أنواع المغناطيس
يُعرف المغناطيس (Magnet) بأنه جسم يخلق مجالًا مغناطيسيًا ويتميز بقوة جذب، ويشتمل تكوينه الأساسي على أقطاب كهربائية أو مغناطيسية، والتي توجد عادةً في شكل أزواج (موجب وسالب). وعند تعليق المغناطيس في الهواء، يوجه نفسه دائمًا نحو الشمال والجنوب. حيث يُطلق على القطب المؤشر إلى الشمال الجغرافي اسم القطب الشمالي، بينما يُطلق على القطب المؤشر نحو الجنوب الجغرافي اسم القطب الجنوبي. وتتزايد قوة الجذب بين أي مغناطيسين عندما تقترب أقطابهما المختلفة من بعضهما. ومن الناحية الطبيعية، يمكن تصنيف المغناطيس إلى ثلاثة أنواع رئيسية: المغناطيس الدائم، والمغناطيس المؤقت، والمغناطيس الكهربائي.
المغناطيس الدائم
يعتمد المغناطيس الدائم (Permanent Magnet) على تركيبه الداخلي لإنتاج مجال مغناطيسي مستقل، ويتكون من ذرات وبلورات تشتمل على إلكترونات ونوى ذرية، حيث يُعتبر دوران هذه الشحنات الرئيسية في توليد المجال المغناطيسي. يتم توليد الكهرباء بسبب حركة الإلكترونات حول النواة، مما يُنتج مجالًا مغناطيسيًا قويًا. بينما تشير العديد من المواد الطبيعية إلى اتجاهات عشوائية تلغي تأثير المغناطيس الدائم، يتم استخدام مواد مثل الحديد والكوبالت والنيكل لتصنيع المغناطيس الدائم، والتي تُعرف بالمغناطيسات الحديدية (Ferromagnets)، حيث تصطف الإلكترونات في اتجاه موحد ما يعزز من قوته الجذبية. يمكن أن تصل قوة المغناطيس الدائم إلى حوالي 8000 غاوس (وحدة قياس القوة المغناطيسية)، وهناك أنواع مصنعة تصل قوتها إلى 50 ضعف، أي حوالي 450 ألف غاوس. ومن بين الأنواع الرئيسية للمغناطيس الدائم نذكر:
- المغناطيس السيراميكي أو الفريت (Ferrite).
- مغناطيس ألنيكو (Alnico).
- مغناطيس النيوديميوم (NIB).
- مغناطيس السماريوم والكوبالت (SmCo).
المغناطيس المؤقت
يتميز المغناطيس المؤقت (Temporary Magnet) بأنه يحتفظ بمغنطيسيته لفترة قصيرة مقارنة بالمغناطيس الدائم. المواد المستخدمة في صنع هذا النوع من المغناطيس تتسم بخصائص جذب منخفضة وتكون غير متأثرة بالتدفق الكهرومغناطيسي. ونجد أن الفولاذ والحديد المُلدن من أبرز المواد التي تُستخدم في تصنيع المغناطيس المؤقت. يتم إنشاء المغناطيس المؤقت عبر توجيه اتجاه الإلكترونات في المادة، وتعتبر طريقة سهلة لتشكيله هي تقريب الجسم من المغناطيس الدائم. هناك نوعان رئيسيان من المغناطيس المؤقت:
- المغناطيس المؤقت الشائع: وهو مغناطيس يسهل تشكيله واستخدامه، ولا يُلاحظ تأثيره إلا عند التقريب من المغناطيس الدائم؛ مثل المسامير ومشابك الورق.
- المغناطيس الكهربائي المؤقت: يحتفظ بهذا النوع من المغناطيس بقوة المغناطيسية فقط أثناء مرور التيار الكهربائي، ويُستخدم في أجهزة مثل الأجراس والمُحركات.
المغناطيس الكهربائي
يتكون المغناطيس الكهربائي (Electromagnets) من أسلاك لولبية مُلتفة حول قلب معدني يُمرر فيه التيار الكهربائي. عند مرور التيار، تولد الإلكترونات مجالًا مغناطيسيًا، مما يجعل هذه الملفات تعمل كالمغناطيس. يمكن تعديل قوة المجال المغناطيسي من خلال التحكم في مقدار التيار. وعندما يتوقف تدفق الكهرباء، تتوقف هذه الملفات عن العمل كمغناطيس. يُستخدم المغناطيس الكهربائي في العديد من الأجهزة الإلكترونية أو الكهربائية التي تتطلب وجود مجال مغناطيسي لفترة قصيرة، وبالتالي، يمكن اعتباره نوعًا آخر من المغناطيس المؤقت.
تاريخ اكتشاف المغناطيس
النشأة الطبيعية للمغناطيس تتكون بشكل أساسي من الأكسجين والحديد أو هيدروكسيد الحديد نتيجة النشاط البركاني. يعود أول اكتشاف علمي لهذه المادة إلى عام 1845. ومع ذلك، كان الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي (Thales of Miletus) هو أول من درس ودرس تأثيرات الأحجار المغناطيسية في القرن السادس قبل الميلاد، ويعود اسم المغناطيس إلى كلمة (lithos magnes) في اليونانية القديمة، تجسيدًا لقصة الراعي اليوناني ماغنيس الذي جذبت أحجاره المسامير والحديد في حذائه. وتوجد روايات تشير إلى أن الاسم مئخوذ أيضًا من مدينة مغنيسيا في آسيا الصغرى، وما تُعرف حاليًا بتركيا.
استُخدم المغناطيس لصنع أول بوصلة تشير إلى الجنوب في الصين خلال فترة الممالك المتحاربة، حيث كانت مكونة من حجر مغناطيسي مُعلق بشكل ملعقة داخل صفيحة برونزية أو نحاسية مسطحة، وكانت تشير للجنوب بعد كل دوران للحجر داخلها، وقد استخدمها الأوروبيون فيما بعد في الملاحة بعد تحسينها في عام 1190 ميلادي لتشير إلى الشمال.
لاحظ العالم الفرنسي ماريكورت الأقطاب المغناطيسية لأول مرة في عام 1269 بعد دراسات مكثفة، واشار إلى أن الأقطاب المتشابهة تتنافر بينما تتجاذب الأقطاب المختلفة في المواد الأخرى. على الرغم من هذه الاكتشافات، استمر الاعتقاد بأن المغناطيس يجذب النجم القطبي الشمالي حتى جاء العالم ويليام جيلبرت، الذي درس علاقة المغناطيس بمغناطيسية الأرض في عام 1600، مُقترحًا أن الأرض تُعتبر مغناطيسًا ضخمًا بقطبين.
كان العالم جيمس كلارك ماكسويل هو الأول الذي وضع العلاقات بين المغناطيس والكهرباء من خلال نظام المعادلات التفاضلية، التي انتشرت وطبّقت في أوائل القرن التاسع عشر. وفي عام 1826، اخترع العالم الإنجليزي ويليام ستورجون أول مغناطيس كهربائي، والذي يتكون من ملف سلكي حول قلب حديدي يُشكّل مجالًا مغناطيسيًا عند تدفق الكهرباء. وقد كتب ماكسويل أيضاً عن موجات تذبذب المجالات المغناطيسية والكهربائية التي تتحرك عبر الفضاء، موضحًا سرعة حركة المجال المغناطيسي بناءً على تجاربه.
الخلاصة
المغانط هي أجسام تتولد فيها قوى الجذب نتيجة حركة الإلكترونات داخل النواة، وتوجد بأشكال دائمة ومؤقتة، بالإضافة إلى المغناطيس الكهربائي. تُستخدم المغانط في العديد من التطبيقات اليومية، بما في ذلك في الأجهزة الطبية، والبناء، والأجهزة المنزلية، وأجهزة الحوسبة، مما يجعلها أداة حيوية في حياتنا اليومية.