مغناطيس
المغنطيس والمغنطيسية Magnet المغنطيسية هي القوة التي تؤثر بها التيارات الكهربائية على التيارات الكهربائية الأخرى. ويمكن توليد المغنطيسية بتحريك الإلكترونات في ذرات مواد معينة تسمى المغانط، ويسمى الواحد منها المغنطيس. ويمكن إنتاج المغنطيسية أيضًا بنقل التيار الكهربائي العادي عبر ملف سلكي يسمى المغنطيس الكهربائي. وقد تسبب القوة المغنطيسية الانجذاب أو التنافر، أي بإمكان القوة المغنطيسية جذب المغانط الأخرى، بعضها إلى بعض، أو جعلها تتنافر، بعضها عن بعض.
وللمغانط أشكال متعددة، أكثرها شيوعًا القضبان والأقراص السميكة والمربعات والمستطيلات. فمغنطيس حدوةالحصان مثلاً، مغنطيس قضيبي مثني في شكل قوس.
وللمغانط استخدامات متنوعة عديدة، فبعضها تُلصق بفلزات معينة، مما يجعلها مفيدة في صنع أدوات الربط والمزالج. ويتطلب تشغيل الأدوات والأجهزة والقطارات، التي تعمل بالكهرباء، استخدام المغانط، حيث تتكون كل المحركات الكهربائية أساسًا من موصل كهربائي دوار، موضوع بين قطبي مغنطيس ثابت. وتستخدم مغانط ضخمة في تحريك الخُرد الحديدية والفولاذية. وتخزن مغانط صغيرة الأصوات والصور على الشرائط السمعية والبصرية. وتساعد مغانط في الهواتف والراديوهات وأجهزة التلفاز في تغيير النبضات الكهربائية إلى أصوات. ويستخدم العلماء مغانط قوية للاحتفاظ بالغازات في بحوث الطاقة النووية.
المغناطيس الدائم: هو جسم مصنوع من مادة ممغنطة وتخلق مجالها المغناطيسي المستمر. ومن أمثلتها اليومية مغناطيس الثلاجة المستخدم لحفظ الملاحظات على باب الثلاجة. المواد التي يمكن أن تكون ممغنطة، والتي هي أيضًا تلك التي تنجذب بقوة إلى المغناطيس، تسمى المواد المغناطيسية (أو المغناطيسية الحديدية). وتشمل هذه العناصر الحديد والنيكل والكوبالت وسبائكها، وبعض السبائك من معادن الأرض النادرة، وبعض المعادن التي تحدث بشكل طبيعي مثل الحجر الجيري. على الرغم من أن المواد المغناطيسية هي المواد الوحيدة التي تنجذب إلى المغناطيس بقوة كافية ليتم اعتبارها مغناطيسية بشكل عام، فإن جميع المواد الأخرى تستجيب بشكل ضعيف للمجال المغناطيسي، من خلال واحد من عدة أنواع أخرى من المغناطيسية.
وبعض الأحجار والمعادن والنيازك مغانط طبيعية. والأرض نفسها مغنطيس عملاق، وكذلك الشمس والنجوم الأخرى ومعظم الكواكب. وتحتوي بعض الحشرات والطيور والأسماك على مغانط صغيرة جدًا في أجسامها. ويعتقد علماء الأحياء أن هذه المغانط قد تساعد الحيوانات على استكشاف مساراتها أثناء هجراتها.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
تعريف المغناطيس
لقد ولدنا في "مهد" مغناطيسي، ومعروف الآن بدقة أن المجال المغناطيسي- هو أحد أهم منظمي عمليات الحياة على الأرض، وهناك رأي يتعلق بدور المجالات المغناطيسية الطبيعية كأحد عوامل الارتقاء، فضلاً عن أن المغناطيس يتولى اليوم دور أحد أفراد أسرة الإشعاعات غير المؤينة، وتزداد الثقة باطراد بأن المغناطيس مفيد في الطب كفائدته في الفيزياء مثلاً، زد على ذلك أن من الممكن أيضاً استخدام التأثيرات البيولوجية والقوية التي تولدها المجالات المغناطيسية ويعتقد بعض العلماء أن الحديث ينبغي أن يدور الآن لا عن العلاج بالمغناطيس فقط "هذا المصطلح رغم حداثته، يغدو عادياً ومألوفاً" إذ يولد أمام أنظارنا اتجاه كامل في الطب يسمى علم الطب المغناطيسي "على غرار علم الأشعة الطبي".
وحجر المغناطيس هو خام الحديد المغناطيس، وهو معدن واسع الانتشار في الطبيعة ومعروف منذ القدم ومكون أولي في الصخور النارية. وقد اهتم به علماء المسلمين وبينوا كثيرا من خواصه وأهمها جذبه لقطعة من الحديد إذا قربت منه، وخصص البيروني في كتابه: الجماهر في معرفة الجواهر فصلا 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 جبالا من حجر المغناطيس مغمورة في مياه بحر الصين كانت تنتزع مسامير الحديد من أجسام السفن فتتفكك وتغرق في الماء.
ماذا تفعل المغانط
الأقطاب المغنطيسية. يسمى المغنطيس ذو القطبين المغنطيس الثنائي القطب، ومن أمثلته المغنطيس القضيبي. وعند تعليق مغنطيس قضيبي بربطه بخيط عند منتصفه يدور المغنطيس حتى يتجه أحد طرفيه إلى الشمال والطرف الآخر إلى الجنوب. ويسمى الطرف الذي يتجه إلى الشمال القطب الشمالي، والطرف الذي يتجه إلى الجنوب القطب الجنوبي. وفي المغنطيس القرصي والمغانط المسطحة الأخرى يمثل الوجهان المسطحان للمغنطيس قطبي المغنطيس. وعند تكسير المغنطيس أو قطعه إلى نصفين، تكتسب كل قطعة قطبًا مغنطيسيًا شماليًا وآخر جنوبيًا.
الانجذاب والتنافر. تسبب المغنطيسية انجذاب الأقطاب غير المتشابهة، بعضها إلى بعض، وتنافر الأقطاب المتشابهة، بعضها عن بعض. فعند تقريب قطب شمالي لمغنطيس إلى قطب جنوبي لمغنطيس آخر تجذب القوة المغنطيسية المغنطيسين، كلاً منهما إلى الآخر، بينما يؤدي تقريب قطب شمالي إلى قطب شمالي، أو قطب جنوبي إلى قطب جنوبي، إلى تنافر القطبين، كل منهما عن الآخر. وعند تعليق مغنطيس قضيبي بين طرفي مغنطيس حدوة الحصان يتحرك القضيب المغنطيسي بحيث يتجه قطبه الشمالي بعيدًا عن القطب الشمالي لمغنطيس حدوة الحصان.
المجالات المغنطيسية
يقال عن المنطقة المحيطة بالمغنطيس، والتي يمكن الشعور فيها بالقوة المغنطيسية، إنها تحتوي على مجال مغنطيسي، وهو منطقة غير مرئية. ويمكنك تصوير المجال المغنطيسي لمغنطيس قضيبي بوضع قطعة ورقية فوق المغنطيس، ونثر برادة الحديد على الورقة، حيث تتجمع برادة الحديد عند القطبين، وتكوِّن نمطًا حول المغنطيس يمثل مجاله المغنطيسي. ويمكن تصور المجال المغنطيسي باعتباره مكونًا من مجموعة من الخطوط الوهمية المسماة خطوط المجال أو خطوط الفيض أو خطوط القوة،، حيث يمكننا أن نتصور أن هذه الخطوط تنطلق من القطب الشمالي للمغنطيس، وتتقوس حول المغنطيس عائدة إليه مرة أخرى عند قطبه الجنوبي. وتتقارب الخطوط أكثر بالقرب من القطبين، حيث يبلغ المجال المغنطيسي أقصى قوته.
ويؤثر المجال المغنطيسي بقوى على المغانط القريبة ليجعلها تصطف على امتداد خطوط المجال. فإبرة البوصلة المغنطيسية، على سبيل المثال، مغنطيس قضيبي رفيع، يشير عادة إلى الشمال على امتداد أحد خطوط المجال المغنطيسي الأرضي. ولكن وضع مغنطيس قضيبي قوي بالقرب من البوصلة يجعل الإبرة تغير اتجاهها بحيث تكون على امتداد أحد خطوط مجال المغنطيس القضيبي.
وتقاس قوة المجال المغنطيسي بوحدة تسمى الجاوس أو التسلا، حيث تساوي التسلا 10,000 جاوس. وتبلغ قوة المجال المغنطيسي الأرضي عند سطح الأرض حوالي 0,5 جاوس. وقد تبلغ قوة المجال المغنطيسي لمغنطيس حدوة الحصان، بالقرب من قطبيه، عدة مئات من الجاوسات. وربما بلغت قوة المجالات المغنطيسية للمغانط المستخدمة في الصناعة أكثر من 20,000 جاوس (2 تسلا).
المغنطة
يجذب المغنطيس الحديد والفولاذ والنيكل وبعض المواد الأخرى، وعندئذ تتحول المواد المنجذبة نفسها إلى مغانط في عملية تسمى المغنطة. فالإبرة الفولاذية الموضوعة بالقرب من مغنطيس، على سبيل المثال، تتمغنط، وتصبح بالتالي قادرة على جذب إبرة أخرى. وتحدث المغنطة لأن المغنطيس يجعل جسيمات في ذرات الإبرة، تسمى الإلكترونات، تصطف على امتداد خطوط المجال المغنطيسي، مما يجعل الذرات المحتوية على الإلكترونات المصطفة تعمل وكأنها مغانط قضيبية بالغة الصغر.
أنواع المغانط
معظم المواد المصنوعة من الألومنيوم والخرسانة والنحاس والقطن والزجاج والذهب والورق والمطاط والفضة والخشب مواد غير مغنطيسية. فالمغانط لاتجذب هذه المواد ولا تتنافر معها، وتمر المجالات المغنطيسية عبرها دون أن تضعف. ولكن مواد أخرى، تسمى المواد المغنطيسية، تصبح ممغنطة عند تعريضها لمجال مغنطيسي.
المغانط المؤقتة
تصنع من مواد مثل الحديد والنيكل، وتسمى المواد المغنطيسية اللينة، لأنها لا تستعيد مغنطيسيتها خارج المجال المغنطيسي القوي. فالإبرة الحديدية الممغنطة، على سبيل المثال، تفقد مغنطيسيتها عند إبعادها عن المجال المغنطيسي.
المغانط الدائمة
تحتفظ بمغنطيسيتها بعد مغنطتها، ولذلك تسمى المواد المغنطيسية الصلبة. والعديد من المغانط الدائمة القوية سبائك (خلائط) تتكون من الحديد أو النيكل أو الكوبالت، مخلوطًا بمواد أخرى. وتشمل هذه السبائك المغنطيسية الألنيكو، وهو مجموعة من السبائك المحتوية عادة على خليط من الألومنيوم والنيكل والكوبالت والحديد والنحاس؛ وسبيكة من الكوبالت والكروم تسمى السبيكة الكوبالتية الكرومية. وقد أنتجت سبائك محتوية على عناصر فلزية تسمى عناصر الأتربة النادرة بعضًا من أقوى المغانط الدائمة. وتشمل هذه السبائك السبيكة الكوبالتية السمريومية، المكونة من خليط من الكوبالت وعنصر السمريوم الذي ينتمي إلى عناصر الأتربة النادرة؛ وتوليفة من الحديد والبورون وعنصر ترابي نادر يسمى النيوديميوم. وتتكون مجموعة أخرى مهمة من السبائك المغنطيسية، تسمى الحديديات، من الحديد والأكسجين وعناصر أخرى. وينتمي إلى هذه المجموعة المغنطيس المعروف باسم المجنتيت أو الحجر المغنطيسي، وهو أفضل مغنطيس دائم طبيعي معروف.
ويمكن تحويل بعض المواد المغنطيسية اللينة إلى مغانط دائمة ضعيفة. فالإبرة الحديدية في البوصلة، على سبيل المثال، يمكن تحويلها إلى مغنطيس دائم، بطرقها في اتجاه واحد بمغنطيس.
المغانط الكهربائية
مغانط مؤقتة تنتج بالتيار الكهربائي. وتتكون أبسط المغانط الكهربائية من ملف سلكي أسطواني يسمى الوشيعة، يسري فيه تيار كهربائي. فبسريان التيار الكهربائي في الوشيعة يصبح أحد طرفيها القطب الشمالي للمغنطيس الكهربائي والطرف الآخر القطب الجنوبي. وعند تغيير اتجاه سريان التيار ينعكس وضعا القطبين. وعند قطع التيار تفقد الوشيعة مغنطيسيتها.
وتحتوي العديد من المغانط الكهربائية على أسطوانة من مادة مغنطيسية لينة، مثل الحديد، داخل ملف سلكي، لتقوية المجال المغنطيسي الذي ينتجه المغنطيس الكهربائي.
When a domain contains too many molecules, it becomes unstable and divides into two domains aligned in opposite directions so that they stick together more stably as shown at the right.
وتعتمد قوة المغنطيس الكهربائي على عدد لفات الملف وقوة التيار الكهربائي. فكلما ازداد عدد اللفات، وازدادت قوة التيار، ازدادت شدة المجال المغنطيسي. وقد أمكن إنتاج مجالات تبلغ قوتها حوالي 25,000 جاوس (25 تسلا)، بإمرار تيار كهربائي بالغ القوة على ملف مصنوع من ألواح نحاسية. وتتطلب هذه المغانط نظم تبريد تضخ الماء عبر الملفات، وذلك لمنع الحرارة الناتجة عن التيار من صهر الألواح النحاسية. وتستخدم بعض المغانط الكهربائية، المسماة المغانط الفائقة التوصيل، ملفات توصل التيار دون فقدان طاقة، مما يجعلها مقاومة للتسخين. وتتكون أقوى المغانط الكهربائية، والتي يطلق عليها اسم المغانط الهجينة، من مغنطيس كهربائي مبرد بالماء داخل مغنطيس فائق التوصيل. وبإمكان هذه النبائط (الأدوات) إنتاج مجالات مغنطيسية تبلغ قوتها حوالي 350,000 جاوس (35 تسلا).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
كيف تعمل المغنطيسية
المغنطيسية والكهرباء
للمغنطيسية علاقة قوية بالكهرباء، حيث يكوِّنان معًا قوة تسمى الكهرومغنطيسية، وهي من القوى الأساسية في الكون. فبإمكان مغنطيس متحرك بالقرب من ملف سلكي نحاسي، على سبيل المثال، حث (إنتاج) تيار كهربائي في الملف. وبنفس الطريقة يولد التيار الكهربائي المنساب عبر سلك مجالاً مغنطيسيًا حول السلك.
المغنطيسية في الذرات
تشتمل الذرات على منطقة مركزية صغيرة وكثيفة تسمى النواة، محاطة بجسيمات أخف، سالبة الشحنة، تسمى الإلكترونات. وتتكون النواة من البروتونات الموجبة الشحنة والنيوترونات التي لا تحمل أي شحنة كهربائية. وفي معظم الظروف تحتوي ذرات أي عنصر على عدد مساو من الإلكترونات والبروتونات، ولذلك تكون الذرات متعادلة كهربائيًا.
وتنطبق العلاقة بين المغنطيسية والكهرباء على الذرة أيضًا. فحركة الإلكترونات السالبة الشحنة حول النواة تولد تيارًا كهربائيًا ينتج مجالاً مغنطيسيًا. ولكن تأثير الإلكترونات المتحركة في اتجاه معين يساوي تأثير الإلكترونات المتحركة في الاتجاه المعاكس، ولذلك تلغي المجالات المغنطيسية للإلكترونات المتحركة بعضها بعضًا، وتصبح الذرة بلا مجال مغنطيسـي.
وبالإضافة إلى ذلك تدوِّم (تتحرك بسرعة) الإلكترونات حول محورها، منتجة تيارًا كهربائيًا ومجالاً مغنطيسيًا. ولكن في كل الذرات هناك إلكترون يدوِّم في اتجاه معين مقابل إلكترون يدوِّم في الاتجاه المعاكس، وبذلك تلغي المجالات المغنطيسية الناتجة عن الحركة الدوامية للإلكترونات المزدوجة بعضها بعضًا.
وتتغير الحركة المدارية الدوامية للإلكترونات المزدوجة قليلاً عند وضع الذرة في مجال مغنطيسي. ولذلك لا تلغي المجالات المغنطيسية للإلكترونات بعضها بعضًا، وتولد حركتها مجالاً مغنطيسيًا ضعيفًا مضادًا للمجال الخارجي، ويسمى هذا التأثير المغنطيسية المغايرة. وتتماسك الذرات المكونة لمعظم المركبات الكيميائية، بعضها مع بعض، بوصلات كيميائية تسمى الروابط، مكونة من إلكترونات مزدوجة. ونتيجة لذلك نجد أن معظم المركبات ـ بما فيها الماء والأملاح والسكر ـ مغايرة مغنطيسيًا. والمواد المغايرة مغنطيسيًا ضعيفة التنافر مع المغانط.
وفي بعض الذرات ـ بما فيها ذرات الكوبالت والحديد والنيكل والأكسجين وعنصر الجادولينيوم، الذي ينتمي إلى عناصر الأتربة النادرة ـ لا تزدوج الحركة الدوامية لبعض الإلكترونات، وتسمى مثل هذه الذرات ثنائيات القطب الذرية. وتميل هذه الذرات، مثل المغانط الأخرى، إلى الاصطفاف في خط مواز لخطوط المجال المغنطيسي الخارجي. ويسمى هذا الاصطفاف المغنطيسية المسايرة، ويؤدي إلى انجذاب ضعيف للذرات المفردة إلى المغانط.
مغنطيسية المواد. في بعض المواد المسايرة مغنطيسيًا تنتظم ثنائيات القطب الذرية في أنماط معينة بالنسبة لبعضها بعضًا. وتشمل هذه الانتظامات الانتظام المغنطيسي الحديداتي والانتظام المغنطيسي اللاحديداتي والانتظام المغنطيسي الحديديتي. ففي المواد المغنطيسية الحديداتية، مثل الحديد، يتجه ثنائي القطب الذري إلى نفس الاتجاه الذي تتجه إليه الثنائيات المجاورة. وينتج الانتظام المغنطيسي الحديداتي أقوى المواد المغنطيسية. وفي المواد المغنطيسية اللاحديداتية يتجه ثنائي القطب الذري إلى الاتجاه المعاكس لاتجاهات الثنائيات المجاورة، ولذلك ينتج الانتظام المغنطيسي اللاحديداتي مغانط ضعيفة. ويحدث الانتظام المغنطيسي الحديديتي في المواد المحتوية على أنواع متعددة من الذرات مثل المجنتيت وسبائك الحديديات. فهذه المواد تحتوي على عدد أكبر من الثنائيات المتجهة إلى اتجاه معين مقارنة بعدد الثنائيات المتجهة إلى الاتجاه الآخر. وهي قوية مغنطيسيًا.
وتستقر ثنائيات القطب ذرية للمواد المغنطيسية الحديداتية والمواد المغنطيسية الحديديتية في انتظام معين عندما تنخفض درجة حرارة المادة إلى مستوى أدنى من درجة حرارة الانتظام المغنطيسي أو نقطة كوري. وبالنسبة للمواد المغنطيسية اللاحديداتية تسمى هذه الدرجة درجة نيل. فدرجة حرارة الانتظام المغنطيسي للحديد مثلاً 770°م، والنيكل 358°م، والكوبالت 1121°م. وفوق هذه الدرجة تمنع الاهتزازات الذرية القوية الثنائيات القطبية من الانتظام، بعضها مع بعض، ونتيجة لذلك تكتسب هذه المواد خاصية الانجذاب المغنطيسي الضعيف الذي تتميز به المغنطيسية المسايرة.
وفي المواد المغنطيسية الحديداتية والمواد المغنطيسية الحديديتية تصطف ثنائيات القطب الذرية عادة لتكوِّن ثنائيات أكبر تسمى الميادين المغنطيسية، حيث تساوي قوة الميدان المغنطيسي حاصل جمع قوى الثنائيات الذرية المكونة لها. وقد تحتوي قطعة من مادة مغنطيسية على العديد من الميادين المغنطيسية. وتتجه الميادين عادة إلى اتجاهات مختلفة، وتميل إلى إلغاء بعضها بعضًا.
وتتمغنط المواد المغنطيسية الحديداتية والمواد المغنطيسية الحديديتية عند تعريضها لمجال مغنطيسي قوي، حيث تكبر الميادين الموازية للمجال باصطفاف مزيد من ثنائيات القطب الذرية موازية للمجال. وقد تصطف كل ثنائيات القطب الذرية إذا كان المجال المغنطيسي قويًا جدًا، وتتحول القطعة كلها إلى ميدان مغنطيسي واحد. وتبقى ميادين المادة المغنطيسية الصلبة مصطفة بعد إبعاد القطعة عن المجال المغنطيسي، وبذلك تتحول القطعة إلى مغنطيس دائم. أما المواد المغنطيسية اللينة فتصبح عديمة المغنطة عند إبعادها عن المجال، أي تعاود ميادينها المغنطيسية الأصلية تشكلها وتلغي بعضها بعضًا.
الفرق بين المغانطيس و المواد الأخرى
في المغناطيس تترتب جزيئات المادة في اتجاه واحد و لكن في جزيئات المادة غير المغناطيسية لا تترتب المادة و تكون مبعثرة.
كلام العلماء عن المغناطيس
وأشار البيروني إلى رواسب المغناطيس في شرقي أفغانستان وبين أن الأجزاء السطحية من تلك الرواسب ضعيفة المغناطيسية بالمقارنة مع الأجزاء الداخلية منها ، والسبب هو تعرض الأجزاء السطحية من تلك الرواسب للشمس. وشبه العلماء المسلمون الحديد وحجر المغناطيس بالعاشق والمعشوق، فالحديد ينجذب إلى المغناطيس كانجذاب العاشق إلى المعشوق.
كلام المسلمين عن المغناطيس
وبين العلماء المسلمون أن حجر المغناطيس يجذب برادة الحديد حتى لو كان هناك فاصل بينهما، بل إنه يجذب إبرة الحديد إليه.
مغنطيسية الأجسام الفلكية
مغنطيسية الأرض
الأرض مغنطيس عملاق ذو قطبين يسميان القطب المغنطيسي الشمالي والقطب المغنطيسي الجنوبي، يقعان قرب القطبين الجغرافيين الشمالي والجنوبي على التوالي. ويجذب القطب المغنطيسي الشمالي القطب الشمالي لإبرة البوصلة، ويعني ذلك أن هذا القطب هو في الواقع القطب الجنوبي للمغنطيس الأرضي. والقطب المغنطيسي الجنوبي هو القطب الشمالي للمغنطيس الأرضي لأنه يتنافر مع القطب الشمالي لإبرة البوصلة.
وتبلغ قوة المجال المغنطيسي عند سطح الأرض، والذي يسمى المجال الجيومغنطيسي، حوالي 0,5 جاوس. ويتولد هذا المجال من التركيب الداخلي للأرض. فالأرض تتكون من عدة طبقات أعلاها القشرة، وهي الطبقة الخارجية التي نعيش عليها. ويقع تحت القشرة طبقة صخرية تسمى الوشاح، والتي تحيط بلب كثيف يتكون من جزء داخلي صلب وجزء خارجي سائل. ويعتقد العلماء أن المجال الجيومغنطيسي ينتج عن حركة الشحنات الكهربائية في اللب الخارجي السائل.
وقد وجد العلماء الذين درسوا حمم البراكين القديمة أن المجال الجيومغنطيسي يغير اتجاهه دوريًا، أي يتبادل القطبان المغنطيسيان الشمالي والجنوبي موقعيهما. فالحمم تحتوي على جسيمات دقيقة من مواد مغنطيسية صلبة. وعندما تكون الحمم ساخنة تكون هذه الجسيمات مسايرة مغنطيسيًا، ولذلك يظل تأثير المجال المغنطيسي الأرضي عليها ضعيفًا. وعندما تبرد الحمم إلى درجة حرارة تقل عن درجة حرارة الانتظام المغنطيسي تصطف هذه الجسيمات مع المجال الجيومغنطيسي مثل إبر البوصلة. ولذلك تترك الحمم سجلاً بالمجال الجيومغنطيسي الذي يتكون عندما تبرد هذه الحمم.
ويمتد المجال المغنطيسي الأرضي أيضًا في الفضاء، خارج نطاق الغلاف الجوي، ويسمى هناك الغلاف المغنطيسي. ويتداخل الغلاف المغنطيسي مع جسيمات مشحونة صادرة عن الشمس تسمى الرياح الشمسية، حيث ينتج عن هذا التداخل ظاهرة ضوئية تسمى الفلق، ونطاقان من الجسيمات المشحونة يسميان حزمتي فان ألن.
مغنطيسية الشمس
تتراوح القوة الإجمالية للمجال المغنطيسي الشمسي بين حوالي گاوس واحد وگاوسين. ولكن للشمس أيضًا مجالات مغنطيسية أقوى في مناطق باردة نسبيًا على سطحها تسمى البقع الشمسية، حيث تتراوح قوى المجالات المغنطيسية لهذه المناطق بين 250 و5000 گاوس. ومن الظواهر الشمسية الأخرى المرتبطة بالمجالات الشمسية القوية الوهج الشمسي، وهو انفجار ضوئي قوي، والشواظ الشمسية، التي تتألف من قوس غازي ضخم.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
مغنطيسية الأجسام الفلكية الأخرى
ليس للقمر في الواقع مجال مغنطيسي، لأنه لا يحتوي على لب سائل. ولكن الصخور القمرية التي نقلها رواد الفضاء إلى الأرض تثبت وجود مجال مغنطيسي قمري أقوى في وقت ما، مما يدل على أن القمر كان يحوي يومًا ما لبًا سائلاً. ولعطارد والزهرة والمريخ مجالات مغنطيسية أضعف من المجال المغنطيسي الأرضي. أما زحل والمشتري ونبتون وأورانوس فمجالاتها وأغلفتها المغنطيسية أقوى نسبيًا مقارنة بالمجال أو الغلاف المغنطيسي الأرضي.
ولبعض أنواع النجوم مجالات مغنطيسية أقوى بكثير من المجال المغنطيسي الشمسي. وتشمل هذه النجوم الأقزام البيضاء، التي تزيد قوى مجالاتها المغنطيسية عن مليون جاوس. وقد تصل قوة المجال المغنطيسي لنوع من النجوم المنهارة يسمى النجمة النيوترونية إلى حوالي 10 ترليونات جاوس.
المغانط في الكائنات الحية
اكتشف العلماء أن العديد من الحيوانات ـ مثل الحمام ونحل العسل والسالمون والتونة والدلفين والسلحفاة ـ لها القدرة على اكتشاف الغلاف المغنطيسي الأرضي، وقد تستخدمه في التعرف على مساراتها. فقد وجد العلماء جسيمات من المجنتيت في الأنسجة الجسمية لبعض هذه الحيوانات، ويساورهم الشك في أن هذه الجسيمات ربما تشكل جزءًا من نظام يستخدم في تحسس المجال الجيومغنطيسي.
ووجد العلماء أيضًا أن بعض أنواع البكتيريا في الماء تستخدم المجال الجيومغنطيسي للتعرف على مواطنها المفضلة، حيث يحتوي جسم البكتيريا المسماة البكتيريا المغنطيسية التوجيه على سلسلة واحدة أو أكثر من جسيمات المجنتيت. وتستخدم البكتيريا هذه الجسيمات ـ وكأنها إبر بوصلية دقيقة ـ في توجيه نفسها على امتداد خطوط المجال الجيومغنطيسي.
ويستخدم العلماء الرنين المغنطيسي النووي، أي التغييرات التي تحدث في المجال المغنطيسي للقوى المعرضة للموجات الراديوية، لدراسة تركيب الأنسجة الحية.
الطب بالمغناطيس
واستخدم المغناطيس في الطب القديم لإزالة البلغم ومنع التشنج، وأشار الأطباء المسلمون إلى أنه إذا أمسك المريض حجر المغناطيس زالت التقلصات العضلية من أطرافه، وكانوا يستخدمون حجر المغناطيس في تخليص الجسم من قطع الحديد التي تدخل فيه بطريق الخطأ وذلك بإمرار المغناطيس فوق جسم المصاب، وذكروا أن حجر المغناطيس يسكن أوجاع المفاصل والنقرس إذا وضع - بعد دعكه بالخل - فوق مواضع الألم.
فلقد حظيت بشهرة كبيرة لدى الناس قبل بضع سنوات (الأساور المغناطيسية)، ورغم أن الفائدة منها- كما تبين- لم تكن كبيرة، لكن بذور هذه الفكرة المنطقية كانت موجودة- دون شك- في فكر الاختصاصيين، فقد أثر المغناطيس على النقاط العصبية النشيطة في المعصم، ونعرف اليوم أشياء أكثر عن إمكانيات المغناطيس وقد جرى، على سبيل المثال: إثبات أن أجهزة الإنسان التي هي أكثر تأثراً بالمجال المغناطيسي هي: الجهاز العصبي، والغدد الصماء وأوعية القلب والدورة الدموية، وباختصار هناك مستقبل واعد للعلاج بالمغناطيس، وهكذا كان الحال مع المغناطيس دائماً: فتارة يثقون به ثقة كاملة وتارة أخرى ينفون عنه صفاته العلاجية نفياً قاطعاً، وقدماء المصريين كانوا يحلمون بالخلود اعتماداً على المغناطيس، وقد تحدث أرسطو بثقة عن قوته الشافية، ولكن خام الحديد المغناطيسي لم يتعجل في تحقيق الآمال المعلقة عليه ، وبالنتجية فقد انصرف بعض الأطباء عنه، بيد أن أشخاصاً غيرهم قد وقعوا في مجال "جاذبيته" ويعود أول بحث جدي لخصائص المغناطيس إلى وليم جيلبرت الفيزيائي الإنجليزي وطبيب البلاط، وقد نشر سنة 1600 بحثاً علمياً بعنوان: "بصدد المغناطيس والأجسام المغناطيسية وعن المغناطيس الكبير- كوكب الأرض" وجيلبرت هو مؤلف أول نظرية عن الظواهر المغناطيسية، وهو بالذات الذي كشف أن الكرة الأرضية- هي مغناطيس هائل الحجم، ونوه بوجود الخصائص العلاجية في المغناطيس.
وحلت من جديد فترة هدوء دامت سنوات عديدة: لم تكن هناك نتائج ملموسة.. ثم بدأ الاستخدام الناجح نسبياً للمغناطيس في الطب في القرن الماضي فقط- بفضل أعمال طبيب الأعصاب الفرنسي (شاركو وطبيب الأمراض الباطنية الروسي الشهير (بوتكين) ولكن النجاحات المتواضعة التي عرفتها بداية القرن توارت أمام نجاحات الوسائل الأقوى للعلاج بالكهرباء.
وحتى الاستعراض التاريخي الموجز يبين أن فترة طفولة المغناطيس لم تكن بسيطة، وقد يكون صائباً اعتبار أن شبابه قد بدأ في الثلاثينات حتى الخمسينات من القرن العشرين، وساعدت أبحاث العلماء السوفييت على إعادة المغناطيس إلى الطب بنجاح، وابتداءً من الستينيات وبمناسبة تطور البيولوجيا الفضائية شرع الروس بصورة حثيثة في دراسة تأثير المجال المغناطيسي بيولوجياً في جسم الإنسان.
وبالإضافة إلى ذلك أجرى علماء الصحة السوفييت دراسات جدية في هذا المجال، وتعتبر روسيا حتى الآن البلد الوحيد في العالم حيث ثبتت فيه حدود المقاييس المسموح بها لتأثير المجال المغناطيسي في جسم الإنسان.
قرر الاختصاصيون استخدام المجال المغناطيسي في علاج فرط ضغط الدم الشرياني، وفاقت النتيجة كل التوقعات، فقد تبين أن النبضات "السريعة" للمجال المغناطيسي، تؤثر في مكونات الدم وجدر الأوعية الدموية والأطراف العصبية الحساسة، وتؤدي في 75 بالمئة من الحالات إلى انخفاض ضغط الدم.
والمغناطيس يعجل بالتئام الكسور ويساعد على تخفيف حالة المرضى بالفصال المشوه وبمرض التغضرف العظمي الذي يصيب العمود الفقري، وقد أمكن إثبات ذلك علمياً، فقد تم بمساعدة العلاج بالمغناطيس شفاء ما يزيد على ألف مريض مصاب بكسور العظام، وأكثر من 4 آلاف مريض يعاني من مختلف أمراض المفاصل والعمود الفقري.
ويجري إعداد أسس نمذجة ردود فعل المناعة وعلاج اختلال المناعة الذاتية وأجهزة إفراز الهرمونات، وتقوم هذه الأساليب على أساس تأثير المجال الكهرمغناطيسي للترددات العالية وفوق العالية للتيار الكهربائي، على الغدد الصماء "غدد الإفراز الباطني".
وقد تسنى التوصل إلى تحقيق نتائج جيدة في علاج عدد من الأمراض، مرض قرحة المعدة، المعي الاثني عشري، الالتهاب المفصلي شبه الروماتزمي، التهاب الكلية المزمن، الربو الشعبي، المرض السكري وعقم الرجال.
ويقوم الأطباء بنجاح بإجراء تعديل التشوه المخروطي الانخسافي في القفص الصدري لدى الأطفال، حيث يدخلون المغناطيس في تجويف القفص الصدري للطفل، وبعد ذلك يلبسونه مغناطيساً آخر- "خارجي" ويصنعون بذلك مجالاً للجاذبية المتبادلة، فيصبح شكل القفص الصدري عادياً.
وأجرى علم تجريبي لصنع أجهزة مغناطيسية أصيلة مغلقة لعلاج ناسور الأمعاء، وأصبحت تستخدم بصورة واسعة في مختلف العمليات في المسالك البولية والأورام، والمخرج الوحيد الممكن للمريض في أمراض خطيرة مميتة مثل مرض (أنورسما أوعية المخ)، هو التدخل الجراحي وقد أعدت طريقة يتم فيها هذا التدخل بواسطة المجال المغناطيسي الاصطناعي، إذ يؤثر في وصول الدم إلى المخ، دون تمزق الأوعية الدموية.
وطريقة العلاج الشامل، التي تتضمن الجراحة المغناطيسية اللايزرية والعلاج بالمغناطيس، تقلص كثيراً من فترة التحضير السابقة للعمل الجراحي وإشفاء المرضى وترفع من جودة العلاج، بالقياس إلى الأساليب التقليدية، فضلاً عن أنها تزيد من استقرار النتائج وتقلص نسبة العجز عن العمل.
وقد صنع الاتحاد السوفييتي السابق جهاز "ماغنيتو توربوترون -2" الفريد من نوعه، وتجرى عليه حالياً اختبارات سريرية.
وهناك معطيات تبين وجود تأثير فعال مضاد للأورام يمارسه المجال المغناطيسي الإعصاري.
واقترحت مجموعة من الأطباء طريقة جديدة لفحص جسم الإنسان هي – طريقة التشخيص المغناطيسي.
وقد أصبح واضحاً الآن أن الإنسان لا يستقبل بصورة خاملة المجالات المغناطيسية التي تتوغل في كل شيء وحسب، بل هو قادر أيضاً على توليد هذه المجالات بنفسه كذلك، وأما الأجهزة الفائقة الحساسية التي ظهرت مؤخراً، فباستطاعتها أن تلتقط عن بعد تلك المجالات المغناطيسية الضعيفة للمخ والقلب والعضلات وبهذه الصورة يقوم الجسم نفسه بإعطاء الإشارات عما يدور في داخله، وتتفتح إمكانيات جديدة في تشخيص الأمراض، مثلاً في تحديد موضع بؤرة تمزق عضلة القلب، ومكان بؤرة مرض الصرع في المخ، وجسد الإنسان مادة موصلة عند إجراء الفحص بالتخطيط الكهربائي للقلب، تتضاءل قوة الإشارة أحياناً، أما جسد الإنسان فهو "شفاف" بالنسبة للمجال المغناطيسي.
هذه لمحة أخرى لصورة "الدكتور مغناطيس" واستخدام السائل المغناطيسي في التشخيص الشعاعي كمادة مباينة لها مستقبل فائق الأهمية، وقد أثبت السائل فائدته كذلك في علاج عدد من أمراض التجاويف الباطنية، ويستخدمونه كذلك من أجل "تحمية" الورم بواسطة مجال التردد الفائق العلو (وبهذه الصورة يتم إزالة الورم بطريقة غير جراحية)، كما يلجؤون إلى هذا السائل لنقل الأدوية أيضاً.
يعتبر الأطباء، إذ يتحدثون عن مستقبل "استخدام المغناطيس طبياً" أن ذلك الجهاز ذا الصلة العكسية سيحظى بانتشار واسع للغاية، فإذا تم – مثلاً- تشغيل الجهاز وإجراء العلاج، فكم من وقت يجب أن يستغرق هذا العلاج؟ ما دام هناك مفهوم "الإحساس المغناطيسي" فينبغي أن يعطى كل شخص جرعته الخاصة به، وإلا سينخفض تأثيرها، أو قد يؤدي هذا العلاج إلى عكسه، وبالتالي، فإن كل جهاز يتطلب تزويده بمؤشرات خاصة، تسجل "إشباع الجسد بالمجال المغناطيسي" وهذه هي بالذات الصلة العكسية.
ومن المتوقع أيضاً أن الاستخدام الواسع للصدى المغناطيسي- النووي والسوائل المغناطيسية وأساليب مثل "الفحص المجهري المغناطيسي" فحص النسيج الحي بالمغناطيس" سوف تدخل في الطب بقوة.
وينبغي التنويه هنا بأن الأساليب الجديدة الواعدة لدراسة نشاط المنظومات البيولوجية "كالتصوير القطاعي الشعاعي، الصدى المغناطيسي- النووي، وسواهما" تمتاز بينها الطريقة البيومغناطيسية: إذ تحصل على المعلومات الوفيرة، ومع ذلك لا تتعرض المنظومة البيولوجية لأية تأثيرات إضافية، وكل هذا يتيح لنا الاستنتاج، أن استخدام أساليب التشخيص المغناطيسي سوف يصبح أنشط باطراد.
وقد تمت في الدول المتطورة اليوم صياغة طريقة لجمع المعلومات بصورة سريعة عن حساسية الإنسان المغناطيسية، تقوم على أساس أن الناس، يحسون بالمجال المغناطيسي، وسوف يعطي استخدام هذه الطريقة إمكانيات كبيرة في مجالي علم الصحة العامة والأمراض الباطنية.
أقوى مغناطيس بالعالم
في أغسطس 2022 كشف تقرير صادر عن صحيفة "SCMP" الصينية أن الصين أطلقت أقوى مغناطيس في العالم للبحث العلمي في مختبر في مدينة خفي في مقاطعة آنهوي جنوب شرق البلاد.
وأفادت بإن المغناطيس بحجم عملة معدنية تقريبًا، ويبلغ قطرها 33 مم. ورغم صغر حجمه إلا أنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا مستقرًا يبلغ 45.22 تسلا، وهو أقوى بمليون مرة من المجال المغناطيسي للأرض.
حقق علماء من مختبر المجال المغناطيسي العالي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الهدف بعد تحقيق "اختراق تكنولوجي كبير"، وفقًا للتقرير. وبذلك يعد المغناطيس الصيني أقوى مغناطيس يتم استخدامه بالتجارب العلمية بشكل فعلي.
في 2019 توصل علماء من مختبر المجال المغناطيسي الوطني الأمريكي، والذي يخلق مجالًا مغناطيسياً المجال 45.5 تسلا. ومع ذلك، فعلوا ذلك باستخدام مغناطيس اختبار لم يتم استخدامه في التجارب العلمية.
أوضح المختبر في بيان، "أصبحت منشأة Hefei أعلى مجال مغناطيسي ثابت الحالة يمكنه دعم البحث العلمي في العالم". وتابع البيان: "تم إنشاء الرقم القياسي العالمي الأصلي بواسطة المختبر الوطني للحقل المغناطيسي العالي في الولايات المتحدة في عام 1999. ولَّد مغناطيسه الهجين 45 تسلا، وقد احتفظ بالرقم القياسي لمدة 23 عامًا".
ويتطلب توليد مثل هذه المجالات المغناطيسية القوية قدرًا هائلاً من الطاقة، على الرغم من أن المكافآت قد تغير العالم أيضًا. يقوم الباحثون في جميع أنحاء العالم بتطوير مغناطيسات قوية بشكل لا يصدق، إذ قد تصبح قوية بما يكفي لرفع حاملات الطائرات، في محاولة لتسخير الإمكانات الكبيرة لطاقة الاندماج النووي، والتي يمكن أن تقلل من اعتماد العالم على الوقود الأحفوري.[1]
المصادر
أنظر أيضاً
- B-H Analyzer - a mechanism for measuring the response of materials to an applied field
- Dipole magnet - a magnet constructed to create a homogeneous magnetic field over some distance
- Earnshaw's theorem - static magnetic levitation under gravity is impossible except for diamagnets or with control systems
- Electromagnet - magnets produced by electric current
- Electromagnetism - the branch of physics related to magnetic and electric fields
- Electromagnetic field
- Diamagnetism - materials that are repelled by magnetic fields
- Halbach Array - a configuration of magnets that focuses the field
- Magnetic dipole
- Magnetic levitation - magnetism used to levitate objects
- Magnetic monopole - a theoretical source of magnetism that has never been found in real life.
- Magnetism - the general study of magnetic phenomena
- Magneto
- Molecular magnet
- Paramagnetism
- Quadrupole magnet - group of four magnets laid out so that the dipole terms cancel
- Reversible temperature coefficient
- Sextupole magnet - group of six magnets laid in alternating arrangement of poles
- Supermagnets - Neodymium magnets
وصلات خارجية
- Articles, tutorials and other educational information about magnets National High Magnetic Field Laboratory
- Answers to several questions from curious kids about magnets
- Magnetic units discussed
- EU requires warning on toys containing magnets
- Information on Permanent Magnets
- About Magnets
- International Magnetics Association
- ^ "Scientists build a magnet in China that is a million times stronger than Earth's magnetic core". interestingengineering.