المغناطيس
يعتبر حجر المغناطيس من خامات الحديد المُمغنط، وهو عنصر أساسي ضمن مكونات الصخور النارية، ويشتهر بأنه من المعادن المنتشرة في الطبيعة. لقد كان حجر المغناطيس معروفًا منذ العصور القديمة، بفضل قوته المغناطيسية التي تؤثر على ذرات مواد معينة، مما يؤدي إلى جذبها أو تنافرها؛ حيث يُعد الحديد من أبرز المواد التي تتأثر به.
تشكل حجارة المغناطيس في ظروف غامضة، ولكن يُعتقد أن مصدرها يعود إلى أكاسيد الحديد الأسود والماغمايت، حيث تحتفظ هذه الأحجار بمغناطيسيتها بشكل مستمر. وتُشير بعض النظريات إلى أن القوة المغناطيسية لحجارة المغناطيس مستمدة من المجال المغناطيسي القوي الناتج عن الصواعق، مما يعزز الفكرة القائلة بأن هذه الأحجار توجد على سطح الأرض وليست في باطنها. في الطبيعة، يوجد مركبان يحتويان على خواص مغناطيسية طبيعية، هما: أكسيد الحديد الأسود (Fe3O4) والبيروتيت.
تاريخ اكتشاف المغناطيس
يعود اكتشاف المغناطيس (بالإنجليزية: Magnet) إلى العصور القديمة، حيث تمكنت حضارات مثل اليونانية والصينية وشعب الأولمك من التعرف عليه واستخدامه. وقد قدر العالم الأمريكي جون كارلسون أن شعوب الأولمك، التي عاشت في أمريكا الجنوبية قبل 1000 سنة قبل الميلاد، استخدمت المغناطيس لتحديد الاتجاهات وبناء المعابد. كان العالم اليوناني طاليس من ميلة هو أول من أدرك قوة جذب المغناطيس للحديد، وبعده أطلق اليونانيون على هذا الحجر اسم “الحجر العجيب”. وفي القرن الرابع قبل الميلاد، أظهرت الحضارة الصينية معرفة بالمغناطيس، حيث ذكرته في كتاب قائد وادي الشياطين، واستُخدم في الملاحة البحرية خلال العصور الوسطى.
المغناطيس في الحضارة العربية
في كتاب “الجماهر في معرفة الجواهر” للبيروني، تم تقديم شرح مفصل حول المغناطيس وخصائصه مقارنة بالعنبر. يُعتبر الجذب المغناطيسي القاسم المشترك الأكبر بينهما، لكن المغناطيس يظهر بقوة جذب أكبر. أشار البيروني إلى أن الأمم القديمة اعتمدت على الحديد في صنع السفن واستخدامها، بينما قام الصينيون باستخدام الألواح الخشبية من خشب الزيتون في صناعة سفنهم لتفادي جذبها إلى قاع مياه بحر الصين، حيث يتواجد الحجر المغناطيسي بكثرة.
أصل تسمية المغناطيس
توجد روايتان تُفسّران سبب تسمية المغناطيس بهذا الاسم: الأولى تُعزى إلى منطقة مغنيسيا في آسيا الصغرى قرب تركيا، حيث وُجدت الأحجار المغناطيسية لأول مرة. أما الرواية الثانية فتتحدث عن راعي أغنام يُدعى ماغنس، الذي لاحظ انجذاب عصاه المعدنية نحو أحجار معينة، مما أدى إلى اكتشافه. وتم تسمية تلك الأحجار “المغنتيت” نسبةً إليه.
أنواع المغناطيس
يمكن تصنيف المغناطيس إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
- المغناطيس الدائم: يتميز هذا النوع بإنتاج مجالات جذب دون الحاجة إلى أي مصدر خارجي أو تيار كهربائي، حيث يكون مغناطيسيًا بطبيعته. يختلف تركيب المغناطيس الدائم من مادة لأخرى، ولكل نوع خصائصه الفريدة وقوة جاذبيته الخاصة.
- المغناطيس المؤقت: هو مادة غير مغناطيسية تصبح مغناطيسية عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي، لكنها تفقد هذه الخاصية بمجرد زوال التأثير.
- المغناطيس الكهربائي: يتكون هذا النوع من خلال لف الحديد بسلك موصل ومعزول، ثم تمرير تيار كهربائي عبره.
خصائص المغناطيس
اتفق علماء الفيزياء على مجموعة من الخصائص العامة للمغناطيس، ومن ضمنها:
- المجال المغناطيسي: الذي يُعرف أيضًا بالحقل المغناطيسي، هو القوة المغناطيسية المنبعثة من المنطقة المحيطة بالمغناطيس. يمكن اكتشاف هذا المجال من خلال وضع قضيب مغناطيسي على ورقة ونثر بُرادة الحديد عليها، فتترتب في خطوط دائرية من الشمال للجنوب.
- المغناطيسية: تُعرف بأنها متجهة، ويمكن قياس قيمتها اعتمادًا على العزم المغناطيسي.
- الأقطاب: يتكون المغناطيس من قطبين هما الشمالي والجنوبي، حيث يُستخدم الرمز (N,S) للدلالة على القطبين. يُميز اللون الأحمر القطب الشمالي، في حين يعطي اللون الأزرق دلالة على القطب الجنوبي. تختلف الأقطاب في حالة اختلافها، حيث تتجاذب؛ في حين أن التشابه يؤدي إلى التنافر.
- الحركة الأفقية: يميل المغناطيس للحركة أفقيا نحو الشمال المغناطيسي عند تعليقه بحرية، حيث يستمر في الحركة حتى يتماشى محوره مع خط الزوال المغناطيسي للأرض.
- قوة جذب المغناطيس: تُعد الأطراف هي الأقوى جذباً، إذ أن المنطقة الوسطى تُعرف بالمنطقة الحيادية، التي تتميز بضعف قوة الجذب.
- تساوي قوة الأقطاب: تعتبر قوة جذب القطبين الشمالي والجنوبي متساوية بلا أي اختلاف.
استخدامات المغناطيس
تتعدد استخدامات المغناطيس في الصناعات الحديثة، ومنها:
- رفع الأوزان الثقيلة مثل الحديد والفولاذ في مواقع ردم النفايات والقطع الخردة.
- صناعة المحركات الكهربائية، والأجراس الكهربائية، والدينامو، والملفّات اللولبية، ومُعجِّلات الجسيمات.
- تثبيت هياكل القطارات المغناطيسية، وذلك من خلال الاستفادة من القوى الناتجة عن التيار الكهربائي والمغناطيس.
- يستخدم في المجال الطبي، حيث يُعتبر جهاز الرنين المغناطيسي من الأجهزة المهمة لتشخيص الحالات الطبية بدقة أعلى مقارنة بالأشعة السينية.
- تطبيقات إلكترونية ضمن صناعة مكبّرات الصوت، والميكروفونات، وأجهزة قراءة أشرطة الفيديو.
فيديو: ماذا تعرف عن المغناطيس؟
لمزيد من المعلومات حول المغناطيس، يمكنك مشاهدة الفيديو.