تمثل المغناطيس مجموعة من الظواهر الفيزيائية التي تمارس فيها الأشياء قوى جذابة أو مثيرة للاشمئزاز على مواد أخرى. التيارات الكهربائية واللحظات المغناطيسية للجسيمات الأولية الأساسية هي مصدر المجال المغناطيسي الذي يولد هذه القوى. تتأثر جميع المواد ، بطريقة أكثر أو أقل تعقيدًا ، بوجود مجال مغناطيسي ، وتعتمد الحالة المغناطيسية .للمادة على درجة حرارتها (والمتغيرات الأخرى مثل الضغط والمجال المغناطيسي الخارجي) بحيث يمكن للمادة تظهر أشكالًا مختلفة من المغناطيسية حسب درجة حرارتها. المغناطيس الدائم له لحظات مغناطيسية دائمة تسبب المغناطيسية الحديدية.
ومع ذلك ، فإن معظم المواد ليس لها لحظات دائمة. من بين هذه الأخيرة ، ينجذب البعض إلى وجود مجال مغناطيسي (البارامغناطيسية) ؛ البعض الآخر على العكس من ذلك يتم صده (النفاذية المغناطيسية) ؛ لا يزال لدى الآخرين علاقة أكثر تعقيدًا بكثير مع مجال مغناطيسي مطبق (المغناطيسية المضادة). تعتبر المواد التي تتأثر بشكل مهم بالمجالات المغناطيسية من المواد غير المغناطيسية ، والمعروفة باسم غير المغناطيسي
جدول المحتويات
أعظم معجزات الطبيعة
منذ فجر التاريخ وعلى مر العصور ، لطالما فتنت المغناطيسية الناس. تعتبر واحدة من أعظم معجزات الطبيعة ، وكانت لا تزال في القرن السابع عشر تسمى “متاهة وهاوية الفلاسفة التي لا يمكن اختراقها” من قبل أثناسيوس كيرشر في أطروحته الضخمة عن المغناطيس. هذه الظاهرة الفيزيائية غير العادية هي في أصل أشياء مفاجئة مثل انجذاب أو تنافر الأشياء ، حتى في بعض الحالات رفعها. ومع ذلك ، لا تزال شروط اكتشاف المغناطيسية غير معروفة حتى يومنا هذا: لذلك من المستحيل ربط تاريخ محدد بها.
المقال الرئيسي: تاريخ المغناطيسية. من العصور القديمة إلى القرن السابع عشر: تحرير نشأة المغناطيسية نقش بوصلة (القرن الثاني عشر). يعود الفضل إلى أرسطو فيما يمكن تسميته بالمناقشة العلمية الأولى حول المغناطيسية مع طاليس ميليتس ، الذي عاش بين 625 و 545 قبل الميلاد. في نفس الوقت تقريبًا ، في الهند القديمة ، كان الجراح الهندي Sushruta ، أول من استخدم حجر المغناطيس لأغراض جراحية. لكن أول من يُنسب إليه اكتشاف المغنطة هو الفيلسوف اليوناني أفلاطون (427 قبل الميلاد – 347 قبل الميلاد). إن تحديد موقع اختراع البوصلة أمر معقد للغاية ، لكنه مع ذلك أول شيء سمح للرجال بترويض واستخدام المغناطيسية لجعل حياتهم أسهل. بالنسبة للأوروبيين ، يقع هذا الاختراع في نهاية القرن الثاني عشر.
اختراع البوصلة
كتب ألكسندر نيكام (1157-1217) “De naturis rerum” يذكر فيه “البوصلة التي تشير إلى الشمال وتوجه البحارة”. قام الباحث Guiot de Provins (1150-1220) بتأليف قصيدة ذكر فيها أيضًا البوصلة. يخبرنا جاك دي فيتري (1170-1240) عن إبرة ، التي لمسها المغناطيس ، تظل موجهة نحو النجم القطبي. يُنسب اختراع البوصلة منذ فترة طويلة إلى الإيطالي Flavio Gioia في عام 1302 ، لكن المؤرخين في القرن العشرين أثبتوا أن هذه الحقائق لم تكن أساسًا جيدًا حقًا. ثم تم طرح فرضية أخرى: سيكون من المايوركان باسم ريموند لول (1232-1315) الذي كان سيكتشف لأول مرة قوة إبرة فولاذية لمسها المغناطيس للتحرك شمالًا والتي كانت ستستخدمها من أجل التنقل.
أخيرًا ، تم التخلي عن الفرضية القائلة بأن العرب أحضروا البوصلة من الصين إلى أوروبا عن طريق الملاحة. على الأرجح ، في الواقع ، تم اختراع البوصلة بشكل مستقل في أوروبا والصين. في القرن السادس عشر ، قام الباحث النابولي جيامباتيستا ديلا بورتا بأول ملاحظات تجريبية. قدم وصفًا في Magia naturalis (1589) ، عن تجاربه الفيزيائية حول جذب الحديد بواسطة حجر المغناطيس ، وخصائص قطبي المغناطيس ، وعمل المغناطيس المكسور. في نفس الوقت تقريبًا ، كان الباحث الإنجليزي ويليام جيلبرت (1544-1603) يعمل على المغناطيسية بطريقة أكثر منهجية.
نظرية فيزيائية حول المغناطيسية
في عمله ، De magnete ، الذي نُشر عام 1600 ، قام بتقييم ما يقرب من عشرين عامًا من الخبرة [1]. إنه يصور ، من خلال تطبيق الطريقة التجريبية ، العالم من نوع بيكون. ثم في القرن السابع عشر ، سجل الفيزيائي رينيه ديكارت (1596-1650) تطورًا في تاريخ المغناطيسية. كان أول من وضع نظرية فيزيائية حول المغناطيسية في عمله “مبادئ الفلسفة” (1644). القرن التاسع عشر: ثورة التحرير الكهرومغناطيسية تجربة لويجي جالفاني (1791) شهد النصف الثاني من القرن الثامن عشر اهتمامًا متزايدًا بالظواهر الكهربائية وبداية السعي لاكتشاف العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. بدأ الأمر مع الفيزيائي والطبيب الإيطالي لويجي جالفاني. هذا الأخير يدرس تأثير الكهرباء على الأطراف السفلية للضفادع. قادته تجاربه إلى نشر نتائجه في دراسة: “De viribus electricitatis in motu musculari”. Commentarius “في 1791. في هذه الدراسة ، يفترض أن” الكهرباء الحيوانية “التي يفرزها الدماغ يتم تفريغها عن طريق ربط الأعصاب والعضلات بالمعدن.
ألهم هذا العمل الطبيب الفييني فرانز ميسمير [2] الذي استغل “المغناطيسية الحيوانية” لتقديم الرعاية لمرضاه. في مواجهة شعبية هذه الطريقة المثيرة للجدل ، أمر الملك لويس السادس عشر ، في عام 1784 ، لجنتين مكونتين من الأطباء والعلماء لتقييم الدقة العلمية لهذه الطريقة. أدانت هذه اللجان المغناطيسية الحيوانية على أساس الأخلاق العامة. لذلك ، خلال هذه الفترة ، اتخذت كلمة “المغناطيسية” معنيين مختلفين: نحن الآن نميز المغناطيسية الحيوانية عن المغناطيسية الفيزيائية. في عام 1820 ، ولأول مرة ، أظهر الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في تجربة. يضع الفيزيائي بوصلة تحت سلك يمر من خلاله تيار كهربائي. ونتيجة لذلك ، لاحظ أن إبرة البوصلة وُضعت بشكل عمودي على اتجاه التيار المار. يتيح مقطع فيديو شهير أنتجته CNRS رؤية هذه التجربة وفهمها [3]. نشر نتائجه في 21 يوليو 1820 في مقال بعنوان “Expermienta circa effectum fightus electrici in acum Magneticam” والذي كان من المقرر ترجمته وتوزيعه في جميع أنحاء أوروبا.
المغناطيس:الثورة الكهرومغناطيسية
في نفس العام ، وصلت نتائج أورستد إلى الفيزيائيين الفرنسيين فرانسوا أراغو وأندريه ماري أمبير ، الذين سارعوا لتكرار التجربة بنجاح. تمثل هذه التجربة بداية “الثورة الكهرومغناطيسية”: ستشهد السنوات التي تلي عام 1820 تغيرات كبيرة في كل من فهم الظواهر الكهرومغناطيسية وفي تطبيق هذه الظواهر من خلال الاختراعات الجديدة. في عام 1820 أيضًا ، نجح الفرنسيان جان بابتيست بيوت وفيليكس سافارت في وصف المجال المغناطيسي الناتج عن توزيع التيارات المباشرة رياضيًا. يشكل قانون Biot-Savart ركيزة المغناطيسية الساكنة (دراسة المجالات المغناطيسية بغض النظر عن الوقت). في عام 1821 ، وضع أندريه ماري أمبير نظرية المغناطيسية من خلال وجود مواد موصلة لعدد لا يحصى من الجسيمات الدقيقة المشحونة كهربائيًا والمتحركة. في نفس العام ، ابتكر مايكل فاراداي أول محرك كهربائي بدائي عن طريق “عكس” تجربة rsted. يضع مغناطيسًا دائمًا في حمام الزئبق ويضع سلكًا يحمل تيارًا كهربائيًا في هذا الحمام.
سيتميّز الجزء الثاني من القرن التاسع عشر بصياغة معادلات ماكسويل المنشورة في مارس 1861 في دراسة “حول الخطوط الفيزيائية للقوى”. في هذه الدراسة ، يجمع الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل [4] العمل على المغناطيسية والكهرباء الذي قام به مايكل فاراداي وأندريه ماري أمبير في مجموعة من عشرين معادلة ، والتي سيتم تقليلها لاحقًا إلى أربعة. تصف هذه المعادلات سلوك المجال الكهرومغناطيسي وتفاعلاته مع المادة. في عام 1887 ، اخترع المخترع نيكولا تيسلا أول محرك تحريضي كهربائي ، باستخدام عمل مايكل فاراداي على المحرك الكهربائي ، والحث الكهرومغناطيسي ، والتيار المتردد. في عام 1890 ، درس الفيزيائي والمهندس الاسكتلندي جيمس ألفريد إيوينج الخصائص المغناطيسية للمعادن واكتشف ظاهرة التباطؤ. بعد بضع سنوات ، درس الفيزيائي الفرنسي بيير كوري بدوره الخصائص المغناطيسية للمواد وأثبت أن الحساسية المغناطيسية للمادة تتناسب عكسياً مع درجة حرارتها. استمد منه قانون كوري في عام 1895.
المغناطيس:التسجيل المغناطيسي
أخيرًا ، في عام 1898 ، اخترع المهندس الدنماركي فالديمار بولسن التسجيل المغناطيسي عن طريق إنشاء جهاز يحول الاختلافات في المجال المغناطيسي للشريط إلى إشارة كهربائية. القرن العشرون: تحرير التقدم العلمي والتقني صورة لبيير كوري (1859-1906). في نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين ، تم الاقتراب من الدراسة النظرية للمواد المغناطيسية بنجاح. يستخدم بول لانجفين ، مستمدًا إلهامه بشكل خاص من عمل بيير كوري ، فيزياء بولتزمان الإحصائية لتأسيس النظرية الإحصائية الكلاسيكية للمغناطيسية. كما تحدد مفاهيم المغناطيسية المستحثة والدائمة. حازت نظرياته عن المغناطيسية الحديدية المضادة (1936) والمغناطيسية الحديدية (1948) لويس نيل على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1970. بعد عام من نشر أول مادة مغناطيسية مغناطيسية لا جدال فيها ، MnO ، اكتشفها هنري بيزيت وبيلينج تساي. كان ظهور ميكانيكا الكم ، وخاصة اكتشاف دوران الإلكترون في عام 1925 بواسطة جورج أولينبيك وصمويل جودسميت ، ذا أهمية أساسية. في الواقع ، جعل هذا من الممكن شرح أصل الحقول الجزيئية العملاقة التي لوحظت في المواد المغناطيسية القوية
اكتشاف هام آخر للقرن العشرين هو اكتشاف الموصلات الفائقة ، الذي قام به كامرلينج أونز في عام 1911. تفتح الموصلات الفائقة آفاقًا هائلة لأنها تسمح باستخدام عنصر مغناطيسي لم يتم استغلاله جيدًا حتى الآن: التحليق. في عام 1986 ، يوهانس جورج اكتشف Bednorz و Karl Müller الموصلات الفائقة عند درجة حرارة حرجة عالية [7] (أكبر من 30 كلفن) ، متناقضًا مع النظريات التي تم وضعها حتى ذلك الحين. هذه المجموعة من المواد تجعل من الممكن نقل المزيد من الكهرباء في كابلات أصغر بكثير ، وبالتالي تقترح تقدمًا كبيرًا في مجالات النقل أو حتى التقنيات الجديدة. تعمل قطارات الرفع المغناطيسي التي تستخدم الموصلات الفائقة حاليًا وتعد بثورة في وسائل النقل لدينا.
المغناطيس :المجال المغناطيسي
أساسيات تحرير تعريف الكميات الأساسية للمغناطيسية عدل المجال المغناطيسي هو كمية لها صفة مجال متجه ، أي تتميز ببيانات معيار واتجاه واتجاه محدد في أي نقطة في الفضاء ، مما يسمح بنمذجة وقياس التأثيرات المغناطيسية للتيار الكهربائي أو المواد المغناطيسية مثل المغناطيس الدائم. يمكن تمييزه باستخدام إبرة مغناطيسية ، والتي تأخذ بعد ذلك اتجاهًا محددًا. يتسم المجال المغناطيسي عند النقطة التي تشغلها الإبرة بالخصائص التالية: الاتجاه: هو اتجاه الإبرة المغناطيسية ، والتي يتم توجيهها على طول خطوط المجال ؛ الاتجاه: يتم اختياره وفقًا لاتجاه الجنوب والشمال للإبرة المغناطيسية ؛ المعيار: تسلا (المشار إليها بـ T) ، وحدة النظام الدولي. هناك نوعان من مصادر المجال المغناطيسي الخارجية: اللحظة المغناطيسية المحددة للجسيمات ، تسمى الدوران (من أين تأتي المغناطيسات الدائمة) ؛ التيار الكهربائي ، أي حركة مجموعة من الشحنات الكهربائية. المغنطة هي كمية متجهية تميز السلوك المغناطيسي لعينة من المادة على مقياس مجهري. إنه مجموع اللحظات المجهرية المدارية ولحظات الدوران المغناطيسية للإلكترونات والذرات.
عندما نجعل عينة من المادة ممغنطة إلى التشبع ونقلل من الإثارة H ، نرى أن B تتناقص أيضًا ، ولكن بعد منحنى مختلف يقع فوق المنحنى الأول. هذا بسبب التأخير في إزالة المغناطيسية. نقول أن هناك تخلفية. عندما. يتم إرجاع H إلى 0 ، يظل هناك مجال مغناطيسي Br يسمى الحقل المتبقي (من اللاتينية remanere ، للبقاء).
المجال المغناطيسي
لإلغاء هذا الحقل المتبقي ، من الضروري عكس التيار في الملف اللولبي ، أي فرض قيمة سالبة على H. ثم يتم إلغاء المجال المغناطيسي لقيمة الإثارة Hc تسمى المجال القسري. الوصف العياني. للمغناطيسية في تحرير المادة لقد أظهر فاراداي أن أي مادة قابلة للمغنطة ولكن في أغلب الأحيان يكون التأثير ملموسًا فقط في مجال مغناطيسي مكثف ؛ عن طريق وضع قضبان من مواد مختلفة في مجال مغناطيسي غير منتظم: ينجذب البعض إلى مناطق ذات مجال قوي من خلال توجيه أنفسهم بالتوازي مع خطوط المجال مثل قضيب حديدي ناعم.
يقال إن المواد التي يمكن مقارنتها بالحديد هي مغناطيسية حديدية ؛ يتم دفع الآخرين للخلف نحو المناطق. التي يكون فيها المجال المغناطيسي ضعيفًا ويوجهون أنفسهم بشكل عمودي على خطوط المجال ؛ ويقال أن هذه المواد نفاذية مغناطيسية. يقال إن المواد التي تخضع لأفعال من نفس طبيعة الحديد ولكن أقل كثافة هي مواد مغناطيسية. ملف لولبي (ملف أسطواني)
نفاذية المغناطيسية هي سلوك للمواد التي تقودهم ، عند تعرضهم لمجال مغناطيسي ، إلى توليد مجال مغناطيسي معاكس آخر ، تم إنشاؤه بواسطة مغنطة ضعيفة للغاية. عندما لم يعد المجال مطبقًا ، تختفي المغنطة.
