نسمع كثيراً عن المغنطة ولكن لا نعرف عنها الكثير وكما تظهر في معادلات ماكسويل للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، و للحصول على وصف أساسية من أجل معرفة كيفية تفاعل المواد المغناطيسية مع المجال المغناطيسي، ونجد أن هناك الكثير من المواد القابلة للمغنطة ولكن ما هي المواد القابلة للمغنطة.

ما هي المغنطة

المغنطة هي عبارة عن كثافة لحظات ثنائي القطب المغناطيسي المستحثة في مادة مغناطيسية عند وضعها بالقرب من المغناطيس، ويمكن أيضًا إحداث التأثيرات المغناطيسية للمادة بتمرير تيار كهربائي عبر المادة ؛ ويحدث التأثير المغناطيسي بسبب حركة الإلكترونات في الذرات ، أو دوران الإلكترونات أو النوى، و يُعرف المغنطة أيضًا باسم استقطاب المغناطيس. [1]

magnetization

والممغنطة ، والتي تسمى أيضًا الاستقطاب المغناطيسي، هي كمية متجهة تعطي قياس كثافة عزم ثنائي القطب الدائم أو المستحث في مادة مغناطيسية معينة، وكما نعلم إن ينتج المغنطة عن العزم المغناطيسي ، الذي ينتج عن حركة الإلكترونات في الذرات أو دوران الإلكترونات أو النوى.

وينتج المغنطة الصافية عن استجابة مادة إلى المجال المغناطيسي الخارجي ، جنبًا إلى جنب مع أي لحظة ثنائية القطب غير متوازنة متأصلة في المادة بسبب الحركة في إلكتروناتها كما ذكرنا سابقًا، ويساعدنا مفهوم المغنطة في تصنيف المواد على أساس خواصها المغناطيسية. في هذا القسم. [2]

شرح المغنطة

Corrosionpedia

عندما يتم تلامس مادة ممغنطة أو أي مواد توليد المجال المغناطيسي مع عملية تفاعل كهروكيميائية ، فإنها تؤثر على التفاعل عن طريق تغيير النقل الجماعي الأيونات في المحلول، وتميل المواد المتآكلة عمومًا إلى توليد مجال مغناطيسي أعلى ، مما يؤدي إلى مزيد من التحلل أو تسريع معدل التآكل ومع ذلك فإن هذا ليس دائما صحيحا.

في بعض الأحيان قد يؤدي المجال المغناطيسي إلى إبطاء عملية التآكل ، اعتمادًا على هندسة المواد التي تعاني من التآكل، و مغناطيسات النيوديميوم (NdFeB) هي مغناطيس دائم يفضل التآكل بشكل كبير بسبب وجود مرحلة غنية بالتفاعل Nd، وإذا تم وضع قطرة من حمض الهيدروكلوريك المخفف على سطح قطعة من NdFeB ، فسيحدث تآكل قوي مع إطلاق الهيدروجين.

وإذا كانت العينة في حالة ممغنطة ، فسوف تدور القطرة، ويتم عكس اتجاه الدوران إذا تم وضع القطرة على القطب المعاكس للمغناطيس، ولم يلاحظ أي دوران للعينات غير الممغنطة. [3]

المغنطة في الكهرومغناطيسية الكلاسيكية

في الكهرومغناطيسية الكلاسيكية ، يعد المغنطة أو الاستقطاب المغناطيسي مجال المتجه الذي يعبر عن كثافة لحظات ثنائي القطب المغناطيسي الدائم أو المستحث في مادة مغناطيسية، ويمكن أن يكون أصل اللحظات المغناطيسية المسؤولة عن المغنطة إما تيارات كهربائية مجهرية ناتجة عن حركة الإلكترونات في الذرات ، أو دوران الإلكترونات أو النوى.

وينتج المغنطة الصافية من استجابة مادة لمجال مغناطيسي خارجي، وتحتوي المواد البارامغناطيسية على مغنطة مستحثة ضعيفة في المجال المغناطيسي ، والتي تختفي عند إزالة المجال المغناطيسي.

والمواد المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية لها مغنطة قوية في المجال المغناطيسي ، ويمكن مغنطة للحصول على مغنطة في غياب مجال خارجي ، لتصبح مغناطيسًا دائمًا، كما إن المغنطة ليست بالضرورة متجانسة داخل المادة ، ولكنها قد تختلف بين نقاط مختلفة. [4]

ويصف المغنطة أيضًا كيف تستجيب المادة للحقل المغناطيسي المطبق وكذلك الطريقة التي تغير بها المادة المجال المغناطيسي ، ويمكن استخدامها لحساب القوى التي تنتج عن تلك التفاعلات، ويمكن مقارنتها بالاستقطاب الكهربائي ، وهو مقياس الاستجابة المقابلة للمادة لمجال كهربائي في الكهرباء الساكنة،

كما يحدد الفيزيائيون والمهندسون عادةً التمغنط على أنه كمية العزم المغناطيسي لكل وحدة حجم. ويمثله طبيب زائف م.

تحديد مجال المغنطة

يمكن تحديد مجال التمغنط أو المجال M وفقًا للمعادلة التالية:

$\mathbf {M} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {m} }{\mathrm {d} V}}$

هو عنصر الحجم ؛ وبعبارة أخرى ، فإن المجال M هو توزيع اللحظات المغناطيسية في المنطقة أو المشعب المعني. ويتضح ذلك بشكل أفضل من خلال العلاقة التالية:

$\mathbf {m} =\iiint \mathbf {M} \,\mathrm {d} V$

حيث m هي لحظة مغناطيسية عادية والكامل الثلاثي يدل على التكامل على وحدة التخزين، وهذا يجعل المجال M مشابهًا تمامًا لـ مجال الاستقطاب الكهربائي ، أو المجال P ، المستخدم لتحديد عزم ثنائي القطب الكهربائي p المتولد عن منطقة مماثلة أو متعددة مع مثل هذا الاستقطاب: [5]

$\mathbf {P} ={\mathrm {d} \mathbf {p} \over \mathrm {d} V},\quad \mathbf {p} =\iiint \mathbf {P} \,\mathrm {d} V$

لماذا بعض المواد مغناطيسية

إنها نتيجة حركة الإلكترونات داخل الذرات. عندما تتحرك الإلكترونات عبر سلك ، يولد التيار الناتج مجالًا مغناطيسيًا. تتحرك الإلكترونات داخل الذرات وتدور على محاورها. في معظم الذرات ، يكون التأثير المغناطيسي الناتج ضعيفًا.

ولكن في بعض الذرات – مثل ذرات الحديد – هناك نوع من القوة دون الذرية يجعل يدور إلكترونات الذرات المجاورة تصطف، وهذا يسمح للحقول المغناطيسية الفردية بالاندماج معًا ، مما ينتج مجالًا مغناطيسيًا يتجاوز الذرات. [6]

كيف تحدث المغناطيسية

بعبارات بسيطة ، المغناطيسية هي كل شيء عن الإلكترونات. الإلكترونات أصغر من الجسيمات الميكروسكوبية التي تدور حول نواة الذرة، ويتصرف كل إلكترون مثل مغناطيسية الصغير مع القطب الشمالي والجنوبي. [7]

وعندما تصطف إلكترونات ذرة في نفس الاتجاه ، إما أن تتجه كلها شمالًا أو تتجه كلها جنوبًا ، تصبح الذرة مغناطيسية. ونظرًا لأن الإلكترونات تدور أو تدور حول نواة الذرة ، فمن الممكن أيضًا أن تمتلك الذرة مجالًا مغناطيسيًا عندما لا تكون القطبين في محاذاة بسبب الإلكترونات، مما يجعل الذرة أشبه بمغناطيس كهربائي.

هل توجد مواد ممغنطة طبيعيا

لا توجد مواد مغناطيسية بشكل طبيعي لا توجد عناصر ثابتة مغناطيسية بشكل طبيعي، وهناك مواد تنجذب بقوة أكبر إلى المجالات المغناطيسية.

أما المواد التي تنجذب بقوة إلى المجال المغناطيسي هي الحديد والفولاذ. ومع ذلك ، هناك مخاليط مواد نادرة من صنع الإنسان تفضي إلى أن تصبح كهرومغناطيسية من خلال التعرض لمجال مغناطيسي قوي وحمل شحنة كهرومغناطيسية لفترات طويلة من الزمن.

نظرًا لقدرتها على الاحتفاظ بمجال مغناطيسي لفترات طويلة من الزمن ، فإنها تعتبر مغناطيسًا دائمًا، وأقوى مادتين مغناطيسيتين بشكل دائم هما الحديد – النيوديميوم – البورون والألومنيوم والنيكل والكوبالت. [8]

العناصر القابلة للتمغنط

أما عن العناصر القابلة للتمغنط فهي عبارة عن مواد تستطيع أن تخلق حولها أو تولد حولها حقلاً مغناطيسياً فيها، وبالتالي فتتولد لديها القدرة على المغنطة وجذب المواد القابلة للجذب إليها، ويمكن أن نقيس مقدار القوة مغناطيسية لأي مادة من المواد الممغنطة بقيمة العزم المغناطيسي الموجودة في المتر المكعب، ويرمز لها عادة بالرمز

M

، ووحدتها أمبير/متر.

كيف تقاس القوة المغناطيسية

من الصعب شرح مجال المغناطيسية بدقة لأن هناك الكثير مما لا يزال العلم لا يفهمه حول المجالات المغناطيسية، ولكن بعبارات بسيطة ، تقاس المجالات المغناطيسية القوية بالعلامة تسلا ، ويتم قياس الحقول المغناطيسية الأكثر شيوعًا والأضعف كثيرًا الموجودة في أشياء مثل مكبرات الصوت الاستريو في غاوس.

ويستغرق 10000 غاوس لصنع تسلا واحدة، وأسهل طريقة لوصف ذلك هو التفكير في جاذبية الجاذبية، وتعتبر جاذبية الأرض حوالي 1 تسلا أو حوالي 10000 غاوس، كما يمكنك التفكير في القوة المغناطيسية لغاوس كوزن ، أو مقدار القوة التي تمارسها جاذبية الجاذبية.

وسوف يستغرق 50 ريشًا لتساوي 1 غاوس من القوة يقاس بالوزن ، أو في هذه الحالة ، الجذب المغناطيسي، أما الوزن والقوة المغناطيسية ليست متساوية بشكل مباشر ولكن يتم تقديمها كمثال لإعطاء شعور بالسحب المغناطيسي أو قوة الغاوس.

متى تكون بعض المواد قابلة للتمغنط

في معظم المواد ، تدور أعداد متساوية من الإلكترونات في اتجاهات متعاكسة ، مما يلغي مغناطيسيتها، وهذا هو السبب في أن المواد مثل القماش أو الورق تكون مغناطيسية ضعيفة.

وفي مواد مثل الحديد والكوبالت والنيكل ، تدور معظم الإلكترونات في نفس الاتجاه، وهذا يجعل الذرات في هذه المواد ممغنطة بقوة ، لكنها ليست مغناطيسات بعد. لكي تصبح ممغنطة ، يجب أن تدخل مادة مغناطيسية أخرى بقوة المجال المغناطيسي لمغناطيس موجود، والمجال المغناطيسي هو المنطقة المحيطة بمغناطيس له قوة مغناطيسية.

وكل المغناطيس له قطبان شمالي وجنوبي، وتنجذب الأقطاب المتقابلة إلى بعضها البعض ، بينما تتعارض الأقطاب نفسها، وعندما تفرك قطعة من الحديد على طول المغناطيس ، تصطف أقطاب الذرات الشمالية في خط الحديد في نفس الاتجاه، وتولد القوة الناتجة عن الذرات المحاذية مجالًا مغناطيسيًا، وأصبحت قطعة الحديد مغناطيسًا. [9]

انواع المعادن التي تنجذب إلى المغناطيس

المعادن المغناطيسية والمغناطيسية المعادن البارامغناطيسية لها جاذبية أضعف من المغناطيسات من المعادن المغناطيسية ، ولا تحتفظ بخصائصها المغناطيسية في غياب مجال مغناطيسي، وتشمل المعادن البارامغناطيسية: [10]

البلاتين.
الألومنيوم.
التنغستن.
الموليبدينوم.
التنتالوم.
سيزيوم.
الليثيوم.
المغنيسيوم.
صوديوم.
اليورانيوم.

وهناك ثلاثة طرق أساسية يمكننا خلق مغناطيس بها وهي:

التمغنط عن طريق الدلك.
والتمغنط عن طريق الكهرباء.
أو التمغنط عن طريق التأثير حيث تتأثر بقطعة أخري ممغنطة.