اقرأ في هذا المقال
- ما هي القابلية المغناطيسية – Magnetic susceptibility؟
- التأثيرات البيئية على القابلية المغناطيسية
- استخدامات القابلية المغناطيسية
ما هي القابلية المغناطيسية – Magnetic susceptibility؟
القابلية المغناطيسية هي ثابت تناسب عديم الأبعاد يشير إلى درجة مغنطة المادة استجابةً لمجال مغناطيسي مطبق. وهو ناتج عن تفاعلات الإلكترونات والنواة مع المجال المغناطيسي المطبق خارجيًا. في الكهرومغناطيسية، يتم تعريف القابلية المغناطيسية على أنّها:
“مقاييس مقدار مغناطيسية المادة في مجال مغناطيسي مطبق”.
يتم الإشارة إليه بواسطة الرمز (χ).
معادلة القابلية المغناطيسية:
التعريف الرياضي للقابلية المغناطيسية هو نسبة المغنطة إلى شدة مجال المغنطة المطبقة. وهي كمية بلا أبعاد:
χ=M/H
حيث:
χ – القابلية المغناطيسية.
M – المغنطة.
H – شدة المجال المغناطيسي.
شرح القابلية المغناطيسية:
القابلية المغناطيسية، هي مقياس كمي لمدى يمكن مغنطة المادة فيما يتعلق بمجال مغناطيسي مطبق معين. القابلية المغناطيسية للمادة، التي يُرمز إليها عمومًا بـ (χm)، تساوي نسبة المغنطة (M) داخل المادة إلى شدة المجال المغناطيسي المطبق (H)، أو (χm = M / H). هذه النسبة، بالمعنى الدقيق للكلمة، هي حساسية الحجم ، لأنّ المغنطة تتضمن أساسًا مقياسًا معينًا للمغناطيسية “عزم ثنائي القطب” لكل وحدة حجم.
يمكن تصنيف المواد المغناطيسية على أنّها مواد غير مغناطيسية (diamagnetic) أو مواد شبه مغناطيسية (paramagnetic) أو مواد مغناطيسية حديدية (ferromagnetic) على أساس حساسيتها. المواد الغير مغناطيسية، مثل البزموت، عند وضعها في مجال مغناطيسي خارجي، تطرد جزئيًا المجال الخارجي من داخلها، وإذا كانت على شكل قضيب، فإنّها تصطف بزوايا قائمة في مجال مغناطيسي غير منتظم. تتميز المواد ذات النبضات المغناطيسية بحساسية سلبية ثابتة وصغيرة، تتأثر قليلاً فقط بالتغيرات في درجة الحرارة.
المواد البارامغناطيسية “شبه مغناطيسية”، مثل البلاتين، تزيد من المجال المغناطيسي الذي توضع فيه لأنّ ذراتها تحتوي على لحظات ثنائية القطب مغناطيسية صغيرة تصطف جزئيًا مع المجال الخارجي. المواد البارامغناطيسية لها حساسيات موجبة ثابتة وصغيرة، أقل من (1/1000) في درجة حرارة الغرفة، ممّا يعني أنّ تعزيز المجال المغناطيسي الناتج عن محاذاة ثنائيات الأقطاب المغناطيسية صغير نسبيًا مقارنة بالمجال المطبق. القابلية البارامغناطيسية تتناسب عكسياً مع قيمة درجة الحرارة المطلقة. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة الاهتزاز الحراري للذرات، ممّا يتداخل مع محاذاة ثنائيات الأقطاب المغناطيسية.
المواد المغناطيسية الحديدية، مثل الحديد والكوبالت، ليس لديها حساسية ثابتة؛ المغنطة لا تتناسب عادةً مع شدة المجال المطبقة. القابلية للمغناطيسية الحديدية المقاسة لها قيم إيجابية كبيرة نسبيًا، تزيد أحيانًا عن (1000). وهكذا، في المواد المغناطيسية الحديدية، قد يكون المغنطة أكبر بأكثر من (1000) مرة من مجال المغنطة الخارجي، لأنّ هذه المواد تتكون من مجموعات عالية الممغنطة من المغناطيسات الذرية “المجالات المغناطيسية الحديدية” التي يسهل اصطفافها بواسطة المجال الخارجي.
التأثيرات البيئية على القابلية المغناطيسية:
يجب موازنة النوى لدرجة حرارة الغرفة لأنّ القابلية المغناطيسية لمعظم المواد هي خاصية تعتمد على درجة الحرارة. الاعتماد على درجة حرارة المعادن البارامغناطيسية مثل الطين موصوف في قانون “كوري-فايس”، (k = c / T)، حيث (c) هي ثابت كوري و(T) هي درجة الحرارة وتقاس “بالكلفن“.
وذلك بافتراض أنّ درجة حرارة الغرفة تبلغ (20) درجة مئوية، فإنّ القابلية المغناطيسية للمادة البارامغناطيسية النقية التي تكون (5) درجات مئوية “10 درجات مئوية؛ 20 درجة مئوية” أقل من درجة حرارة الغرفة ستكون (1.7٪)، (3.5٪ ، 7.1٪) أعلى من درجة حرارة الغرفة. الاعتماد على درجة الحرارة للمواد الأخرى في نطاق درجة الحرارة بين (0) درجة مئوية و(20) درجة مئوية أقل أهمية.
استخدامات القابلية المغناطيسية:
تستخدم القابلية المغناطيسية في المقام الأول كمؤشر وكيل نسبي للتغييرات في التركيبات التي يمكن ربطها بعمليات الترسيب التي يتحكم فيها المناخ القديم. الدقة العالية وحساسية أجهزة التسجيل الحساسة تجعل هذا القياس مفيدًا للغاية للارتباط اللوغاريتمي من اللب إلى النواة، والجزء السفلي من البئر. عادةً ما يتطلب الارتباط المادي للقابلية المغناطيسية بمكونات معينة من الرواسب، أو قوة تيار المحيط أو الرياح واتجاهها، أو مصدر لدراسات أكثر تفصيلاً عن الخصائص المغناطيسية في مختبر متخصص على الشاطئ.
يتم رصد القابلية المغناطيسية على عينات منفصلة أثناء تجارب إزالة المغناطيسية الحرارية للتعرف على التغيرات في المعادن المغناطيسية الناتجة عن انتقالات الطور أو الأكسدة التي قد تحدث أثناء التسخين. يقيس مقياس (AMS) الاتجاه أو التوزيع أو الشكل المفضل للمعادن الغير مغناطيسية أو شبه المغناطيسية أو المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية، والتي يمكن ربطها في كثير من الحالات بالتيارات السفلية أو الضغط أو التشوه. يتطلب تفسير قياسات مقياس الدعم الكلي عادةً توصيفًا تفصيليًا للخصائص المغناطيسية لتحديد مصادر القابلية المغناطيسية.
