محتويات
المغناطيس
قبل الإجابة عن سؤال: "ما هي استخدامات المغناطيس؟" يجب الحديث عن ماهية المغناطيس؛ حيث يعرف المغناطيس على أنّه أي مادة ذات قدرة على جذب الحديد وإحداث حقل مغناطيسي خارج نفسه، ولقد تم فحص جميع العناصر والعديد من المركبات التي كانت معروفة في نهاية القرن التاسع عشر للتأكد من مغناطيسيتها، إذ وجد بأنها جميعها تمتلك بعض الخصائص المغناطيسية، كما وجد بأن الكروم ذو قدرة على المغنطة المستحثة الضعيفة عند تقريبه من المغناطيس، وتختفي هذه القدرة عندما يتم إزالة المغناطيس من حوله، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن خصائص المغناطيس وما هي استخدامات المغناطيس ومبدأ عمله وعن تاريخ اكتشاف المغناطيس.[١]
خصائص المغناطيس
قبل إجابة سؤال: "ما هي استخدامات المغناطيس؟" سيتم الحديث عن خصائص المغناطيس، حيث يعد جذب المغناطيس لبعض المواد والأقطاب المختلفة وتنافره مع الأقطاب المتشابهة للمغانط الأخرى من أهم خصائص المغناطيس، بحيث تتجاذب المغانط عند اقتراب قطبين متعاكسين معًا، أي قطب شمالي لمغناطيس مع قطب جنوبي لمغناطيس آخر، بينما تتنافر أقطاب المغانط عند اقتراب قطبين متشابهين معًا، سواء أكان القطبان شماليان أم جنوبيان، وكما وجد بأنّ هنالك ثلاثة عناصر ذات قدرة على البقاء ممغنطة بشكلٍ مستمر حتى لو لم تبدأ في إنتاج مجال مغناطيسي خاص بها وهي؛ الحديد والنيكل والكوبالت، والسبائك التي تحتوي على هذه المواد، فهي المواد الوحيدة التي تنجذب إلى المغناطيس، في حين لا يمكن جذب المواد الأخرى إلى المغناطيس مثل الألمنيوم والخشب والسيراميك.[٢]
ما هي استخدامات المغناطيس
بعد الحديث عن المغناطيس وعن خصائصه إجابة سؤال: "ما هي استخدامات المغناطيس؟"، حيث تدخل استخدامات المغناطيس في العديد من المجالات المتنوعة، كالمجالات الفيزيائية والطبية والميكانيكية والإلكترونية، وفي ما يأتي سيتم ذكر بعض استخدامات المغناطيس التي تدخل في مختلف هذه المجالات:[٣]
- وسائط التسجيل المغناطيسي: إذ تحتوي هذه الوسائط على بكرة من الشريط المغناطيسي التي تستخدم لتسجيل المعلومات التي تشكل الأصوات والفيديوهات، كما تعتمد الأقراص المرنة والأقراص الصلبة على هذه التقنية.
- بطاقات الائتمان والصراف الآلي: حيث تحتوي هذه البطاقات على شريط مغناطيسي، لتشفير معلومات البطاقة والاتصال مع المؤسسات المعنية بها.
- بعض أنواع الشاشات القديمة: مثل شاشات الكمبيوتر الكبيرة القديمة وشاشات التلفزيون التي تحتوي على أنبوب أشعة الكاثود ومغناطيس كهربائي لتوجيه الإلكترونات إلى الشاشة.
- مكبرات الصوت والميكروفونات: حيث يدخل استخدام المغناطيس في معظم السماعات بحيث تحتوي لفائف تحمل التيار وتقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.
- القيثارات الكهربائية: إذ تستخدم هذه القيثارات التقاطات مغناطيسية تقوم بنقل الاهتزازات الناتجة عن الأوتار على شكل تيار كهربائي من الممكن تضخيمه.
- المحركات والمولدات الكهربائية: بحيث تعتمد على مزيج من المغانط الكهربائية والمغانط الدائمة، فتقوم المحركات بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، بينما تقوم المولدات بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية عن طريق تحريك موصل عبر مجال مغناطيسي.
- التصوير بالرنين المغناطيسي: وهي إحدى التقنيات التي تستخدم في المستشفيات لاكتشاف المشاكل العضوية دون الحاجة إلى إجراء عمليات جراحية.
- الرنين المغاطيسي النووي: إذ تستخدم هذه التقنية في علوم الكيمياء بشكل واسع، حيث يستخدمها الكيميائيون لتمييز المركبات المصنعة.
- البوصلة:بحيث يخضع مؤشر البوصلة الممغنط للمجال المغناطيسي الأرضي لتتم عملية رصد الاتجاه وفقًا لحركة هذا المؤشر.
كما تشمل الإجابة عن سؤال ما هي استخدامات المغناطيس بعض الأعمال الفنية التي انتشرت في الآونة الأخيرة، حيث من الممكن إلصاق بعض الرسومات والصور الفوتوغرافية على ألواح الفينيل المغناطيسية والتي من الممكن أن توضح على أبواب الثلاجات أو الأجهزة الأخرى.[٣]
مبدأ عمل المغناطيس
بعد الحديث عن المغناطيس وخصائصه وعن ما هي استخدامات المغناطيس لا بد من الحديث عن مبدأ عمله، إذ ينشأ السلوك المغناطيسي بشكلٍ رئيسي بسبب حركة الإلكترونات، حيث تولد الشحنة الكهربائية مجالًا مغناطيسيًا، كما ترتبط المغانط والمجالات المغناطيسية ارتباطًا معقدًا، حيث يقوم الإلكترون بحركته المدارية حول نواة الذرة مما يسبب توليد مجال مغناطيسي صغير، وبشكل عام فإنّ المواد تمتلك أطنانًا من الإلكترونات، بحيث سيقوم الحقل الناتج عن إلكترون ما بإلغاء الحقل الذي أنتجه إلكترون آخر، وبالتالي فإن الناتج الكلي للحقول المغناطيسية سيساوي صفرًا مما يعني عدم توليد أي مجال مغناطيسي لهذه المادة.[٢]
لكن تعمل مواد أخرى بطريقة مختلفة، بحيث يؤثر المجال المغناطيسي الناتج عن إلكترون على اتجاه المجالات المغناطيسية التي تنتجها الإلكترونات الأخرى المجاورة لها، وبالتالي تصبح المجالات المغناطيسية متحاذية، وبهذا ينتج مجال مغناطيسي داخل المادة، بحيث يطلق على المواد التي تعمل بهذه الطريقة اسم المواد ذات المغناطيسية الحديدية، ويعد كلًا من الحديد والنيكل والكوبالت والجادولينيوم الأمثلة الوحيدة على هذه المواد في درجة حرارة الغرفة، كما أنها المواد الوحيدة التي يمكن تحويلها إلى مغانط دائمة، ومع أن كل مجموعة من الإلكترونات في هذه المواد تحاذي اتجاه مجالات الإلكترونات المجاورة لها، إلا أن اتجاهات الإلكترونات في المجموعات المختلفة تكون عشوائية، ولذلك فإن هذا يلغي المجال المغناطيسي الكلي.[٢]
عند وضع مجال مغناطيسي خارجي بالقرب من إحدى المواد ذات المغناطيسية الحديدية فإنّه يتم محاذاة جميع المجالات الناتجة عن الإلكترونات، مما يؤدي إلى تكون مجال واحد وقطبين أحدهما شمالي والآخر جنوبي للمادة، وفي هذه المواد يستمر أثر المحاذاة حتى بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، وأما في الأنواع الأخرى من المواد فإن هذه المحاذاة تنتهي لحظة إزالة الحقل الخارجي.[٢]
تاريخ اكتشاف المغناطيس
بعد الحديث عن المغناطيس وخصائصه وإجابة سؤال: "ما هي استخدامات المغناطيس؟" ومبدأ عمله سيتم الحديث عن تاريخ اكتشاف المغناطيس، حيث يعود اكتشاف المغناطيس إلى العصور القديمة إذ تعلّم الناس المغناطيسية من الأحجار الكريمة أو المغنتيت، وهي قطع ممغنطة بشكلٍ طبيعي تتكون من خام الحديد، ولقد تم اكتشاف المغناطيس في الحضارات اليونانية القديمة، ولقد تم استخدامه في البداية لتحديد الاتجاهات من خلال البوصلات المغناطيسية، ومن ثم تم استخدام البوصلات المغناطيسية في الملاحة في الصين وأوروبا وشبه الجزيرة العربية بحلول القرن الثاني عشر الميلادي، وبهذا يمكن القول أنه تم التعرف على المغناطيس وعلى ما هي استخدامات المغناطيس.[٣]