ما الذي يجعل مادة مغناطيسية؟

لا يمكن أن تكون أي مادة مغناطيسية. في الواقع ، من بين جميع العناصر المعروفة ، تمتلك حفنة فقط قدرة مغناطيسية وتختلف حسب الدرجة. أقوى المغناطيسات هي المغناطيسات الكهربائية ، التي تكتسب قوتها الجذابة فقط عندما يمر التيار خلالها. التيار هو حركة الإلكترونات ، والإلكترونات هي التي تجعل المواد مغناطيسية. هناك مواد مركبة مغناطيسية ، يشار إليها عادةً بالمواد الحديدية ، على الرغم من أنها ليست قوية مثل المغناطيسات الكهربائية.

بعبارات بسيطة ، فإن المغناطيسية تدور حول الإلكترونات. الإلكترونات أصغر من الجسيمات المجهرية التي تدور حول نواة الذرة. يتصرف كل إلكترون كمغناطيس صغير خاص به مع قطب شمالي وجنوبي. عندما تصطف إلكترونات الذرة في نفس الاتجاه ، إما تشير جميعها إلى الشمال أو تشير جميعها إلى الجنوب ، تصبح الذرة مغناطيسية. ولأن الإلكترونات تدور أو تدور حول نواة الذرة ، فمن الممكن أيضًا أن تمتلك الذرة عنصرًا مغناطيسيًا عندما لا تكون الأقطاب كلها في محاذاة بسبب دوران الإلكترونات ، مما يجعل الذرة تشبه إلى حد كبير الكهرومغناطيسية.

لا توجد عناصر ثابتة مغناطيسية بشكل طبيعي. هناك مواد تنجذب بقوة أكبر بواسطة المجالات المغناطيسية. المواد الأكثر جذبًا للمجال المغناطيسي هي الحديد والصلب. ومع ذلك ، هناك مخاليط نادرة من صنع الإنسان تؤدي إلى أن تصبح كهرومغناطيسية التعرض لمجال مغناطيسي قوي وحمل شحنة كهرومغناطيسية لفترات طويلة من زمن. نظرًا لقدرتها على الاحتفاظ بمجال مغناطيسي لفترات طويلة من الزمن ، فإنها تعتبر مغناطيسًا دائمًا. أقوى مادتين مغناطيسيتين دائمًا هما الحديد - النيوديميوم - البورون والألومنيوم - النيكل - الكوبالت.

يصعب شرح مجال المغناطيسية بدقة لأنه لا يزال هناك الكثير مما لا يفهمه العلم حول المجالات المغناطيسية. بعبارات بسيطة ، تُقاس المجالات المغناطيسية القوية بـ tesla ، والمجالات المغناطيسية الأكثر شيوعًا والأضعف بكثير الموجودة في أشياء مثل مكبرات الصوت الاستريو تُقاس بوحدة gauss. يتطلب الأمر 10000 جاوس لصنع تسلا واحد.

أسهل طريقة لوصفها هي التفكير في الجاذبية. تعتبر جاذبية الأرض حوالي 1 تسلا أو حوالي 10000 جاوس. يمكنك التفكير في القوة المغناطيسية للجاوس على أنها وزن ، أو مقدار القوة المؤثرة بواسطة الجاذبية. سوف يتطلب الأمر 50 ريشة لتساوي 1 جاوس من القوة تقاس بالوزن ، أو في هذه الحالة ، الجذب المغناطيسي. لا يمكن مساواة الوزن والقوة المغناطيسية بشكل مباشر ولكن يتم تقديمها كمثال لإعطاء إحساس بالسحب المغناطيسي أو قوة الجاوس.

يعرف العلماء أن الأرض لها خاصية مغناطيسية لأن قطعة الفولاذ أو الحديد العائمة ستشير دائمًا إلى الشمال المغناطيسي. هذا هو المكان الذي تلتقي فيه جميع خطوط الطول عند القطب الشمالي. بينما لا يمكن ممارسة القوة المغناطيسية على معظم السوائل ، إلا أنه يمكن نقلها إلى قلب الأرض ، والذي يتكون من الحديد المصهور. وهذا يعيدنا إلى الإلكترونات الدوارة. بينما تدور الأرض حول محورها ، كذلك يدور قلبها الحديدي المنصهر وجميع إلكتروناتها المشحونة كهربائيًا ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا. تدور الشمس أيضًا حول محورها ، وتنتج مادتها كبلازما (على غرار تناسق السائل) مجالها المغناطيسي.

مثل الأقطاب المغناطيسية تتنافر بينما تتجاذب الأقطاب المغناطيسية المعاكسة. يتم جذب المغناطيس بشكل طبيعي إلى المجالات المغناطيسية الأعلى. فكر في وجود مغناطيسين ، أحدهما عند 10 تسلا والآخر عند 1 تسلا. يمارس مغناطيس 10 تسلا مجالًا مغناطيسيًا أقوى. قطعة من مادة مغناطيسية ، موضوعة على مسافة متساوية من كلا المغناطيسين ، سوف تنجذب إلى أقوى المجالين المغناطيسيين. لذلك عندما يقترب مغناطيسان لهما قطبية متشابهة من بعضهما البعض ، يبدو أنهما يبتعدان أو يتنافران عندما يبحثان في الواقع عن مجال مغناطيسي أعلى. بعبارة أخرى ، يبدو أن مغنطيسين موجهين نحو الشمال يتنافران لأنهما ينجذبان بالفعل إلى المجال المغناطيسي المعاكس ذي الاتجاه الجنوبي.