تاريخ اكتشاف المغناطيس وأنواعه واستخداماته

حجر المغناطيس هو عبارة عن خام الحديد الممغنط, حيث أنه عبارة عن مكون أساسي وأولي من ضمن مكونات الصخور النارية، فهو من المعادن التي تتميز بأنها واسعة الانتشار في الطبيعة.يعتبر المغناطيس من المعادن التي ظهرت منذ القدم حيث أنه له قوة مغناطيسية يمكنها أن تقوم بالتأثير علي ذرات مواد محددة فيمكن أن يحدث لها انجذاب أو تنافر, فالحديد من المعادن التي تتأثر بالمغناطيس، وفيما يلي في موقع مفاهيم نتعرف على بحث كامل حول المغناطيس، تابعونا.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• تعريف المغناطيس
• معلومات عن المغناطيس للأطفال
• تاريخ اكتشاف المغناطيس
• مغناطيس عند العرب
• سبب تسمية المغناطيس بهذا الاسم
• كيف يصنع المغناطيس؟
• أهم أنواع معدن مغناطيس
• خصائص مغناطيس
  • المجال المغناطيسي
  • المغناطيسية
  • أقطاب المغناطيس
  • الحركة الأفقية للمعناطيس
  • قوة جذبة
  • تساوي قوى قطبييه
• أهم استخدامات المغناطيس
• أهم الأسئلة التي يطرحها الآخرون
  • ماذا يجذب المغناطيس؟
  • لماذا يتنافر قطبي المغناطيس؟
  • ما هي المعادن التي لا تنجذب للمغناطيس؟
  • من هو مخترع المغناطيس الكهربائي؟

تعريف المغناطيس

تعريف المغناطيس (Magnet) بأنه : من المعادن التي تم اكتشافها منذ القدم حيث أنه يرجع إلى العصور القديمة حيث أن الحضارات اليونانية والصينية وشعوب الأولمك التي عاشت في العصور القديمة تمكنوا من القيام باكتشافه واستطاعوا استخدامه، والمغناطيس هي مادة تجذب إليها المعادن وخاصة الحديد، ويمتلك المغناطيس إلكترونات تدور في مدارات غير محددة وعادة ما يشبه المغناطيس شكل حدوة الحصان، حرف U مقلوب، ويمتلك المغناطيس قطبين أحدهما شمالي وأخر جنوبي، ومن خصائصه أن الأقطاب المتشابهة تتنافر والأقطاب المختلفة تتجاذب، والتركيب الكيميائي للمغناطيس الطبيعي هو أكسيد الحديد (Fe3O4).

معلومات عن المغناطيس للأطفال

• يوجد المجال المغناطيسي حولنا في كل مكان على كوكب الأرض، والمغناطيس عبارة عن صخور أو معادن تخلق حقلًا غير مرئي حول نفسها، ومتواجد في جميع الأجهزة التي يستخدمها الإنسان بشكل يومي المراوح الغسالات، وغيرها.
• الكائنات الحية مكونة من النواة التي تتكون من نيوترونات وبروتونات، وتدور حولها الإلكترونات هذه الإلكترونات تخلق مجالًا مغناطيسيًا، كما ينتج المجال المغناطيسي من حجر أكسيد الحديد الأسود، هذا بالإضافة إلى أن التيارات الكهربائية تنتج مجالًا مغناطيسيًا.
• هناك بعض كواكب المجموعة الشمسية التي تمتلك مجالًا مغناطيسيًا مثل زحل والمشتري ونبتون وأورانوس.
• هناك بعض القطارات فائقة السرعة التي تعتمد على القوة الكهرومغناطيسية في الحصول على هذه السرعة من خلال السير فوق المسار مما يقلل الاحتكاك ويزيد السرعة.
• الوحدة المستخدمة لقياس قوة المغناطيس تسمى غاوس أو تسلا.

تاريخ اكتشاف المغناطيس

• حيث أن العالم الأمريكي جون كارلسون قال أن شعوب الأولمك التي عاشت قبل 1000 سنة قبل الميلاد في أمريكا الجنوبية قاموا باستخدام Magnet في القيام بتحديد الاتجاهات وأيضا بناء المعابد.
• ولكن العالم الذي تمكن من معرفة قوة جذب Magnet للحديد هو العالم اليوناني طاليس مليتوس الذي عاش في القرن السادس قبل الميلاد.
• ثم بعد ذلك قام اليونانيون بإطلاق اسم الحجر العجيب علي هذا الحجر، وفي خلال القرن الرابع قبل الميلاد تمكنت الحضارة الصينية من معرفة تلك المادة.
• حيث تم ذكره في كتاب قائد وادي الشياطين حيث أن الصينيون قاموا باستخدامه في الملاحة البحرية في العصور الوسطى.
• كما أن هناك رواية أخرى تشير إلى أن اكتشاف المغناطيس يعود إلى راعي غنم يطلق عليه "ماغنس" كان يرعى أغنامه وفي يده عصاه يهش بها على غنمه في نهايتها جزء حديدي، وكذلك اشتبكت مسامير حديدة في جذائه، وبينما يسير على صخور سوداء وجد أن شيء ما يجذب قدميه وعصاه نحو الصخور، وقد قرر أن يعرف السبب فقام بالحفر في الأرض ووجد حجارة سوداء تحتوي على عنصر أكسيد الحديد المكون الأساسي للمغناطيس.

مغناطيس عند العرب

في كتاب الجماهر في معرفة الجواهر للبيروني قام بشرح مفصل حول Magnet ووضح أيضا الصفات المشتركة بينه وبين العنبر، ومن أهم ما توصل إليه العرب عنه الأتي:

• حيث أن قوة الجذب هي القاسم المشترك الأكبر الذي يوجد بينهما, ولكن يجب العلم بأن للمغناطيس قوة جذب أكبر بكثير.
• حيث وضح البيروني أن الأمم السابقة قامت بالاعتماد على الحديد في صنع السفن لكي يتم الإبحار بها، ولكن الصينيين صنعوا السفن من الألواح الخشبية التي يتم صنعها من خشب الزيتون وكان ذلك لكي يتم تفادي جذب هذه السفن إلى القاع المياه في بحر الصين.
• لأن في قاع بحر الصين ينتشر الكثير من الحجر المغناطيسي.

سبب تسمية المغناطيس بهذا الاسم

يرجع أمر تسمية Magnet بهذا الاسم إلى روايتان وهما :

1. ترجع إلى منطقة في آسيا الصُغرى كانت قريبة من تركيا وكانت وتسمى بمغنيسيا حيث عثر بها علي حجارة مغناطيسية لأول مر
2. والأخرى تعود إلى راعي أغنام كان يسمي ماغنس، حيث أنه لاحظ انجذاب عصاه المعدنية لحجارة معينة وأيضا انجذاب المسامير التي توجد في حذائه بشدة تجاه الصخور السوداء حيث سميت هذه الصخور بالمغنتيت نسبة إلى الراعي الذي قام باكتشافها.

كيف يصنع المغناطيس؟

هناك حجر المغناطيس الطبيعي الذي يتم استخراجه من الأرض، كما يمكن صناعة المغناطيس باستخدام التجاذب المغناطيسي بين المعادن، خاصة أن المجال المغناطيسي يحاط بنا على كوكب الأرض، وبدون تصعب الحياة، مما في الكواكب الأخرى التي تنعدم فيها الجاذبية، وهناك تجربة بسيطة يمكن القيام بها لصنع مغناطيس ذات جهد عالي.

تتمثل طريقة صناعة المغناطيس فيما يلي:

• يتم إحضار بطارية وسلك نحاس عليه طبقة بلاستيكية للعزل، ومسمار، وأداة لكشط المادة العزل على السلك.
• في نهاية طرفي السلك يتم إزالة جزء بسيط من الطبقة البلاستيكية العازلة وتوصيل أحدهما للبطارية والأخرى في المسمار، ولكن يرجى ربط السلك بطريقة منظمة حول المسمار لضمان سير الممغنط بشكل مستقيم والتأثير الجيد.
• بعد تثبيت السلك في المسمار، يتم تأكيد لف طرفي السلك الأخر على البطارية من خلال وضع لاصق، وفي تلك الحالة يكون المغناطيس جاهز للعمل وجذب الأشياء والمعادن نحوه.

أهم أنواع معدن مغناطيس

توجد أنواع عديدة من هذا المعدن، ومن أهمها الأتي:

1.الدائم:

• توجد في هذا Magnet العديد من مجالات جذب من دون الحاجة لأي مصدر خارجي أو قوة ما أو تيار كهربائي.
• فيجب العلم بأنه مغناطيس يتميز بطبيعته، حيث تختلف أنواع المواد التي يتشكل منها Magnet الدائم ولكن لكل نوع منها خصائص فريدة وقوة جذب تختلف عن الأنواع الأخرى.

2. المؤقت:

• هي مادة مغناطيسية تكون مثل Magnet عندما تتأثر بمجال مغناطيسي خارجي، ويتم فقد هذه الخاصية عندما يزول تأثير هذا المجال.

3. الكهربائي:

• هذا النوع يعمل علي تحويل الحديد إلى مغناطيس, فهذا يكون من خلال القيام بلفه بسلك موصل ومعزول ثم يتم تمرير التيار الكهربائي في هذا السلك.

خصائص مغناطيس

تتعدد السمات والخصائص المميزة لهذا المعدن، ومن أهمها الأتي:

المجال المغناطيسي

• يسمي أيضا هذا المجال بالحقل المغناطيسي والحث المغناطيسي فهو يكون عبارة عن القوة المغناطيسية التي يتم توليدها في المجال الذي يكون محيط ب Magnet.
• حيث يمكن إجراء التجربة لكي يتم الكشف عن المجال المغناطيسي وتوزيعه، فهذا يكون من خلال القيام بوضع قضيب مغناطيسي على ورقة.
• ويتم بعد ذلك نثر مادة برادة الحديد عليها حيث يترتب علي البرادة في خطوط المجال الدائرية المتجهة من الشمال إلى الجنوب.
• ولكن تتعاكس خطوط المجال المغناطيسي الداخليّة مع الخطوط الخارجية فهي تتجه من الجنوب إلى الشمال داخل مغناطيس.

المغناطيسية

• تعرف المغناطيسية بأنها متجهة، حيث يمكن إيجاد قوتها وقيمتها من خلال الاعتماد على قيمة العزم المغناطيسي.

أقطاب المغناطيس

• يتكون Magnet وذلك يكون بغض النظر عن طوله أو حجمه من قطبين: شمالي وجنوبي، حيث يوجد الرمزين (N,S) على طرفي القضيب المغناطيسي لكي يدل علي الشمال (North)، والجنوب (South).
• حيث أن اللون الأحمر للمغناطيس الذي يكون هو القطب الشمالي, ولكن اللون الأزرق هو القطب الجنوبي.
• حيث أن هذه الأقطاب تتميز بأنها تتجاذب إذا كانت مختلفة حيث أن القطب الشمالي لمغناطيس ما سوف ينجذب تجاه القطب الجنوبي لمغناطيس آخر، ولكن في حالة تشابه الأقطاب فإنها سوف يحدث لها تنافر.

الحركة الأفقية للمعناطيس

• يجب العلم بأن Magnet يتميز بتحركه أفقيًا متجهًا إلى الشمال المغناطيسي عندما يتم وضعه بشكل حر, حيث عندما يتم تعليقه من المنتصف عند مركز ثقله سوف يبدأ في الحركة تجاه الجنوب والشمال.
• ولكنه سوف يبقي متحركًا حتي يصبح محوره متوازي مع خط الزوال المغناطيسي للكرة الأرضية, فسوف يصبح قطباه في هذه الحالة متجهين تجاه الشمال والجنوب المغناطيسيين.

قوة جذبة

• يجب العلم بأن طرفي Magnet هما الأقوى من حيث الجذب عندما يتم مقارنتها بباقي أجزائه, حيث يتكون Magnet من محور Magnet وهو الخط الذي يصل بين قطبي Magnet ويطلق على هذه المسافة اسم الطول الفعال للمغناطيس.
• حيث يرمز له بـ (2L)، ولكن البعد الذي يفصل بين طرفي Magnet يسمي بالطول الطبيعي للمغناطيس، وأيضا المنطقة التي تتوسط Magnet تتميز بأن قدرتها ضعيفة على الجذب كما أنها تسمي بالمنطقة الحيادية.

تساوي قوى قطبييه

• تتميز قوتي جذب القطبين الشمالي والجنوبي المغناطيسيين بأنهم متساويتين, حيث لا يوجد أي اختلاف فيما بينهما إطلاقًا.

أهم استخدامات المغناطيس

يتميز بانه له العديد من الاستخدامات في الصناعات الحديثة، فمن هذه الاستخدامات ما يلي :

البوصلة:

• لتحديد الأماكن والاتجاهات من خلال معرفة القطب الشمالي والجنوبي للمنطقة، وتتكون إبرة البوصلة من المغناطيس.

رفع الأثقال الحديدية وبعض الصناعات:

• يتم رفع أثقال حديدية أو فولاذية ثقيلة، مثل : (مناطق ردم النفايات، الخردوات)، وغيرها.
• يتم صناعة كلا من (المحركات الكهربائية، الأجراس الكهربائية، الدينامو، الملفات اللولبية، معجلات الجسيمات).

تثبيت هياكل القطارات المغناطيسية:

• يعد ذلك من أحد التطبيقات الهائلة التي توجد في علم الفيزياء, حيث أن التيار الكهربائي وMagnet هما المحركان الأساسيان لهذا التطبيق.
• حيث أنه يعتمد علي مواد ذات قدرة عالية على توصيل التيّار الكهربائي, لكي يتم التحكم في القطار بعمليات الجذب والتنافر التي تنشأ من القوة المغناطيسية.
• حيث يمكن أن تصل سرعة هذه القطارات إلى 431كم/ الساعة.

المجال الطبي:

• يجب العلم بأن جهاز الرنين المغناطيسي من أهم الأجهزة المغنطيسية التي يتم استخدامها في المجالات الطبية.
• فيجب العلم بأنه من أكثر الابتكارات التي قامت بالمساعدة على تقدم رؤية الأعضاء الداخلية التي توجد في الجسم أكثر من الأشعة السينية لكي يتم تشخيص حالة المريض الطبية.

الأجهزة الإلكترونية:

• يتم استخدامه في صناعة مكبرات الصوت الكهربائية والميكروفونات وأجهزة قراءة أشرطة الفيديو.

أهم الأسئلة التي يطرحها الآخرون

هناك العديد من التساؤلات التي يطرحها الأفراد حول المغناطيس، ومنها ما يلي:

ماذا يجذب المغناطيس؟

• ينجذب المغناطيس لبعض أنواع المعادن ومنها الحديد والنيكل والكوبالت والجادولينيوم والديسبروسيوم، كذلك تنجذب بعض الأحجار الكريمة الأصلية للمغناطيس، مثل حجر عين النمر، بعض أنواع العقيق، حجر الزبرجد، الألماس الصناعي، الجارنيت، الاكوامارين، وغيرها.

لماذا يتنافر قطبي المغناطيس؟

• يحتوي المغناطيس على قطب شمالي وأخر جنوبي والجدير بالذكر أن من من خصائص المغانط أن الأقطاب المتشابهة للمغناطيس تتنافر في حين أن الأقطاب المختلفة تتجاذب.

ما هي المعادن التي لا تنجذب للمغناطيس؟

• هناك العديد من المعادن التي لا تنجذب إلى المغناطيس، ومن هذه المعادن الذهب والفضة والنحاس والألمنيوم والقصدير، الرصاص، التيتانيوم، وغيرها.

من هو مخترع المغناطيس الكهربائي؟

• مخترع المغناطيس الكهربائي هو وليام جيلبرت ( 1544 -1603م) الذي كان له دراسات عديدة في الكهربائية والمجال المغناطيسي.
• كما توصل العالم الدنماركي هانز كريستيان أورستد عام 1820 إلى وجود أن التيارات الكهربائية تتسبب في إنتاج المجال المغناطيسي.
• ولكن الفيزيائي الإنجليزي وليام سترجن (1783-1850) أول من ابتكر مغناطيس كهربائي.