أنواع المغناطيس

ما هي أنواع المغناطيس المختلفة؟

المغناطيس: هو جسم قادر على إنتاج مجال مغناطيسي وجذب الأقطاب المختلفة “قوة التجاذب” وصد الأقطاب المتشابهة “قوة التنافر”. هناك عدة أنواع مختلفة من المغناطيس، ولكلٍ منها مجموعة خصائص خاصة، إذا كنت تستخدم المغناطيس في أي مشروع (DIY) أو لتحسين المنزل أو مشروع علمي، فمن المهم معرفة الاختلافات لاختيار أفضل مغناطيس للعمل المطلوب. من المهم الإشارة إلى أنّ هناك أيضاً مجموعة فرعية من المغناطيسات وهي المغناطيسات الدائمة والمغناطيسات الكهربائية، تتطلب المغناطيسات الكهربائية مصدراً للكهرباء ويمكن تشغيلها أو إيقاف تشغيلها، بينما تحتفظ المغناطيسات الدائمة بمغناطيسيتها.

أنواع المغناطيس – Types of Magnets:

هناك أربعة أنواع أساسية من المغناطيس، وهي كالتالي:

• المغناطيس الدائم – Permanent magnet.
  
• المغناطيس المؤقت – Temporary magnet.
  
• المغناطيس الكهربائي – Electromagnets.
  
• المغناطيس فائق الموصلية – Superconductors.
  

المغناطيس الدائم – Permanent Magnet:

المغناطيسات الدائمة: هي تلك المغناطيسات التي يشيع استخدامها، تُعرف باسم المغناطيس الدائم لأنّها لا تفقد خصائصها المغناطيسية بمجرد مغنطتها. المغناطيس الدائم لا يفقد مغناطيسيته بسهولة. قد تكون هذه المغناطيسات مكونات أو مركبات كيميائية تحدث بشكل طبيعي (rare-earth)، تشتمل مثيلات المغناطيس الدائم على (Alnico) (سبائك الألومنيوم والنيكل والكوبالت) والفريت “ferrites” (مادة تشبه السيراميك تنتج من خليط من أكاسيد الحديد من النيكل أو السترونشيوم أو الكوبالت).

فيما يلي طرق إزالة مغنطة المغناطيس الدائم:

• تعريض المغناطيس لدرجات حرارة قصوى.
  
• ينفك التجاذب المغناطيسي بين ذرات المغناطيس عند طرقها.
  
• يؤدي ضرب مغناطيس واحد مع الآخر بطريقة غير مناسبة إلى تقليل القوة المغناطيسية.
  

هناك أربعة أنواع من المغناطيس الدائم:

• السيراميك أو الفريت – Ceramic or ferrite.
  
• النيكو – Alnico.
  
• سماريوم كوبالت – (Samarium Cobalt (SmCo.
  
• نيوديميوم حديد بورون – (Neodymium Iron Boron (NIB.
  

المغناطيس من السيراميك أو الفريت:

السيراميك: هو نوع شائع الاستخدام من المغناطيس، إنّها شائعة جداً لأنّ صنعها والحصول عليها بشكل عام تكلفته قليلة، إنّها ليست قوية مثل النيوديميوم، ولكن بالنسبة للصناعات اليديوية، ومغناطيس الثلاجة أو حمل العناصر الخفيفة الوزن فهي خيار فعّال من حيث التكلفة.

مغناطيس النيكو:

مغناطيس النيكو يرمز إلى المكونات التي تتكون منها الألومنيوم والنيكل والكوبالت، لا يستخدم (Alnico) على نطاق واسع مثل الأنواع الأخرى من المغناطيس، وقد تم استبداله بـ (NdFeB) و(SmCo) والسيراميك. إنّها ليست قوية مثل الأنواع الأخرى، ولكن يمكن استخدامها في التطبيقات الأساسية مثل مغناطيس الثلاجة، ولكن قد يكون من الصعب العثور عليها بسبب الأنواع الأخرى.

مغناطيس سماريوم كوبالت:

مغناطيس الكوبالت السماريوم نوع آخر قوي نسبياً، تم إنشاؤها في السبعينيات، قبل مغناطيس (NdFeB)، تتمثل إحدى فوائد استخدام (SmCo) في أنّها أقل عرضة للتآكل ولديها مقاومة أفضل للحرارة. هذا يعني أنّه من الأفضل الاحتفاظ بمغناطيسيته في درجات حرارة عالية أو منخفضة للغاية، وهو خيار جيد للتطبيقات التي تعتبر فيها درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة عاملاً مؤثراً، ومع ذلك، فهي أقل قوة قليلاً من مغناطيس النيوديميوم.

مغناطيس نيوديميوم حديد بورون – NdFeB:

غالباً ما يطلق عليها ببساطة مغناطيس نيوديميوم ويتم تصنيعها من خلال عملية مكثفة باستخدام معادن أرضية نادرة، هي أيضاً الأكثر شيوعاً والأقوى عموماً من بين الأنواع الأربعة. إذا كنت تبحث عن مغناطيس بقبضة قوية وآمنة، فعادةً ما يكون النيوديميوم اختياراً جيداً. ومع ذلك، لأنّها مصنوعة من الحديد، يمكن أن تصدأ في الظروف الرطبة أو عند تعرضها للماء لفترات طويلة من الزمن، هذا يمكن أن يجعلها أكثر هشاشة من بعض الأنواع الأخرى.

المغناطيس المؤقت – Temporary magnet:

في وجود مجال مغناطيسي، تصبح المغناطيسات المؤقتة ممغنطة، عندما يتم سحب المجال المغناطيسي، فإنّها تفقد مغناطيسيتها تدريجياً. يمكن أن تصبح مشابك الورق والمسامير المعدنية والأشياء الأخرى المصنوعة من الحديد اللين ممغنطة عند تعرضها لمجال مغناطيسي وستعمل مؤقتاً كمغناطيس، إذا تم تعليق مشبك ورق بمغناطيس، فيمكن تعليق مشبك ورق ثانٍ من الأول. ومع ذلك، عند إزالة المجال المغناطيسي، لن يحتفظ العنصر بخصائصه المغناطيسية ولن تعمل مشابك الورق كمغناطيس عند إزالتها من المصدر الأصلي للمجال المغناطيسي.

المغناطيس الكهربائي – Electromagnets:

تتكون المغناطيسات الكهربائية من ملف من الأسلاك ملفوفة حول اللب المعدني المصنوع من الحديد. عندما تتعرض هذه المادة لتيار كهربائي، يتم إنشاء المجال المغناطيسي مما يجعل المادة تتصرف مثل المغناطيس، يمكن التحكم في قوة المجال المغناطيسي عن طريق التحكم في التيار الكهربائي.

من خلال لف سلك في حلقات مختلفة حول مادة رئيسية، يمكننا إنتاج مغناطيس كهربائي، ونعتبر هذا الهيكل بمثابة ملف لولبي، لمغنطة المغناطيسات الكهربائية وتوليد مجال مغناطيسي، نحتاج إلى حمل تيار كهربائي عبر الملف اللولبي، يكون المجال الموجود داخل الملف هو الأعلى، وتتناسب شدة المجال مع عدد الحلقات والقوة الحالية. قد تؤثر المادة الرئيسية للمغناطيس الكهربي في مركز الملف (نواة الملف اللولبي) أيضاً على قوة المغناطيس الكهربائي.

لن يكون المجال المغناطيسي العام قوياً إذا تم نسج سلك حول مادة غير مغناطيسية مثل قطعة من الخشب. ومع ذلك، إذا كان اللب مكوناً من مادة مغناطيسية مثل الحديد، فإنّ قوة المغناطيس ستتحسن بشكل كبير. فلماذا تصنف المغناطيس الكهربائي كمغناطيس مؤقت؟ لأنه عندما تتوقف طاقة البطارية، سيختفي التيار ويختفي المجال المغناطيسي.

المغناطيس فائق الموصلية – Superconductors:

المغناطيسات فائقة الموصلية: هي الأقوى بين جميع المغناطيسات، هذه المغناطيسات مصنوعة أيضاً من ملفات سلكية من سبائك معدنية خاصة بدون قلب معدني، تصبح هذه السبائك المعدنية موصلات فائقة عندما يتم تبريدها في درجات حرارة منخفضة للغاية، تشمل استخدامات المغناطيس فائق الموصل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، ومعدات الرنين المغناطيسي النووي، ومقاييس الطيف الكتلي، وعملية الفصل المغناطيسي، ومسرعات الجسيمات.

خصائص المغناطيس:

عندما يتم غمس المغناطيس في برادة الحديد، يمكننا أن نلاحظ أنّ برادة الحديد تتشبث بنهاية المغناطيس حيث تكون الجاذبية القصوى في نهايات المغناطيس. تُعرف هذه الأطراف بأعمدة المغناطيس. توجد دائماً أقطاب مغناطيسية في أزواج. عندما يتم تعليق المغناطيس بحرية في الجو، فإنّه يشير دائماً إلى اتجاه الشمال والجنوب، يُعرف القطب المتجه نحو الشمال الجغرافي بالقطب الشمالي ويعرف القطب الذي يشير نحو الجنوب الجغرافي بالقطب الجنوبي. الأقطاب المتماثلة تتنافر بينما الأقطاب المتشابهة تتجاذب. تكون القوة المغناطيسية بين المغناطيسين أكبر عندما تكون المسافة بين هذين المغناطيسين أقل.

• خاصية التجاذب: تثبت هذه الخاصية أنّ القوة المغناطيسية في نهايات القطبين قوية.
  
• خاصية التوجيه: تساعد هذه الخاصية على فهم أي قطب من المغناطيس يكون شمالاً أو جنوباً عن طريق تعليق المغناطيس في الجو.
  
• قانون الأقطاب المغناطيسية: مثل الأقطاب تتنافر عندما تتشابه الأقطاب.
  
• خاصية الزوج: عندما يتم قطع المغناطيس إلى قطعتين، سيكون لكل من القطعتين قطب شمالي وقطب جنوبي.
  
• اختبار مؤكد للمغنطة: يتم إجراء هذا الاختبار للتحقق مما إذا كان قضيب معين ممغنطاً أم لا عن طريق التحقق من تجاذب أو تنافر قضيب الحديد والمغناطيس.
  

أحجام وقوة المغناطيس:

هناك أنواع مختلفة من المغناطيسات تختلف في حجمها وشكلها. يمكنك العثور على مغناطيسات صغيرة جداً تستخدمها الصناعة الإلكترونية ومغناطيسات عملاقة تُستخدم في تجارب السيكلوترون. حتى قوة المغناطيس تختلف بشكل كبير، المغناطيسات البسيطة التي تلتصق بالثلاجة لديها حوالي عُشر قوة التسلا، بنى مختبر بيركلي التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في عام 2001م، مغناطيساً كهربائياً لثني مسارات الجسيمات الذرية عالية السرعة، كانت قوة هذا المغناطيس 14.7 تسلا، وهو الأقوى في العالم.

أمثلة على المغناطيسات شائعة الاستخدام:

مغناطيس حدوة الحصان – Horseshoe magnet:

إنّه مغناطيس على شكل حرف (U)، والذي يظل ممغنطاً مما يعني أنّه يعتبر مغناطيس دائم، ميزة هذا المغناطيس هي أنّ كلا القطبين المغناطيسيين (N وS) متوازيان مع بعضهما البعض ويواجهان نفس الاتجاه.

المغناطيس الشريط المستطيل – Bar magnet:

يسمى المغناطيس الذي له شكل شريط مستطيل بقضيب مغناطيسي، طرفيها يصوران القطب الشمالي والقطب الجنوبي، على التوالي، ويعتبر هذا المغناطيس مغناطيس دائم لأنّه يظل ممغنطاً في جميع الأوقات.

المغناطيس الدائري – Round magnet:

المغناطيس ذو الحجم الصغير والشكل الدائري يسمى المغناطيس الدائري، عادةً ما يكون هناك ثقب في مركز هذا المغناطيس. يتم استخدامه في حمل الأشياء صغيرة الحجم مثل المقبض أو الحلق أو الخطاف.

استخدم البحارة المغناطيس منذ آلاف القرون لإيجاد طريقهم في البحار. بدأ “ويليام جيلبرت” في أوائل القرن السابع عشر، بدراسة المغناطيسات لإثبات أنّ للأرض أيضاً خصائص مغناطيسية ويمكن للمرء أن يغير المغناطيسية بطرق خارجية. منذ ذلك الحين، ساعدت دراسات المغناطيس في العديد من الاختراعات المفيدة، والتي ساعدت البشرية بشكل كبير.

استخدامات المغناطيس:

• تستخدم المغناطيسات لصناعة الإبر المغناطيسية وبوصلة البحار.
  
• تجد تطبيقات المغناطيسات الدائمة في المولدات والمسرعات الكهربائية والمحركات الكهربائية.
  
• تجد تطبيقات المغناطيسات الكهربائية في مكبرات الصوت والأجراس الكهربائية والرافعات الكهربائية.
  
• تستخدم المغناطيسات لفصل حشوة الحديد عن خليط صلب آخر.