اقرأ في هذا المقال
ما هو تأثير باركهاوزن المغناطيسي؟
تحدث مغنطة مادة مغناطيسية حديدية في قفزات صغيرة حيث تصطف اللحظات المغناطيسية لمجموعات صغيرة من الذرات، تسمى المجالات المغناطيسية، مع المجال الخارجي. يمكننا في الواقع “سماع” تبديل هذه المجالات عن طريق تضخيم التيارات المستحثة في ملف يحيط بالمواد المغناطيسية.
تأثير “باركهاوزن”، هو سلسلة من التغيرات المفاجئة في حجم واتجاه المجالات المغناطيسية الحديدية، أو مجموعات ميكروسكوبية من المغناطيسات الذرية المحاذاة، والتي تحدث أثناء عملية مستمرة من المغنطة أو إزالة المغناطيسية. قدم تأثير “باركهاوزن” دليلاً مباشراً على وجود المجالات المغناطيسية الحديدية، والتي تم افتراضها نظرياً في السابق.
شرح تأثير باركهاوزن:
اكتشف عالم الفيزياء الألماني “هاينريش باركهاوزن” في عام 1919م، أنّ الزيادة البطيئة والسلسة للمجال المغناطيسي المطبق على قطعة من المواد المغناطيسية مثل الحديد، تجعلها ممغنطة، ليس بشكل مستمر ولكن بخطوات دقيقة.
يمكن الكشف عن القفزات المفاجئة والمتقطعة في المغنطة بواسطة ملف من الأسلاك الملفوفة على المادة المغناطيسية. تنتج التحولات المفاجئة في المجال المغناطيسي للمادة نبضات تيار في الملف، والتي عند تضخيمها، تنتج سلسلة من النقرات في مكبر الصوت.
يتم تفسير هذه القفزات على أنّها تغيرات منفصلة في حجم أو دوران المجالات المغناطيسية الحديدية. تزداد بعض التجمعات المجهرية من الذرات المغناطيسية ذات التوجه المتشابه والمحاذية للحقل المغناطيسي الخارجي في الحجم عن طريق التجميع المفاجئ للمغناطيسات الذرية المجاورة، وخصوصاً عندما يصبح المجال الممغنط قوياً نسبياً، تتحول مجالات كاملة أخرى فجأة إلى اتجاه المجال الخارجي.
كيف يعمل تأثير باركهاوزن؟
يجعل تأثير باركهاوزن مفهوم المجالات المغناطيسية مسموعة “إن لم تكن الموسيقى للأذن بالضبط”. خلال التجارب التي أجريت في عام (1919م) والتي شملت المغناطيسية والصوتيات، قدم العالم الألماني “هاينريش باركهاوزن” دليلًا مقنعاً على أنّ الحديد والمواد المغناطيسية الأخرى ممغنطة في فترات صغيرة ومميزة بدلاً من أن تكون بطريقة سلسة ومتواصلة، كما كان يُفترض.
قام “باركهاوزن” بذلك عن طريق توصيل ملف سلكي يحيط بنواة حديدية بمضخم صوت، ثم تقريب مغناطيس من الملف.
تجربة اكتشاف تأثير باركهاوزن:
تم إرسال أي إشارة يلتقطها مضخم الصوت (amplifier) إلى مكبر الصوت (speaker)، مما مكّن “باركهاوزن” من سماع تقدم أصوات النقر كلما حرك المغناطيس. يعكس الصوت تحول ما يعرف بالمجالات المغناطيسية في الحديد. المجالات المغناطيسية هي مناطق مجهرية في الحديد حيث يتم محاذاة الذرات، كل نوع من مغناطيس صغير مع مجال مغناطيسي صغير خاص به، في نفس الاتجاه.
عندما يتحرك شريط المغناطيس بالقرب من القلب (core)، فإنّ تلك المجالات الموجودة داخل الحديد تعيد ترتيبها تدريجياً مع مجال المغناطيس. بسبب الحث الكهرومغناطيسي، يؤدي تغيير المجال إلى إحداث تغيير في المجال المغناطيسي حول الحديد، ويؤدي هذا المجال المغناطيسي المتغير إلى إحداث تيار في الملف المحيط يمكن اكتشافه بواسطة مكبر الصوت.
يتم تقديم مغناطيس، ملف نحاسي طويل، مضخم صوت ومكبر صوت في هذه التجربة التي توضح تأثير (Barkhausen). يمكن تحريك المغناطيس على طول الجزء الخارجي من الملف عن طريق ضبط منزلق (Magnet Position). يوجد قلب حديدي داخل الملف النحاسي عند تهيئة التجربة، ولكن يمكن إزالته بإلغاء تحديد خانة الاختيار (Iron Core).
ملاحظات تجربة اكتشاف تأثير باركهاوزن:
عندما يكون اللب الحديدي في موضعه ويتم تحريك المغناطيس على طول الجزء الخارجي من الملف، يمكن ملاحظة القفزات المنفصلة في خرج مكبر الصوت في الرسم البياني لمخرجات مكبر الصوت. يمكن أيضاً سماع صوت طقطقة مشابه لما يتم إنتاجه بالفعل كمجالات في “المفاجئة” الحديدية و”النقر” في مكانه من خلال مكبرات الصوت في الكمبيوتر.
إذا تمت إزالة القلب الحديدي من الملف، فلن يكون هناك إعادة توجيه للذرات، وبالتالي لا يوجد صوت أو خرج مكبر للصوت.
نتائج تأثير باركهاوزن المغناطيسي:
إنّ تغيير الحالة المغناطيسية لجسم مغناطيسي حديدي تحت تأثير مجال مغناطيسي مطبق خارجياً متغير ببطء هو عملية معقدة، تنطوي على تغييرات قابلة للعكس ولا رجعة فيها للمغنطة. بسبب عمليات المغنطة التي لا رجعة فيها، فإنّ تغيير الحالة المغناطيسية مصحوب بخسائر، تتجلى في وجود التباطؤ المغناطيسي.
الأصل المادي للخسائر هو أنّ المادة الحقيقية لها بنية مجهرية وعيوب مادية وضغوط داخلية مسؤولة عن تفاصيل حلقة التخلفية. تتغير المغنطة بشكل متقطع في المكان والزمان عن طريق القفز من خلل إلى خلل (defect to defect)، مما يؤدي إلى ضوضاء مغناطيسية. تمت تسمية هذه العملية والضوضاء المقابلة على اسم مكتشفها، ((H. Barkhausen (1919) حيث يقفز (Barkhausen) وضوضاء (Barkhausen).
تعرض المواد فائقة التوصيل ظواهر مماثلة. يعد طيف ضوضاء “باركهاوزن” أداة توصيف مهمة غير مدمرة في علم المعادن والتصنيع.
