مغناطيس

المغناطيس هو مادة تولّد حقلاً مغناطيسيّاً، وتجذب المواد الممغنطة إليها.

التاريخ

خصص البيروني في كتابه الجماهر في معرفة الجواهر فصلاً عن المغناطيس، وأشار إلى الصفة المشتركة بين المغناطيس، والعنبر (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 جبالاً من حجر المغناطيس مغمورة في مياه بحر الصين كانت تنتزع مسامير الحديد من أجسام السفن فتتفكك وتغرق في الماء.

حبيبات المغناطيسية

تتسم المواد المغناطيسية ومن ضمنها المواد الفريمغناطيسية بأن ذراتها نفسها مغناطيسية، وذلك بسبب العزم المغزلي للإكترون الذي يكون مصحوبا بعزم مغناطيسي، أي أن الإلكترون يعتبر مغناطيسا صغيرا. ومن خصائص مواد المغناطيسية الحديدية بالذات، مثل الحديد والكوبلت والنيكل فإن الإلكترونات التي تشغل المدار 3d في 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 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 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 المغناطيسية المسايرة ولكن هذه أضعف نحو 1000 مرة من المغناطيسية الحديدية.

تطبيقات المغناطيس

يعتبر المغناطيس من أهم المواد الموجودة لنا في عصرنا الحالي وهو من أهم الاختراعات التي ظهرت في مجال الفيزياء فمنذ بداية اكتشاف حجر المغناطيس في مدينة مغنيسيا في تركيا والفكر البشري يحاول أن يجد استخدامات واستعمالات لهذا الحجر الجاذب للمعادن فمع بداية التطور صنع واخترع المغناطيس الصناعي كما نراه اليوم وتم الاستفادة منه بشكل مذهل ومدهش خاصة في مجال المواصلات (القطارات الكهربائية السريعة والحافلات الكهربائية) وتخزين المعلومات في الحاسوب وأجهزة تسجيل الصورة وتسجيل لصوت مثل القرص الصلب والكاسيت وغيرها في الأجهزة التي يستخدمها الفيزيائيون في تجاربهم مثل معجلات الجسيمات، مثل مصادم الهدرونات الكبير وفيرميلاب.

استخدامات المغناطيس

1. توليد التيار الكهربائي ويعتبر هذا الاستخدام أهم استخدام للمغناطيس في عصرنا الحالي لكونه ينتج مصدر للطاقة الأهم للعالم وطريقة توليد المغناطيس للكهرباء اكتشفت على اليد العالم فاراداي حيث قام بتدوير مغناطيس ذو قطبين حول ملف فيقوم المغناطيس بتوليد مجال مغناطيسي فيتحول إلى تيار كهربائي يسير في السلك وهذه العملية هي عكس عملية إنتاج الطاقة الحركية من خلال تمرير تيار كهربائي حول مغناطيس لتوليد مجال مغناطيسي معاكس للمغناطيس ليقوم بتدويره
2. القطارات المغناطيسية ويعتبر هذا الاستخدام من عجائب الفيزياء التي كان يحلم بها الكثير من المخترعين والفيزيائيين وهو جعل جسم ضخم كالقطار يطفو فوق الهواء ولكن المغناطيس ليس العامل الوحيد في هذه العملية بل تستخدم مواد فائقة التوصيل للتيار الكهربائي لا تكون أي مقاومة للتيار الكهربائي ولكي تكون مقاومة هذه المواد للتيار الكهربائي صفر لابد من تخفيض درجة حرارتها إلى نسب منخفضة جدا ومع جميع المحاولات من المخترعين في عصرنا الحاضر إلا أن أكبر درجة حرارة يسهل توفيرها تقوم بها المواد الفائقة التوصيل بوظيفتها هي 70 كلفن تقريبا ولكي نصل إلى هذه الدرجة لابد من غمر المواد الفائقة التوصيل بالنيتروجين السائل والذي يعد متوفر بشكل كبير ذو تكلفة معقولة نسبيا حسب تكلفة غيره من المواد مثل الهيليوم السائل والذي يعتبر مكلف جدا وعندما تنخفض درجة حرارة تلك المواد تقوم بعكس المجال المغناطيسي القادم من قطب المغناطيس إلى قطبة الآخر بحيث يكون المغناطيس معلقاً وطافيا في الهواء بنفس الوقت ومن ثم يطفو القطار في الهواء ويتحرك بسرعة عالية جدا لعدم وجود احتكاك بين القطار والسكة
3. استخدامات طبية ويستخدم المغناطيس بكثرة في هذا المجال ومن أهم استعمالاته في هذا المجال هو جهاز الرنين المغناطيسي والذي يعد ثورة في مجال الطب ويعد من أهم الابتكارات المساعدة لعلم الطب في كشف الأورام والأمراض وغيرها من الأجسام المضرة في البدن.
4. في أجهزة التسجيل المنزلية، مثل الحاسوب وأجهزة الأقراص المرنة والأقراص الصلبة والكاسيت ومكبرات الصوت الكهربائية .