حقائق عن المغناطيس (منقول)

مبدأ عمل المغناطيس معروف منذ قرابة القرنين من الزمن، والان يستخدم المغناطيس في الكثير من الاجهزة والمعدات التي نستخدمها في حياتنا اليومية فعلى سبيل المثال يعد المغناطيس احد الاجزاء الرئيسية في كل قرص تخزين صلب وفي كل جهاز حاسوب، ويستخدم كاحد الاجزاء الرئيسية في المسجلات الصوتية وفي اجهزة التلفزيون والشاشات التقليدية.

مع ان فيزياء المغناطيس وكيف يعمل معروفة بشكل جيد الا ان بعض الحقائق حول المغناطيس تدهشنا. وهنا بعض من هذه الحقائق.

 

(١) هناك عدة انواع من المغناطيسيات

المواد الفرومغناطيسية Ferromagnets والتي تشتمل على مواد مثل الحديد والنيكل تتكون من ذرات بالكترونات غير متزاوجة وكل الكترونات هذه المواد لها غزل في نفس الاتجاه. تشكل هذه المواد مغناطيسيات دائمة. وهناك نوع اخر يسمى الفريمغناطيسية ferrimagnets وهي تلك المواد التي يكون غزل بعض الكتروناتها مرتبة في نفس الاتجاه. ومن امثلة هذه المواد مادة الفريت الحديدية والماجنيت وهي اقدم مغناطيس طبيعي معروف وهو عبارة عن اكسيد الحديد.

معظم العناصر الكيميائية تعتبر مواد بارامغناطيسية paramagnetic وهي تعني انها تتمغنط فقط عندما تكون في داخل مغناطيس اخر. والبارامغناطيسية تتكون ايضا من الكترونات غير متزاوجة.

اما النوع الثالث من انواع المغناطيسيه فيه المواد الدايا مغناطيسية diamagnetic وهي التي تستخدم في رفع الاجسام. تتمغنط هذه المواد عندما توجد في مجال مغناطيسي، لكن في اتجاه يعاكس المجال المغناطيسي المتواجدة فيه. ومن اشهر تطبيقاتها استخدامها في القطارات المرفوعة مغناطيسيا Maglev trains.

 

 

2) المغناطيسية عبارة عن ضوء

لماذا يلتصق المغناطيس بالمغناطيسيات الاخرى؟ تتجاذب المغناطيسيات مع بعضها البعض لانها تتبادل الفوتونات. لكن هنا ليست تلك الفوتونات التي تنبعث من المصباح الكهربي على سبيل المثال انها فوتونات خيالية لا يمكن رؤيتها بالعين او باي كاشف. انها فوتونات تتبادل كمية الحركة ولهذا هي تلتصق بالاشيا وتتنافر معها. تخيل ان شخص يقوم برمي بكرة مطاطية نحو شخص ما، فانه يقوم بتبادل كمية الحركة مع الكرة ويشعر الطفل بقوة دفع خفيفة نحو الخلف. في حين ان الشخص الذي يستقبل الكرة يشعر بقوة الكرة وربما يقع ارضا تحت تأثيرها. يحدث هذا الامر مع الفوتونات ايضا وربما بطريقة معاكسة ايضا، اي عندما يحاول شخص امساك الكرة في حين ان الشخص الاخر لا يزال ممسكا بها ايضا في هذه الحالة تتولد قوة تجاذب بينهما.

ان الفوتونات هي القوة التي لا تحمل المغناطيسية فقط انها ايضا تتمثل في الظاهرة الكهروستاتيكية ولهذا السبب جاءت تسمية الكهرومغناطيسية وجمعت كلا من الكهربية والمغناطيسية والضوء ما هو الا امواج كهرومغناطيسية.

(٣) المغناطيسية ظاهرة من ظواهر النظرية النسبية

هذا صحيحا ٠ عندما تقوم بتمرير تيار كهربي في في سلك لتحصل على مغناطيس كهربي فانك تشرح النسبية كيف هذا؟ طبقا لمبدأ النظرية النسبية الخاصة، فان المسافة على امتداد الحركة تصبح اقصر وهذا ما نعرفه باسم الانكماش الطولي في النسبية – اي ان السيارة المسرعة سوف تنكمش مع ان ركاب السيارة لن يلاحظوا هذا الامر. الا ان الركاب سوف يرون ان كل شيء حولهم ينكمش في اتجاه الحركة.

هذا الامر له تأثير هام على الجسيمات المشحونة في الاسلاك. في الحالة العادية فان الالكترونات السالبة والبروتونات الموجبة تلغي تأثير بعضها البعض. لكن عندما يمر تيار كهربي في السلك فان الالكترونات تتحرك. من وجهة نظر الجسيمات المشحونة والساكنة خارج السلك تصبح المسافات بين الالكترونات اقصر. هذا يعني انها تبدو اكثر عددا من البروتونات في مقطع السلك – هذا يجعل السلك يبدو كما لو انه مشحون بشحنة سالبة. ضع اي شحنة موجبة او سلك بجوار السلك الذي يمر فيه تيار سوف تشعر بقوة جذب مغناطيسية. ضع جسيم مشحون بشحنة سالبة بجوار السلك وسوف تشعر بقوة تنافر مغناطيسية – ولهذا السبب عندما يمر تيار كهربي في سلكين متجاوريين وفي اتجاهين متعاكسين فان السلكين ينجذبان نحو بعضهما البعض، واذا كان التيار في نفس الاتجاه في السلكين فانهما يتنافران مع بعضهما البعض.

نفس الامر يحدث مع الجسيم المشحون المتحرك في مجالا مغناطيسيا خارجيا، لنفترض على سبيل المثال ان المجال صادرا عن مغناطيس دائم – يتعرض الجسيم لقوة. لكن طبقا للنظرية النسبية لا يمكنك ان تقول ان الجسيم متحركا والمغناطيس ساكنا. من وجهة نظر الجسيم فان المغناطيس هو الذي يتحرك. تصف معادلات ماكسويل الامواج الكهرومغناطيسية والقوى، وتبين انك سوف تشاهد قوى مختلفة وهذا بالاعتماد على محاور الاسناد التي تختارها. لمراقب ثابت فانها سوف تبدو ان قوة مغناطيسية تدفع او تسحب الجسيم، ولمراقب متحرك فانه سوف تكون قوى كهروستاتيكية. لقد كانت هذا الموضوع جزء مهما في تطوير اينشتين للنظرية النسبية والتي اخذت في الحسبان هذا التناقض.

(٤) اقوى مغناطيس في العالم

 اكبر مغناطيسين موجودان في مختبر Los Alamos القومي في نيوماكسيكوا وفي جامعة فلوريدا. هذين المختبرين يمتلكان مغناطيس تصل شدة مجاله إلى 100 و45 تسلا على التوالي. وللمقارنة وتصور كم هذا المقدار كبير تخيل ان المغناطيس المستخدم في رفع السيارات تصل شدة مجاله إلى ٢ تسلا فقط!