في نفس الاتجاه. كل من هذه المجموعات تسمى المجال المغناطيسي. كل مجال له القطب الشمالي والقطب الجنوبي الخاص به. عندما لا يتم ممغنطة قطعة من الحديد ، لن تشير المجالات في نفس الاتجاه ، ولكنها ستشير في اتجاهات عشوائية إلى إلغاء بعضها البعض ومنع المكواة من الحصول على قطب شمالي أو جنوبي أو مغناطيس. إذا أدخلت التيار (المجال المغناطيسي) ، فستبدأ المجالات بالتوافق مع المجال المغناطيسي الخارجي. كلما تم تطبيق أحدث ، زاد عدد المجالات المحاذاة. عندما يصبح المجال المغناطيسي الخارجي أقوى ، سيصطف معه المزيد والمزيد من المجالات. ستكون هناك نقطة يتم فيها محاذاة جميع المجالات داخل الحديد مع المجال المغناطيسي الخارجي (التشبع) ، بغض النظر عن مدى قوة المجال المغناطيسي. بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي ، ستعود المواد المغناطيسية اللينة إلى المجالات الموجهة عشوائيًا ؛ ومع ذلك ، فإن المواد المغناطيسية الصلبة ستحافظ على محاذاة معظم نطاقاتها ، مما يخلق مغناطيسًا دائمًا قويًا. لذا ، يوجد لديك.
لقد كتبنا العديد من المقالات حول مغناطيس لمجلة الفضاء. إليك مقالة حول مغناطيسات الشريط ، وإليك مقال حول مغناطيسات فائقة.
إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات حول المغناطيس ، فراجع بعض التجارب الرائعة مع المغناطيس ، وهنا رابط لمقال عن المغناطيس الفائق من Wise Geek.
لقد سجلنا أيضًا حلقة كاملة من علم الفلك المصبوب حول المغناطيسية. استمع هنا ، الحلقة 42: المغناطيسية في كل مكان.
مصادر:
الحكيم المهوس
ويكيبيديا: المغناطيس
ويكيبيديا: المغناطيسية الحديدية
