من طرف قصة المغناطيس
تروي الأساطير أن راعيًا اسمه ماغنس كان يرعى غنمه ، فلاحظ أن طرف عصاه المصنوع من مادة حديدية ينجذب نحو بعض الحجارة ، فسميت هذه الحجارة باسم " الحجارة المغناطيسية " نسبة إليه بعد أن اكتشف هذه الظاهرة . وربما تعود هذه التسمية إلى مقاطعة مغنيسيا )
Magnesia ) في آسيا الصغرى بالقرب من تركيا حيث اكتشفت هذه الحجارة المغناطيسية لأول مرة ، وأطلق اليونانيون على ذلك الحجر اسم الحجر العجيب أو الحجر المعدني وسمي فيما بعد باسم الحجر المغناطيسي ، كما أطلق اسم مغناطيس على القضيب المصنوع من المادة التي يمكن أن تكتسب خواص الحجر المغناطيسي .
المواد المغناطيسية :
تسمى المواد التي يجذبها المغناطيس بشدة مواد مغناطيسية ، مثل المسامير الفولاذية ، ومشابك الورق ...وهي مواد في الغالب مصنوعة من الحديد ، والكوبلت ، والنيكل ، والكروم والمنجنيز والجادولينيوم وغيرها ...ويطلق عليها أحيانًا اسم المواد الحديدو مغناطيسية أو الفيرو مغناطيسية
المواد غير المغناطيسية :
وهي المواد التي لا تنجذب نحو المغناطيس ، مثل النحاس والخشب والزجاج ، وقد بيّنت التجارب أنه إذا استعملنا مغانط قوية جدًا ، فإن هذه المواد تتأثر تأثرًا طفيفًا بهذه المغانط ، وتصنف هذه المواد إلى قسمين :
2- يسمى أحدهما المواد شبه المغناطيسية أو بارا مغناطيسية
2- والقسم الآخر يسمى دايا مغناطيسية.
المغناطيس الطبيعي :
معدن يستخرج من الحجر المغناطيسي وله تركيب كيميائي يعرف باسم الماجنتايت أو أكسيد الحديد المغناطيسي Fe3O4 وهو أسود اللون ، ويجذب إليه المواد المغناطيسية وخصوصًا الحديد والنيكل والكوبلت وخلائطها ، كما أنه إذا علق تعليقا حرًا بحيث تسهل حركته في مستوى أفقي فإنه يتحرك إلى أن يستقر تمامًا في اتجاه الشمال والجنوب المغناطيسيين .وهذا النوع ليس له شكل محدد أو شدة محددة ، وقد استخدمه الناس قديمًا لصنع البوصلة. ولم تعد هناك أهمية عملية للحجر المغناطيسي هذه الأيام حيث تستخدم بدلاً منه مواد مغناطيسية صناعية منتجة من الحديد أو سبائك خاص تعطي مغناطيسات قوية.
المغناطيس الصناعي
تستخدم المغناطيسات في حياتنا في أغراض متعددة ، ولا يصلح المغناطيس الطبيعي لذلك ، لصعوبة تشكيله ولضعفه ، والمغناطيسات التي نستخدمها كلها مغناطيسات صناعية ، وتصنع من الصلب أو من إحدى سبائك الحديد ، وتشكل أولاً بالشكل المطلوب ثم تمغنط بإحدى طرق المغنطة ومع الزمن استطاع الانسان صنع مغناطيسات بأشكال مختلفة ، فمنها ما هو على شكل حذاء الفرس ، ومنها ما هو على شكل قضيب مسطح ، ومنها الاسطواني الشكل كما توجد مغناطيسات على شكل حلقات ، وأخرى على شكل حرف U
ويتميز المغناطيس الصناعي عن حجر المغناطيس بالآتي
1- يمكن التحكم في شكله تبعا للغرض المراد استخدامه فيه.
2- يمكن التحكم في قوته المغناطيسية.
طرق حفظ المغناطيسيات في المختبر
تتأثر بعض المواد الكيماوية ، ويمكن أن ينتج نتجة لتأثرها نتائج عكسية أثناء عملية التصنيف ، ويمكن أن نقول عملية التخزين داخل الدواليب ، بمعني يجب فصل المواد حسب درجة تأثرها وحساسيتها للمواد الأخرى ، وهذا نظام ويمكن أن يكون قاعدة متبعة في مختبر الكيمياء ولكن أيضا في مختبر الفيزياء هنال أدوات تبلغ من الحساسية والتأثر ما قد يعادل تفاعل المواد مع بعضها ، دعونا نقوم بجولة على التصنيفات الموجودة داخل مختبر الفيزياء ونطرق باب المغناطيسية لنتعرف على أدواتها وطرق تخزينها والعوامل التى قد تضر بها .
لو لاحظنا فجميع الاصناف التابعة للمغناطيسية عبارة عن مغناطيس، ولكن هناك صنف مختلف حساس ويتأثر بالأصناف الموجودة حوله آلا وهي البوصلة .
البوصلة المغناطيسية
إذا كنت تحمل بوصلة فإنك تراها تتجة نحو القطب الشمالى أينما تتجه نحو القطب الشمالي ، أينما كنت وافقا على سطح الأرض وهذا أمر مدهش فعلا ، تصور أنك في منتصف المحيط وتنظر حولك في جميع الأتجاهات ولا ترى سوى الماء والجو ملبد بالغيوم ولا تستطيع رؤية الشمس فكيف ستعرف أين ستتجة لو لم تكن لديك بوصلة .
قبل اختراع الأقمار الصناعية التى تحدد المواقع في جميع انحاء العالم وقبل ظهور وسائل الملاحة الأخرى المتطورة تقنيا بوقت طويل كانت البوصلة تمثل طريقة سهلة ورخيصة لتحديد الموقع والوجهه . ولكن ما الذي يجعل البوصلة تعمل بهذا الشكل ؟ ولماذا تفيد في اكتشاف المجالات المغناطيسية الضعيفة ؟
البوصلة آداة بسيطة إلى حد كبير ، وتتألف البوصلة المغناطيسية من مغناطيس صغير خفيف الوزن موضوع بشكل متوازن على نقطة مجوفة تستطيع الدوران دون أي احتكاك تقريبا ويسمي هذا المغناطيس بالأبرة ويكتب على أحد أطرافها عادة N الذي يرمز إلى كلمة North أي شمال أو يلون هذا الطرف بطريقة تشير إلي إنه باتجاه الشمال ، وهذا كل ما نراه على سطح البوصلة .
إن الطريقة التى تعمل بها البوصلة أكثر إثارة من شكلها البسيط ولكي نفهم طريقة عملها يمكننا أن نتصور أن في داخل الكرة الأرضية قضيبا مغناطيسيا هائلا ، ولتفسير توجه طرف إبرة البوصلة الشمالي نحو القطب الشمالي علينا أن نفترض ان الطرف الجنوبي للقضيب المغناطيسي داخل الأرض موجود في القطب الشمالي وإذا تصورنا الكرة الأرضية بهذا الشكل ندرك أن القاعدة الفيزيائية المتعلقة بالمغناطيس التى تقول إن " القطبان المختلفان يتجاذبان " وهي التي تتسبب في توجه الطرف الشمالي لإبرة البوصلة نحو الطرف الجنوبي للقضيب المغناطيسي المفترض داخل الأرض ، وحتى نكون أكثر دقة فإن القضيب المغناطيسي لا يمر تماما في موازاة المحور الدوراني للأرض إنما يميل بشكل بسيط عن المركز وهذا الإنحراف يسمى " الميل الزاوي " ومعظم الخرائط الجيدة تشير إلى مقدار الميل الزاوي في مناطق مختلفة في العالم إذ إنه يتغير بشكل بسيط وذلك حسب موقعك على الأرض .
إن المجال المغناطيسي للأرض ضعيف نسبيا على السطح فقطر الأرض يصل إلى نحو 12875 كيلومترا لذلك على المجال المغناطيسي السير طريقا طويلة ليؤثر في البوصلة ، ولهذا السبب ينبغي أن يكون في البوصلة مغناطيس بوزن خفيف وسطح ارتكاز خال من الإحتكاك وإلا فلن تستطيع طاقة المجال المغناطيسي التي تصل إليها تدوير ابرة . إن وجود " قضيب مغناطيسي هائل " هو مجرد تصور وتشبيه جزئي لتفسير وجود مغناطيس في الأرض فما الذي يحصل في الواقع ؟
لا أحد يعلم بالتحديد ، إلا أن هناك نظرية ما زالت في طور الدراسة والبحث تقول إن مركز الأرض يتألف بشكل أساسي من حديد مصهور ، ويكون الضغط في الجزء المركزي هذا هائلا بحيث يتبلور الحديد الساخن جدا ويتحول إلى حالة صلبة ، ويتسبب النقل الحراري الناتج عن الشعاع الحراري من المركز إضافة إلى دوران الأرض في حرك الحديد السائل بشكل دوراني
ويعتقد ان هذه القوى الدورانية في طبقة الحديد السائل تؤدي إلى توليد قوى مغناطيسية ضعيفة حول محور الدوران ، وتعتبر البوصلة مجرد كاشف لهذا المجال المغناطيسي الضعيف أو أى مجال مغناطيسي ناتج عن أى شيء آخر مثل المجال المغناطيسي الضعيف الناتج عن سلك يحمل تيارا .
كيف تصنع بوصلة مغناطيسية
إذا لم تكن لديك بوصلة يمكنك صنع واحدة كما يفعل الناس قبل مئات السنين وستحتاج إلى المواد التالية :
· إبرة أو اي قطعة معدنية أخرى مصنوعة من الصلب تشبة السلك ( مثل مشبك أوراق يسوى على شكل خط مستقيم .
· شيء صغير يطفو على سطح الماء مثل قطعة فلين أو قاع كأس مصنوع من مادة السيترابور أو قطعة من البلاستيك .
· طبق مقعر قطرة بين 23-30 سم يوضع فيه نحو 2.5 سم ماء .
الخطوة الولى هي تحويل الإبرة إلى مغناطيس والطريقة الأسهل تكون بواسطة مغناطيس آخر وذلك بتمرير المغناطيس على طول الإبرة بشكل متكرر (10-12) مرة .
ضع قطعة الفلين التى تطفو على سطح الماء في منتصف الطبق وهذه طريقة سهلة لتوفير سطح ارتكاز دون احتكاك يذكر ، ضع افبرة الممغنطة على قطعة الفلين وستتوجة بشكل بطيء جدا نحو الشمال وهذه هي البوصلة .
طـــــــــــرق التخزين
إذ أن تخزين البوصلة يجب أن يكون بعيدا عن المغناطيسيات لأنها شديدة التأثر وكذلك ممكن أن تفقد طبيعة وظيفتها إذ يجب تخزينها بطريقة دائرية حفاظا عليها .
أما المغناطيس متوازي المسطيلات فيجب وضعة داخل العبوات بطريقة عكسية الأقطاب بمعني القطب الشمالى مع الجنوبي والجنوبي مع الشمالى ووضع قطعة معدنية في نهاية كل طرف للحفاظ على مغنطتة لفترة طويلة وكذلك الحال بالنسبة لبقية المغناطيسيات ( حذاء الفرس ، حرف U ، الاسطواني ) ، أما بالنسبة للإبر المغناطيسية فيجب وضعها بطريقة دائرية كذلك .
تروي الأساطير أن راعيًا اسمه ماغنس كان يرعى غنمه ، فلاحظ أن طرف عصاه المصنوع من مادة حديدية ينجذب نحو بعض الحجارة ، فسميت هذه الحجارة باسم " الحجارة المغناطيسية " نسبة إليه بعد أن اكتشف هذه الظاهرة . وربما تعود هذه التسمية إلى مقاطعة مغنيسيا )
Magnesia ) في آسيا الصغرى بالقرب من تركيا حيث اكتشفت هذه الحجارة المغناطيسية لأول مرة ، وأطلق اليونانيون على ذلك الحجر اسم الحجر العجيب أو الحجر المعدني وسمي فيما بعد باسم الحجر المغناطيسي ، كما أطلق اسم مغناطيس على القضيب المصنوع من المادة التي يمكن أن تكتسب خواص الحجر المغناطيسي .
المواد المغناطيسية :
تسمى المواد التي يجذبها المغناطيس بشدة مواد مغناطيسية ، مثل المسامير الفولاذية ، ومشابك الورق ...وهي مواد في الغالب مصنوعة من الحديد ، والكوبلت ، والنيكل ، والكروم والمنجنيز والجادولينيوم وغيرها ...ويطلق عليها أحيانًا اسم المواد الحديدو مغناطيسية أو الفيرو مغناطيسية
المواد غير المغناطيسية :
وهي المواد التي لا تنجذب نحو المغناطيس ، مثل النحاس والخشب والزجاج ، وقد بيّنت التجارب أنه إذا استعملنا مغانط قوية جدًا ، فإن هذه المواد تتأثر تأثرًا طفيفًا بهذه المغانط ، وتصنف هذه المواد إلى قسمين :
2- يسمى أحدهما المواد شبه المغناطيسية أو بارا مغناطيسية
2- والقسم الآخر يسمى دايا مغناطيسية.
المغناطيس الطبيعي :
معدن يستخرج من الحجر المغناطيسي وله تركيب كيميائي يعرف باسم الماجنتايت أو أكسيد الحديد المغناطيسي Fe3O4 وهو أسود اللون ، ويجذب إليه المواد المغناطيسية وخصوصًا الحديد والنيكل والكوبلت وخلائطها ، كما أنه إذا علق تعليقا حرًا بحيث تسهل حركته في مستوى أفقي فإنه يتحرك إلى أن يستقر تمامًا في اتجاه الشمال والجنوب المغناطيسيين .وهذا النوع ليس له شكل محدد أو شدة محددة ، وقد استخدمه الناس قديمًا لصنع البوصلة. ولم تعد هناك أهمية عملية للحجر المغناطيسي هذه الأيام حيث تستخدم بدلاً منه مواد مغناطيسية صناعية منتجة من الحديد أو سبائك خاص تعطي مغناطيسات قوية.
المغناطيس الصناعي
تستخدم المغناطيسات في حياتنا في أغراض متعددة ، ولا يصلح المغناطيس الطبيعي لذلك ، لصعوبة تشكيله ولضعفه ، والمغناطيسات التي نستخدمها كلها مغناطيسات صناعية ، وتصنع من الصلب أو من إحدى سبائك الحديد ، وتشكل أولاً بالشكل المطلوب ثم تمغنط بإحدى طرق المغنطة ومع الزمن استطاع الانسان صنع مغناطيسات بأشكال مختلفة ، فمنها ما هو على شكل حذاء الفرس ، ومنها ما هو على شكل قضيب مسطح ، ومنها الاسطواني الشكل كما توجد مغناطيسات على شكل حلقات ، وأخرى على شكل حرف U
ويتميز المغناطيس الصناعي عن حجر المغناطيس بالآتي
1- يمكن التحكم في شكله تبعا للغرض المراد استخدامه فيه.
2- يمكن التحكم في قوته المغناطيسية.
طرق حفظ المغناطيسيات في المختبر
تتأثر بعض المواد الكيماوية ، ويمكن أن ينتج نتجة لتأثرها نتائج عكسية أثناء عملية التصنيف ، ويمكن أن نقول عملية التخزين داخل الدواليب ، بمعني يجب فصل المواد حسب درجة تأثرها وحساسيتها للمواد الأخرى ، وهذا نظام ويمكن أن يكون قاعدة متبعة في مختبر الكيمياء ولكن أيضا في مختبر الفيزياء هنال أدوات تبلغ من الحساسية والتأثر ما قد يعادل تفاعل المواد مع بعضها ، دعونا نقوم بجولة على التصنيفات الموجودة داخل مختبر الفيزياء ونطرق باب المغناطيسية لنتعرف على أدواتها وطرق تخزينها والعوامل التى قد تضر بها .
لو لاحظنا فجميع الاصناف التابعة للمغناطيسية عبارة عن مغناطيس، ولكن هناك صنف مختلف حساس ويتأثر بالأصناف الموجودة حوله آلا وهي البوصلة .
البوصلة المغناطيسية
إذا كنت تحمل بوصلة فإنك تراها تتجة نحو القطب الشمالى أينما تتجه نحو القطب الشمالي ، أينما كنت وافقا على سطح الأرض وهذا أمر مدهش فعلا ، تصور أنك في منتصف المحيط وتنظر حولك في جميع الأتجاهات ولا ترى سوى الماء والجو ملبد بالغيوم ولا تستطيع رؤية الشمس فكيف ستعرف أين ستتجة لو لم تكن لديك بوصلة .
قبل اختراع الأقمار الصناعية التى تحدد المواقع في جميع انحاء العالم وقبل ظهور وسائل الملاحة الأخرى المتطورة تقنيا بوقت طويل كانت البوصلة تمثل طريقة سهلة ورخيصة لتحديد الموقع والوجهه . ولكن ما الذي يجعل البوصلة تعمل بهذا الشكل ؟ ولماذا تفيد في اكتشاف المجالات المغناطيسية الضعيفة ؟
البوصلة آداة بسيطة إلى حد كبير ، وتتألف البوصلة المغناطيسية من مغناطيس صغير خفيف الوزن موضوع بشكل متوازن على نقطة مجوفة تستطيع الدوران دون أي احتكاك تقريبا ويسمي هذا المغناطيس بالأبرة ويكتب على أحد أطرافها عادة N الذي يرمز إلى كلمة North أي شمال أو يلون هذا الطرف بطريقة تشير إلي إنه باتجاه الشمال ، وهذا كل ما نراه على سطح البوصلة .
إن الطريقة التى تعمل بها البوصلة أكثر إثارة من شكلها البسيط ولكي نفهم طريقة عملها يمكننا أن نتصور أن في داخل الكرة الأرضية قضيبا مغناطيسيا هائلا ، ولتفسير توجه طرف إبرة البوصلة الشمالي نحو القطب الشمالي علينا أن نفترض ان الطرف الجنوبي للقضيب المغناطيسي داخل الأرض موجود في القطب الشمالي وإذا تصورنا الكرة الأرضية بهذا الشكل ندرك أن القاعدة الفيزيائية المتعلقة بالمغناطيس التى تقول إن " القطبان المختلفان يتجاذبان " وهي التي تتسبب في توجه الطرف الشمالي لإبرة البوصلة نحو الطرف الجنوبي للقضيب المغناطيسي المفترض داخل الأرض ، وحتى نكون أكثر دقة فإن القضيب المغناطيسي لا يمر تماما في موازاة المحور الدوراني للأرض إنما يميل بشكل بسيط عن المركز وهذا الإنحراف يسمى " الميل الزاوي " ومعظم الخرائط الجيدة تشير إلى مقدار الميل الزاوي في مناطق مختلفة في العالم إذ إنه يتغير بشكل بسيط وذلك حسب موقعك على الأرض .
إن المجال المغناطيسي للأرض ضعيف نسبيا على السطح فقطر الأرض يصل إلى نحو 12875 كيلومترا لذلك على المجال المغناطيسي السير طريقا طويلة ليؤثر في البوصلة ، ولهذا السبب ينبغي أن يكون في البوصلة مغناطيس بوزن خفيف وسطح ارتكاز خال من الإحتكاك وإلا فلن تستطيع طاقة المجال المغناطيسي التي تصل إليها تدوير ابرة . إن وجود " قضيب مغناطيسي هائل " هو مجرد تصور وتشبيه جزئي لتفسير وجود مغناطيس في الأرض فما الذي يحصل في الواقع ؟
لا أحد يعلم بالتحديد ، إلا أن هناك نظرية ما زالت في طور الدراسة والبحث تقول إن مركز الأرض يتألف بشكل أساسي من حديد مصهور ، ويكون الضغط في الجزء المركزي هذا هائلا بحيث يتبلور الحديد الساخن جدا ويتحول إلى حالة صلبة ، ويتسبب النقل الحراري الناتج عن الشعاع الحراري من المركز إضافة إلى دوران الأرض في حرك الحديد السائل بشكل دوراني
ويعتقد ان هذه القوى الدورانية في طبقة الحديد السائل تؤدي إلى توليد قوى مغناطيسية ضعيفة حول محور الدوران ، وتعتبر البوصلة مجرد كاشف لهذا المجال المغناطيسي الضعيف أو أى مجال مغناطيسي ناتج عن أى شيء آخر مثل المجال المغناطيسي الضعيف الناتج عن سلك يحمل تيارا .
كيف تصنع بوصلة مغناطيسية
إذا لم تكن لديك بوصلة يمكنك صنع واحدة كما يفعل الناس قبل مئات السنين وستحتاج إلى المواد التالية :
· إبرة أو اي قطعة معدنية أخرى مصنوعة من الصلب تشبة السلك ( مثل مشبك أوراق يسوى على شكل خط مستقيم .
· شيء صغير يطفو على سطح الماء مثل قطعة فلين أو قاع كأس مصنوع من مادة السيترابور أو قطعة من البلاستيك .
· طبق مقعر قطرة بين 23-30 سم يوضع فيه نحو 2.5 سم ماء .
الخطوة الولى هي تحويل الإبرة إلى مغناطيس والطريقة الأسهل تكون بواسطة مغناطيس آخر وذلك بتمرير المغناطيس على طول الإبرة بشكل متكرر (10-12) مرة .
ضع قطعة الفلين التى تطفو على سطح الماء في منتصف الطبق وهذه طريقة سهلة لتوفير سطح ارتكاز دون احتكاك يذكر ، ضع افبرة الممغنطة على قطعة الفلين وستتوجة بشكل بطيء جدا نحو الشمال وهذه هي البوصلة .
طـــــــــــرق التخزين
إذ أن تخزين البوصلة يجب أن يكون بعيدا عن المغناطيسيات لأنها شديدة التأثر وكذلك ممكن أن تفقد طبيعة وظيفتها إذ يجب تخزينها بطريقة دائرية حفاظا عليها .
أما المغناطيس متوازي المسطيلات فيجب وضعة داخل العبوات بطريقة عكسية الأقطاب بمعني القطب الشمالى مع الجنوبي والجنوبي مع الشمالى ووضع قطعة معدنية في نهاية كل طرف للحفاظ على مغنطتة لفترة طويلة وكذلك الحال بالنسبة لبقية المغناطيسيات ( حذاء الفرس ، حرف U ، الاسطواني ) ، أما بالنسبة للإبر المغناطيسية فيجب وضعها بطريقة دائرية كذلك .
