أنواع المغناطيس
المغناطيس هو جسم قادر على إنشاء مجال مغناطيسي وقوة جذب، ويتكون بشكل أساسي من أقطاب كهربائية أو مغناطيسية. تتواجد هذه الأقطاب عادةً على هيئة أزواج (موجب وسالب)، وعندما يكون المغناطيس معلقًا بحرية في الغلاف الجوي، فإنه يتجه دائمًا نحو الشمال والجنوب. يُطلق على القطب الذي يشير إلى الشمال الجغرافي اسم القطب الشمالي، بينما يطلق على القطب الذي يشير إلى الجنوب الجغرافي اسم القطب الجنوبي. كلما كانت المسافة بين مغناطيسين أقصر، زادت قوة الجذب بينهما عندما تتواجه الأقطاب المختلفة. توجد ثلاثة أنواع رئيسية من المغناطيس في الطبيعة: المغناطيس الدائم، والمغناطيس المؤقت، والمغناطيس الكهربائي.
المغناطيس الدائم
يعتمد المغناطيس الدائم على بنيته الداخلية لتوليد مجال مغناطيسي ذاتي. يتكون من ذرات وبلورات تحتوي على إلكترونات ونوى ذرية، حيث يتسبب دوران الإلكترونات حول النواة في توليد مجال مغناطيسي. يعتمد المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم على مجموع دوران الإلكترونات والبروتونات. لكن توجد بعض المواد، مثل الحديد والكوبالت والنيكل، المعروفة بالمغناطيسات الحديدية، حيث تتجه جميع الإلكترونات فيها بنفس الاتجاه، مما يجعلها مغناطيسية. يصل أقوى مجال مغناطيسي للمغناطيس الدائم إلى حوالي 8000 غاوس، ومن الممكن أن تتطور بعض الأنواع صناعيًا لتصل قوتها إلى حوالي 450000 غاوس. هناك أربعة أنواع رئيسية من المغناطيس الدائم:
- السيراميك أو الفريت (Ferrite).
- مغناطيس ألنيكو (Alnico).
- مغناطيس النيوديميوم (NIB).
- مغناطيس السماريوم والكوبالت (SmCo).
المغناطيس المؤقت
يمكن للمغناطيس المؤقت الاحتفاظ بمجاله المغناطيسي لفترة قصيرة مقارنة بالمغناطيس الدائم. المواد المستخدمة في تصنيع هذا النوع تتمتع بخصائص جذب منخفضة، ولا تتأثر بقوة التدفق الكهرومغناطيسي كما هو الحال في المغناطيسات الدائمة. يُعتبر الفولاذ والحديد المُلدن من أبرز المواد المستخدمة في صناعة المغناطيس المؤقت. يمكن تشكيل المغناطيس المؤقت عن طريق توجيه الإلكترونات فيه، وأحد أسهل الطرق هو تقريب الجسم من مغناطيس دائم ليصبح مغناطيسًا مؤقتًا. هناك نوعان رئيسيان من المغناطيس المؤقت:
- المغناطيس المؤقت الشائع: وهو سهل الاستخدام ولا يظهر تأثيره إلا عند تقريبه من المغناطيس الدائم، مثل المسامير ومشابك الورق.
- المغناطيس الكهربائي المؤقت: يحتفظ بقوته المغناطيسية فقط عند مرور تيار كهربائي فيه، ويستخدم في التطبيقات مثل أجراس الأبواب والمحركات.
المغناطيس الكهربائي
يتكون المغناطيس الكهربائي من أسلاك لولبية ملفوفة حول لب معدني يتواجد فيه تيار كهربائي. عندما يمر هذا التيار، تنشئ الإلكترونات مجالًا مغناطيسيًا. يمكن التحكم في قوة هذا المجال عبر التحكم في التيار المار. وبتوقف التيار الكهربائي، يفقد المغناطيس الكهربائي قدرته على العمل. يُستخدم هذا النوع من المغناطيس في العديد من الأجهزة الكهربائية والإلكترونية التي تحتاج إلى مجال مغناطيسي مؤقت.
تاريخ اكتشاف المغناطيس
يتكون المغناطيس طبيعيًا من الأكسجين والحديد أو هيدروكسيد الحديد نتيجة النشاط البركاني، وقد تم اكتشافه علميًا لأول مرة في عام 1845. يقوم الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي بدراسة حجر المغناطيس في القرن السادس قبل الميلاد، إذ تم تسميته بالمغناطيس نسبة إلى كلمة يونانية قديمة تعني “حجر ماغنيس”. استخدم المغناطيس في عمل أول بوصلة تشير إلى الجنوب في الصين قبل ظهور المسيحية، وكانت هذه البوصلة مصنوعة من حجر مغناطيسي مُعلق. وقد أجرى الأوروبيون تحسينات على هذه البوصلة في القرن الثاني عشر الميلادي لتشير إلى الشمال.
كما تم اكتشاف الأقطاب المغناطيسية لأول مرة على يد العالم الفرنسي ماريكورت عام 1269، وأوضح أن الأقطاب المغناطيسية تتنافر بينما تتجاذب الأقطاب المختلفة. العالم ويليام جيلبرت أسهم أيضًا في هذا المجال من خلال دراساته المتميزة حول المغناطيس ودوره في مغنطة الأرض. وفي عام 1600، أصدر استنتاجه الشهير بأن الأرض تعتبر مغناطيسًا عملاقًا بقطبين.
كان العالِم جيمس كلارك ماكسويل هو الأول الذي وضع العلاقة بين المغناطيس والكهرباء في معادلات مرتبطة. في عام 1826، نجح العالم الإنجليزي ويليام ستورجون في اختراع أول مغناطيس كهربائي، والذي يكون من ملف سلكي حول قلب حديدي ليشكل مجالًا مغناطيسيًا. كما كتب ماكسويل عن تذبذبات المجالات المغناطيسية والكهربائية التي تتحرك عبر الفراغ.
الخلاصة
المغناطيس هو جسم يولد قوى جذب عبر حركة الإلكترونات ضمن النوى، ويتواجد بأشكال مختلفة مثل الدائم والمؤقت والمغناطيس الكهربائي. تلعب المغانط دورًا حيويًا في حياتنا اليومية، إذ تستخدم في التطبيقات الطبية، والهندسية، والأجهزة المنزلية، والحواسيب، وغيرها من الاستخدامات المفيدة.