المغناطيس

حجر المغناطيس هو نوع من خام الحديد يمتلك خصائص مغناطيسية فريدة، وهو يتشكل بشكل أساسي في الصخور البركانية. يُعرف هذا الحجر بتأثيره المغناطيسي القوي، حيث يمكنه جذب أو دفع أجسام معينة، خاصة تلك التي تحتوي على حديد.

تم اكتشاف هذه الخصائص المغناطيسية منذ زمن بعيد واستُخدمت في تطبيقات عديدة مثل البوصلات القديمة.

العلماء يعتقدون أن حجر المغناطيس نشأ من مزيج من أكاسيد الحديد مثل المغناطيت والماغمايت. هذه الأحجار تظل ممغنطة بشكل دائم بسبب تركيبتها الكيميائية المستقرة. يعتقد البعض أن الظروف البيئية مثل تأثير الصواعق قد ساهمت في منح هذه الأحجار قوتها المغناطيسية.

في الطبيعة، توجد مكونات تحتوي على المغناطيسية الطبيعية مثل أكسيد الحديد الأسود والبيروتيت، وتتواجد هذه المعادن الطبيعية على سطح الأرض وليست في أعماقها.

ما هو المجال المغناطيسي؟

المجال المغناطيسي يُعرف بأنه المنطقة التي تظهر فيها قوى المغناطيسية. تأثير هذا المجال يمكن ملاحظته حتى إذا كان هناك حواجز، كما في تجربة فرد برادة الحديد فوق ورقة تعمل كعازل.

عند وضع المغناطيس تحت الورقة وتحريكه، يتبع الحديد حركة المغناطيس مُظهرا قدرة المجال المغناطيسي على اختراق الحواجز وجذب الأجسام المعدنية نحوه.

أنواع المغناطيس

تنقسم المغناطيسات إلى ثلاثة فئات رئيسية. الأول هو المغناطيس الدائم، وهو يولد قوة جاذبية خاصة به من دون الحاجة إلى أي مساعدة خارجية مثل تيار كهربائي أو قوة أخرى.

يأتي هذا المغناطيس بعدة أشكال ومكونات مختلفة تعطي كل نوع منه خصائص في التجذب تتفاوت بينها. النوع الثاني هو المغناطيس المؤقت، الذي لا يملك خصائص مغناطيسية بشكل طبيعي، لكنه يكتسب هذه الخصائص عندما يكون تحت تأثير مجال مغناطيسي من الخارج، ويفقدها فور اختفاء ذلك المجال.

أما النوع الثالث فهو المغناطيس الكهربائي، حيث يُحول الحديد إلى مغناطيس من خلال لفه بسلك معزول، ومن ثم تمرير تيار كهربائي خلال السلك، ما ينتج مجالاً مغناطيسياً نشطاً.

أشكال أخرى للمغناطيسية

تتفاعل بعض المواد بشكل قوي أو ضعيف مع المغناطيس، وتوجد مواد أخرى تظهر أنواعا مختلفة من التفاعلات المغناطيسية. هذه المواد تُصنف إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

المغناطيسية المعاكسة، حيث تولد المواد ضعيفة الجاذبية المغناطيسية مجالا مغناطيسيا يتنافر مع المجال المغناطيسي الخارجي. مثال على هذه المواد هو الذهب والنحاس والكوارتز بالإضافة إلى الهواء والماء.

المغناطيسية الحديدية المتضادة، التي توجد في مواد تسلك عكسياً للمغناطيسية الحديدية من حيث عدم توليدها لمجال مغناطيسي، وتظهر هذه الخاصية عند درجة حرارة تعرف بدرجة حرارة نيل. أمثلة على هذه المواد تشمل أكسيد المنغنيز والهيماتيت وأكسيد النيكل.

المغناطيسية الحديدية لغير المعادن، حيث تشبه هذه المواد في تصرفها المواد ذات المغناطيسية الحديدية لكنها تتكون من مواد غير معدنية. مثال على ذلك هو أكسيد الحديد الأسود.

تعمل هذه الأنواع من المغناطيسية على توسيع فهمنا لتفاعلات المواد مع المغناطيس وتطبيقاتها المختلفة في العلوم والصناعة.

أقطاب المغناطيس

عندما توضع إبرة مغناطيسية داخل أنبوب مجوف أو تطفو فوق سطح الماء، أو حتى تعلق بخيط رقيق، فإنها تتجه نحو اتجاه معين في كل مرة. هذه الظاهرة هي الأساس الذي قامت على اختراع البوصلة.

العالم الإنجليزي ويليام جيلبرت هو من أوضح في دراساته أن الأرض تعمل كمغناطيس ضخم، الأمر الذي يؤثر على جميع المغناطيسات الصغيرة الموجودة على سطحها. لقد أظهرت الدراسات أن مغناطيسية الأرض، بالرغم من أنها ضعيفة، إلا أنها كافية لجذب إبر الحديد نحو الاتجاهات الصحيحة، خاصةً عند القطبين الجغرافيين، الشمالي والجنوبي.

كل مغناطيس له قطبان، أحدهما يتجه نحو الشمال ويعرف بالقطب الشمالي، والآخر يتجه نحو الجنوب ويعرف بالقطب الجنوبي.

بعض خصائص المغناطيس

عند تقسيم مغناطيس طويل إلى جزأين، يظهر في كل جزء قطبان متناقضان، ما يعني تكوين مغناطيس جديد متكامل في كل نصف. تمتلك جميع المغناطيسات قطبا شماليا وقطبا جنوبيا، ولهذا تعرف بأنها ثنائية الأقطاب.

عند وضع مغناطيس بجانب قضيب من الحديد، يؤدي ذلك إلى مغنطة الحديد مؤقتًا بحيث يتخذ الطرف المجاور للقطب الشمالي للمغناطيس صفة القطب الجنوبي، والعكس صحيح عند تقريب القطب الجنوبي؛ فيصبح الطرف المقابل قطبا شماليا. عند إزالة المغناطيس، يفقد الحديد خصائصه المغناطيسية.

تعمل المغناطيسات على جذب مواد تحتوي على عناصر مثل الحديد والفولاذ والنيكل أو الكوبلت بقوة كبيرة. كما أن التفاعلات بين المغناطيسات تتحدد بطبيعة الأقطاب؛ حيث تجذب الأقطاب المتعاكسة بعضها بعضاً بينما تدفع الأقطاب المتماثلة بعضها البعض.

استخدامات المغناطيس

المغناطيسات تلعب دوراً حيوياً في العديد من الأجهزة اليومية والتطبيقات الصناعية بفضل قدرتها على جذب ورفض الأجسام. في الأبواب المغناطيسية للثلاجات، نجد أن المغناطيس يحافظ على الباب مغلقاً بإحكام.

وفي الصناعات الثقيلة، تُستخدم المغناطيسات الكهربائية الضخمة لرفع الكميات الكبيرة من خردة الفولاذ ولفرز المواد المعدنية. من ناحية أخرى، المغناطيسات الكهربائية الصغيرة فهي ضرورية في تشغيل المفاتيح والمتحكمات المختلفة.

لا يقتصر دور المغناطيسات على الجذب والرفض فحسب، بل إنها أساسية في إنتاج الطاقة الكهربائية وتشغيل الأجهزة، حيث تحفز تدفق التيارات الكهربائية داخل المولدات والمحولات. كما تستخدم لتوجيه وتحكم تدفقات الجزيئات المشحونة في مختلف التطبيقات التكنولوجية مثل الأنابيب الإلكترونية في الأجهزة التلفزيونية.

بالإضافة إلى ذلك، تجد المغناطيسات استخداماتها في قطاعات متنوعة تشمل الأجهزة المنزلية مثل الميكروويف والمراوح، إلى جانب الأجهزة الصوتية كالسماعات ومكبرات الصوت، ولا تخلو منها معظم الآلات التي تعمل بمحركات كهربائية.

في مجال العلوم والبحث، تُستخدم المغناطيسية لفهم البنية الذرية ودراسة الخصائص الجيولوجية، حيث يستفيد العلماء من قياس المغناطيسية في الصخور لاستنتاج تاريخ الكوكب.

كما يمثل التصوير بالرنين المغناطيسي نقلة نوعية في الطب التشخيصي، بإمكانيته الرائعة على تصوير الأعضاء الداخلية دون التعرض لإشعاع ضار، رغم قصور هذه التقنية في استخدامها مع الأشخاص الذين يحملون أجهزة طبية مثل منظمات ضربات القلب.

هل النحاس ينجذب للمغناطيس؟

النحاس مادة غير مغناطيسية ولا يستجيب لقوة المغناطيس. يُصنف هذا المعدن ضمن فئة المواد التي تمتلك مغناطيسية ضعيفة للغاية مما يجعل جذبه بواسطة المغناطيس مُعدومًا تقريبًا.

يشار إلى أن النحاس به نفاذية مغناطيسية منخفضة جدًا وهو ما يضعه في فئة المواد الغير مغناطيسية. على الرغم من ذلك، يلاحظ أن النحاس يمكن أن يتفاعل مع المغناطيس في بعض الظروف المخصصة، وهذا التفاعل له استخدامات هامة في مجالات كتوليد الكهرباء في المحطات الكهربائية.

ما هو العلاج المغناطيسي؟

يُستخدم العلاج بالمغناطيس كنوع من العلاجات البديلة التي تعتمد على وضع مغانط من مختلف الأحجام والشدات على أنحاء متفرقة من الجسم بهدف تخفيف الآلام ومعالجة أمراض متنوعة. تُثبت هذه المغانط المعدنية الرفيعة على الجلد وقد تُستخدم لفترات تتراوح بين دقائق إلى أسابيع حسب الحاجة العلاجية.

يعتقد مؤيدو هذه الطريقة أن المجالات المغناطيسية الصادرة من القطب السالب للمغناطيس تمتلك خواصاً علاجية، حيث تُساهم في تحفيز عمليات الأيض، زيادة نسبة الأكسجين للخلايا، وتحويل البيئة الداخلية للجسم إلى أقل حموضة.

يتم استخدام العلاج المغناطيسي في محاولة لعلاج مرضى يعانون من العديد من الحالات الصحية مثل التهاب المفاصل، الاضطرابات الدورانية، أمراض الأعصاب الناتجة عن السكري، الألم الروماتزمي، عرق النسا، وحتى أمراض تؤثر على النظام المناعي منها فيروس نقص المناعة البشرية. كما يُقال أنه يساعد في الحد من الإجهاد وتحسين الطاقة وكذلك يساهم في تحسين النوم.

رغم ذلك، يجدر التنويه أن الأدلة العلمية الصلبة والمؤكدة التي تُعزز صحة هذه المزاعم ضئيلة أو معدومة. وتصنف هذه المغانط من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية كعناصر غير ضارة ولكن دون تأكيد فعاليتها كعلاجات طبية.