الرئيسية » الموسوعة الكيميائية » المغناطيسية Magnetism

المغناطيسية Magnetism

مجموعة من الظواهر المرتبطة بالمجال المغناطيسي وهي إحدى القوى الأساسية للطبيعة. تنتج القوى المغناطيسية من خلال حركة الجسيمات المشحونة مثل الألكترونات و هذا يدل على العلاقة الوثيقة بين الكهرباء و المغناطيسية. و الإطار الذي يجمع كلا القوتين يندرج تحت نظرية تعرف باسم النظرية الكهرمغناطيسية . و الدليل الاكثر ألفة على وجود المغناطيسية هي قوى التجاذب أو التنافر بين المواد المغناطيسية مثل الحديد . و هناك ظواهر للمغناطيسية غير ملحوظة توجد في المادة ايضا . و مثل تلك الظواهر اعطت اشارات هامة حول التركيب الذري للمادة .

و ظاهرة المغناطيسية عرفت منذ قديم الزمن. فمعدن اللوديستون و هو عباره عن اكسيد الحديد و يتميز بقابليته لجذب الاجسام نحوه عرف من قبل الأغريق و الرومان و الصينيين . فعندما تلتصق قطعة من الحديد باللوديستون فإن هذه  القطعة تصبح مغناطيسا أيضا .  و في القرن الثالث عشر قام العالم الفرنسي بيتروس بريجرينوس بوضع عدة نظريات حول المغناطيسية و التي درست طوال الثلاثمائة سنة التالية و في عام 1600 قام العالم البريطاني ويليام جيلبيرت بوضع كتاب حول المغناطيسية اعتمد فيه على الطرق العلمية لدراسة الكهربائية و المغناطيسية و في عام 1750 قام الجيولوجي البريطاني جون مايكل باختراع ميزان ساعده في دراسة القوى المغناطيسية و اثبت بان قوى التجاذب و التنافر تقل كلما زادت المسافة بين الاقطاب الممغنطة .

في اواخر القرن الثامن عشر و بدايات القرن التاسع عشر تم دراسة المغناطيسية و الكهربائية بالتزامن و بنفس الوقت تقريبا و في عام 1819 اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانس كريستيان اورستيد اكتشافا هاما تمثل بتأثير المجال الكهربائي على ابره مغناطيسية حيث استطاع المجال الكهربائي المار خلال سلك بتغير اتجاه ابرة مغناطيسية . وقد اتبع ذلك الاكتشاف دراسات قام بها العالم الفرنسي اندري امبير و الفيزيائي الفرنسي دومينيك فرانسوا جين أرجو حيث استطاع الاخير بمغنطة قطعة من الحديد من خلال وضعها بالقرب من سلك يحمل شحنة كهربائية . و في عام 1831 اكتشف العالم الانجليزي مايكل فراداي بأن حركة مغناطيس بالقرب من سلك ما يدل على وجود تيار كهربائي بذلك السلك ، و هو عكس التأثير الذي أكتشفه أوريستيد ، حيث أوضح أوريستيد بأن التيار الكهربائي يولد مجالا مغناطيسيا ، بينما أثبت فراداي بان المجال المغناطيسي يمكن أن يستعمل لتوليد التيار الكهربائي . اما العلاقة الكاملة بين الكهرباء و المغناطيسية فقد قام باكتشافها الفيزيائي الأنجليزي جيمس كليرك ماكسويل الذي قام باكتشاف الموجات الكهرمغناطيسية و عرف الضوء كظاهرة كهرمغناطيسية .

لاحقا ركزت دراسات المغناطيسية و بشكل مكثف على تركيب الذرة و الخصائص المغناطيسية للمادة . ففي عام 1905 اعلن الفيزيائي الفرنسي بول لانجفين نظرية حول تاثير درجة الحرارة على خصائص البارامغناطيسات و التي اعتمدت على التركيب الذري للمادة . و هذه النظرية مثال على اعتماد الخواص العامة للمادة على الخصائص العامة للإلكترونات و الذرات . و قد قام الفيزيائي الفرنسي بيير ارنيست ويس بتوضيح نظرية لانجفين و الذي افترض وجود مجال مغناطيسي داخلى ( جزيئي ) في بعض المواد مثل الحديد ، و عند اقران  هذا الأفتراض  بنظرية لانجفين  فإنه يمكن تفسير خصائص المواد المغناطيسية القوية مثل اللوديستون .

و بعد نظرية ويس تم شرح الخصائص المغناطيسية بالتفصيل الموسع ، فنظرية الفيزيائي الدنماركي نيلز بور مثلا ، اعطت توضيحا مناسبا للجدول الدوري و بينت سبب وجود المغناطيسية في العناصر الانتقالية مثل الحديد و في العناصر الأرضية النادرة أو في المركبات التي تحتوي مثل تلك العناصر . و قد بينا الفيزيائيين الأمريكيين صمويل إبراهام جوديشميت و جورج أوجين أولينبيك في عام 1925 بأن الإلكترون بحد ذاته يمتلك  حركة مغزلية خاصة به  و انه يسلك سلوك و كأنه مغناطيس صغير . و في عام 1927 قام الفيزيائي الألماني ويرنير هايزنبيرج بشرح نظرية ويس للمجال المغناطيسي اعتمادا على نظرية الكم الميكانيكية الجديدة في ذلك الوقت . و الأجسام مثل قضيب مغناطيس أو سلك يحمل تيارا كهربائيا يمكن أن يؤثر على المواد المغناطيسية الاخرى بدون ان تتصل بها مباشرة بسبب كون الأجسام المغناطيسية تنتج ما يعرف باسم المجال المغناطيسي و عادة ما توضح المجالات المغناطيسية من خلال خطوط التدفق المغناطيسي . فالمجلات المغناطيسية تؤثر على المواد المغناطيسية و أيضا تؤثر على الدقائق المشحونة التي تتحرك خلال المجال المغناطيسي .

و المواد المغناطيسية يمكن أن تصنف إلى ديامغناطيسية و بارامغناطيسية و فيرومغناطيسية . فالمواد الديامغناطيسية عند وضعها في مجال مغناطيسي يتولد بداخلها عزم مغناطيسي يكون اتجاهه معاكسا لاتجاه المجال المغناطيسي . ومثل هذه الخاصية  تفسر على كونها نتيجة للتيارات الكهربائية التي تتولد في الذرات و الجزيئات المفردة و مثل هذه التيارات طبقا لقانون أمبير تنتج عزم مغناطيسي يكون معاكسا للمجال المغمناطيسي الذي توضع فيه . و العديد من المواد تمتلك خاصية الديامغناطيسية و من اشهرها البزموث الفلزي و الجزيئات العضوية مثل البنزين التي تمتلك تركيب حلقي مما يساعدها على تكوين تيارات كهربائية .

اما في المواد البارامغناطيسية فإن وحدة بناء المادة و هي الذرات تمتلك عزوم مغناطيسية موزعة بطريقة عشوائية في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، و عند تطبيق مجال خارجي فغن اتجاه العزوم للذرات المكونة للمادة تتوافق مع اتجاه خطوط المجال المغناطيسي و بالتالي يضاف العزم المغناطيسي الكلي إلى المجال المغناطيسي . و عادة تحتوي المواد البارامغناطيسية على فلزات انتقالية أو عناصر أرضية نادرة التي تمتلك ألكترونات مفردة . و تتميز البارامغناطيسية في المواد اللافلزية باعتمادها على درجة الحرارة ، أي ان شدة العزم المغناطيسي المحصل يتغير عكسيا مع درجة الحرارة .

أما في المواد الفرومغناطيسية فإن العزوم المغناطيسية للذرات و الجزيئات المكونة للمادة تكةن مرتبة ذاتيا في حالة عدم وجود مجال خارجي و تتميز هذه المواد بخاصية جذب الاجسام الاخرى نحوها و حاليا تدخل المواد الفيرومغناطيسية في العديد من الصناعات مثل المولدات الكهربائية و مكبرات الصوت و الهواتف و غيرها . الفيرومفناطيسية هي نوع من المغناطيسية و المرتبطة مع الحديد و الكوبالت و النيكل و بعض المركبات او السبائك التي تحتوي على احد تلك العناصر .كما انها توجد في الجادولينيوم و بعض العناصر الارضية النادرة الاخرى . و بالمقارنة مع مواد اخرى فإن المواد الفيرومغناطيسية تتمغنط بسهولة و بوجود مجال مغناطيسي قوي تصل درجة المغناطيسية إلى مستوى معين يعرف بالتشبع . فعند التعرض لمجال مغناطيسي و من ثم ازالته فإن المغناطيسية لا تعود إلى قيمتها الأصلية و هذه الظاهرة تعرف باسم التخلفية .و عند تسخينها لدرجة حرارة معينة تعرف باسم درجة حرارة كيوري و هي مختلفة من مادة لأخرى ، فإن المواد الفيرومغناطيسية تفقد بعضا من خصائصها و تتوقف عن التمغنط و لكن عند تبريدها ترجع لسيرتها الأولى . يرجع سبب المغناطيسية في المواد الفيرومغناطيسية إلى طريقة ترتيب الذرات التي تحتويها و التي تعمل و كأنها مغناطيسات عنصرية .و يمكن تفسير الفيرومغناطيسية على أساس أن بعض الذرات تمتلك عزم مغناطيسي و ذلك بسبب دوران الإلكتون حول النواة و بسبب غزل الإلكترون حول محوره .فعند درجة حرارة اقل من درجة حرارة كيوري تكون الذرات مرتبة بطريقة معينة بحيث تكون جميعا متجه بنفس الاتجاه بحيث مجالاتها المغناطيسية تعزز احداها الآخر .فمن شروط توفر الفيرومغناطيسية هو أن يكون للذرات عزم مغناطيسي و الشرط الثاني أن تكون مرتبة بطريقة متوازية لبعضها البعض مما يعزز احداها الآخر . أي أن ، يتجه ثنائي القطب الذري إلى نفس الاتجاه الذي تتجه إليه الثنائيات المجاورة .

و خلال السنوات الاخيرة و نتيجة للفهم الدقيق لتركيب الذرة و الخصائص المغناطيسية تم اكتشاف المزيد من الانواع المغناطيسية .فبعض الفلزات و السبائك و املاح بعض العناصر الانتقالية اظهرت نوعا جديد من المغناطيسية يعرف باسم الأنتيفيرومغناطيسية و هذه الظاهرة تحدث عند درجة حرارة معينة تعرف باسم درجة حرارة نيل . و يوجد نوع خامس للمغناطيسية يعرف باسم الفيريمغناطيسية و هو نوع مرتبط بالمواد الفيريتية .

Share this post:

مقالات قد تفيدك :

عن Akram Amir El Ali

استاذ الكيمياء التحليلية ومصمم غرافيك

شاهد أيضاً

ماذا يعني الرمز TC الموجود على الدورق الحجمي و الرمز TD الموجود على الماصة؟

يمكن تقسيم الأدوات الزجاجية الحجمية إلى فئتين: تلك المصممة لاحتواء كمية محددة من السائل وتلك …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.