يكثر تساؤل الطلاب حول موضوع المغانط الدائمة والمؤقتة نظرًا لدراستهم التفصيلية لحجر المغناطيس وينطبق هذا الأمر كذلك على العديد من العاملين في القطاعات الصناعية حيث إن المغناطيس يعد عنصرًا أساسيًا في تصنيع العديد من الأجهزة والمعدات المتنوعة.
بحث حول المغانط الدائمة والمؤقتة
- حجر المغناطيس له دور أساسي في العديد من التطبيقات الصناعية والعلمية ويستخدم في تصنيع أنواع متعددة من الآلات والمعدات.
- لأهميته الكبيرة في المجالات المختلفة يُكلّف كثير من المعلمين الطلاب بعمل أبحاث تتناول الخصائص والاستخدامات المتعددة للمغناطيس.
- لا يقتصر ذلك على دراسة استخداماته بل يُطلب منهم أيضًا إعداد أبحاث توضح الفرق بين المغانط الدائمة والمؤقتة ودور كل منها في التطبيقات المختلفة.
مقدمة حول المغانط الدائمة والمؤقتة في العلوم الفيزيائية
المغناطيس هو مادة قادرة على توليد مجال مغناطيسي يجذب المواد القابلة للتمغنط من حوله ويُعتبر هذا المفهوم من الظواهر الفيزيائية التي تم التعرف عليها منذ زمن بعيد ، حيث تناول العديد من العلماء دراستها ومن أبرزهم أبو الريحان البيروني الذي أفرد فصلًا خاصًا عن خصائص المغناطيس في كتابه الشهير “الجماهر في معرفة الجواهر” ، هذا الكتاب الذي يُعد من أهم المراجع في علم المعادن والأحجار الكريمة حيث تطرّق فيه إلى دراسة الفلزات كالذهب والفضة والنحاس وبيّن العلاقة التي تجمع بين المغناطيس والكهرباء من حيث قدرتهما على جذب الأجسام القريبة.
قد كشف أن خامات المغناطيس كانت تُستخرج في عصور قديمة من بلاد الأناضول وكان لها دور كبير في صناعة الأدوات المعدنية كالمسامير واستخدمت في بناء وتطوير السفن البحرية لمزيد من التفاصيل حول المواد القابلة للتمغنط وأنواع المغانط الدائمة والمؤقتة سيتم التطرق إليها في الفقرات التالية.
مفهوم المواد المغناطيسية وخصائصها
- قبل التطرق إلى المغانط الدائمة والمؤقتة من الضروري فهم طبيعة المواد المغناطيسية وأصلها.
- المغناطيس عبارة عن حجر طبيعي يحتوي على خام الحديد الممغنط ويُعَدّ أحد المكونات الأساسية للصخور النارية.
- هذا الحجر معروف منذ العصور القديمة وكان واحدًا من أكثر الأحجار استخدامًا عبر التاريخ.
- يتميز المغناطيس بامتلاكه قوة مغناطيسية تجعله قادرًا على التأثير في بعض المواد وإحداث تغييرات في خواصها.
- هذا التأثير يؤدي إلى انجذاب بعض المواد إليه بينما تتنافر أخرى معه.
- هناك آراء تفيد بأن حجر المغناطيس يتكون من أكاسيد الحديد الأسود والماغنيتايت في حين يرى آخرون أن أصله لا يزال لغزًا غير محسوم.
- المؤيدون للفرضية الأولى يفسرون ذلك بأن قوة المغنطة الدائمة ناتجة عن مقاومة هذه الأحجار للعوامل الطبيعية.
- ويُعتقد أيضًا أن الأحجار المغناطيسية اكتسبت تأثيرها القوي نتيجة تعرضها لصواعق شديدة أدت إلى تكوين مجال مغناطيسي قوي حولها.
- على الرغم من أن هذا التفسير لا يحظى بإجماع علمي إلا أنه يوضح أن أحجار المغناطيس توجد على سطح الأرض وليس في باطنها كما يقترح بعض الباحثين.
- أما فيما يتعلق بـتسمية المغناطيس فهناك روايتان رئيسيتان، الأولى تفيد بأن تسميته جاءت نسبةً إلى المنطقة التي اكتُشف فيها وهي منطقة قريبة من تركيا تُعرف باسم “مغنيسيا”.
- أما الرواية الثانية فترجع سبب التسمية إلى راعٍ لاحظ أن هناك بعض المواد تنجذب إلى الأحجار التي كان يراها وكان يُدعى “ماغنس”.
نشأة واكتشاف المغناطيس عبر التاريخ
اكتشاف المغناطيس يُعَد من الاكتشافات القديمة التي لاحظها البشر منذ العصور الغابرة، حيث كان كل من الصينيين واليونانيين من أوائل الشعوب التي أدركت الخصائص الفريدة لهذا المعدن وبدأت في استغلاله.
- لاحظت الحضارات القديمة وجود أحجار تمتلك قدرة غير مألوفة على جذب بعض المعادن، وهو ما دفعهم لاستخدامها في عدة تطبيقات.
- المؤرخ الأمريكي “جون كارلسون” أشار إلى أن المغناطيس كان معروفًا منذ أكثر من ألف عام في أمريكا الجنوبية، حيث استغله شعب الأولمك في تشييد المعابد وتحديد الاتجاهات.
- هذا الاستخدام يعكس إدراك هذه الشعوب المبكر لخصائص الأحجار المغناطيسية وفعاليتها في الحياة اليومية.
- الفهم العلمي لقوة جذب المغناطيس بدأ يتضح بشكل أكبر منذ القرن السادس قبل الميلاد عندما قام الفيلسوف الإغريقي “طاليس مليتوس” بوضع تفسير لهذه الظاهرة.
- أطلق اليونانيون آنذاك اسم “الحجر العجيب” على المغناطيس وأصبحت هذه المعرفة تنتقل من حضارة إلى أخرى حتى وصلت إلى الصين خلال القرن الرابع قبل الميلاد.
- الصينيون قاموا بتوظيف هذه الخاصية في توجيه السفن أثناء رحلاتهم البحرية، وهو ما تم توثيقه في كتاب “قائد وادي الشياطين”.
رواية تاريخية عن اكتشاف المغناطيس
- يُروى أنه في العصور القديمة كان هناك راعٍ يُدعى “ماغنِس” وكان يمتلك عصا ذات رأس معدني أثناء رعيه لأغنامه.
- لاحظ أن طرف العصا ينجذب إلى بعض الأحجار الغريبة ولم يتمكن من فصلها عنها بسهولة.
- بعد ذلك تم اكتشاف أن هذه الأحجار تمتلك خصائص غير مألوفة مما أدى إلى التعرف على الكهرمان الذي تبيّن لاحقًا أنه يمتلك خواصًّا كهرومغناطيسية.
- وفي رواية أخرى يُقال إن أكسيد الحديد عُثر عليه في قارة آسيا، لكن لا يوجد تأكيد قطعي لصحة هذه الرواية.
- هذه المادة تُعد الأساس في تكوين المغناطيس إذ إنها تحمل طاقة مغناطيسية، ومن هنا جاء اسم “مغناطيس”.
التصنيفات المختلفة لأنواع المغناطيس
- يُصنّف المغناطيس إلى ثلاثة أنواع رئيسية أولها المغناطيس الدائم الذي يتميز بقدرته على توليد مجال مغناطيسي دون الحاجة إلى أي مصدر خارجي للطاقة.
- لا يتطلب أي تيار كهربائي ليعمل كما تتعدد أنواعه حيث يختلف كل نوع منها في خصائصه وقوته المغناطيسية.
- أما النوع الثاني فهو المغناطيس المؤقت والذي لا يمتلك خواص مغناطيسية دائمة.
- عند تعرضه لمجال مغناطيسي خارجي يكتسب خصائص المغناطيسية ولكن بمجرد زوال هذا المجال تختفي تلك الخواص على الفور.
- في حين أن النوع الثالث هو المغناطيس الكهربائي والذي يُمكن من خلاله تحويل قطعة من الحديد العادي إلى مغناطيس فعال.
- يتم ذلك عبر لف سلك موصل حول قطعة الحديد المعزولة ثم تمرير تيار كهربائي فيه مما يؤدي إلى إكساب الحديد خصائص مغناطيسية طوال فترة مرور التيار الكهربائي فيه.
خصائص المغانط الدائمة واستخداماتها
- سُمّيت بهذا الاسم لأنها تحتفظ بخصائصها المغناطيسية لفترة طويلة حتى بعد تعرضها لعملية المغنطة ولا تفقدها بسرعة مع مرور الزمن.
- تتكون من عناصر طبيعية تحتوي على الألمنيوم والنيكل والكوبالت، مما يمنحها قدرة عالية على التحمل وثباتًا مغناطيسيًا قويًا.
- توجد أربعة أنواع رئيسية من المغانط الدائمة وأحد أكثرها انتشارًا هو السيراميك أو الفريت.
- هذا النوع يُستخدم على نطاق واسع بسبب تكلفته المنخفضة مقارنة بالأنواع الأخرى ويُستخدم في بعض التطبيقات اليومية مثل الأبواب المغناطيسية للثلاجات.
- نوع آخر هو اليونكو، لكنه أقل استخدامًا لأنه لا يتمتع بالقوة المغناطيسية الكبيرة التي تميز بقية الأنواع.
- أما ساماريوم كوبالت فقد بدأ استخدامه منذ السبعينيات ويُعد من أقوى أنواع المغانط الدائمة.
- يتميز بمقاومته العالية للحرارة وعدم تعرضه للتآكل بسهولة، بينما يُعتبر نيوديميوم حديد بورون آخر أنواع هذه المغانط.
- يُعرف هذا النوع بقوته المغناطيسية الشديدة ويُعتمد عليه في التطبيقات التي تتطلب قوة مغناطيسية عالية وثباتًا جيدًا لكن نظرًا لاحتوائه على الحديد فقد يتعرض للصدأ مع مرور الوقت إن لم تتم معالجته بطريقة مناسبة.
المغانط المؤقتة وطرق تشكلها
- المغانط المؤقتة هي مواد تكتسب خاصية المغنطة بمجرد تعرضها لمجال مغناطيسي.
- لكن بمجرد زوال المجال المغناطيسي تفقد خاصيتها المغناطيسية وتعود إلى حالتها الأصلية.
- من أبرز الأمثلة على هذه المواد مشابك الورق والمسامير وبعض الأدوات المعدنية المصنوعة من الحديد.
- عند تعرض هذه المواد لمجال مغناطيسي تبدأ في التصرّف وكأنها مغناطيس حيث تكتسب القدرة على جذب الأجسام المعدنية.
- أحد أبسط الطرق لاختبار هذه الظاهرة هو تقريب مغناطيس من مشبك ورق لتلاحظ أن المشبك ينجذب إليه.
- وإذا تم تقريب مشبك آخر إلى المشبك الأول ستلاحظ أنه ينجذب إليه أيضًا بسبب انتقال التأثير المغناطيسي إليه.
- لكن بمجرد إبعاد المشبك الأول عن المغناطيس تجد أن المشبك الثاني يفقد قدرته على الجذب ويعود إلى وضعه الطبيعي.
- ويرجع ذلك إلى اختفاء المجال المغناطيسي الذي جعله ممغنطًا وبالتالي يعود لحالته الأصلية دون أي تأثير مغناطيسي.
