القوة المغناطيسية الجاذبة والطاردة

• القوى المغناطيسية
• الأقطاب المغناطيسية

في الفيزياء، يُعد المغناطيسية إحدى القوى التي تمارس من خلالها المواد والجسيمات المشحونة المتحركة قوى جذب أو تنافر، أو عزمًا، على مواد أخرى أو جسيمات مشحونة أخرى. ومن المواد المعروفة التي تظهر خصائص مغناطيسية يمكن اكتشافها بسهولة (وتُسمى مغناطيسات) النيكل والحديد والكوبالت والغادولينيوم وسبائكها؛ ومع ذلك، تتأثر جميع المواد بدرجة أكبر أو أقل بوجود مجال مغناطيسي. وتُعرف المواد التي لا تتأثر إلا بدرجة ضئيلة بالمجالات المغناطيسية بالمواد غير المغناطيسية. وتشمل هذه المواد النحاس والألومنيوم والماء والغازات.

كما أن للمغناطيسية تعريفات وأوصاف أخرى في الفيزياء، لا سيما باعتبارها أحد المكونين للموجات الكهرومغناطيسية مثل الضوء.

تمامًا كما اكتشف الإغريق في العصور القديمة أول الأحجار المغناطيسية الطبيعية، أو المغناطيسات الطبيعية، فإنك تلاحظ خاصية من خصائص المادة تُسمى المغناطيسية. المغناطيسية هي قوة الجذب أو التنافر الموجودة في المادة. وتُظهر بعض المواد، مثل الحديد أو الفولاذ أو النيكل أو المغنتيت، هذه القوة، في حين أن معظم المواد الأخرى لا تُظهرها.

يُعد أصل المغناطيسية مفهومًا معقدًا للغاية. في الواقع، هناك بعض التفاصيل المتعلقة بالمغناطيسية على المستوى الذري التي لا يزال العلماء غير متفقين عليها تمامًا. وللبدء في فهم من أين تنشأ المغناطيسية ولماذا يمكن مغنطة بعض المواد بينما لا يمكن مغنطة أخرى، يتطلب الأمر قدرًا لا بأس به من معرفة نظرية الكم. نظرية الكم هي دراسة القفزات من مستوى طاقة إلى آخر من حيث صلتها ببنية وسلوك الذرات. ومع ذلك، فإن شرح نظرية الكم يتجاوز نطاق هذه المادة بشكل كبير، لذا سيُخصص هذا الموضوع لدروس الكيمياء والفيزياء في المدارس الثانوية والجامعات. ومع ذلك، يمكن شرح المبادئ العلمية الأساسية للمغناطيسية، مع إجراء بعض التعميمات والتبسيطات.

أولاً، يجب أن تتذكر أن كل المادة تتكون من ذرات. للذرات مركز موجب الشحنة يُسمى النواة. تحتوي النواة على بروتون واحد أو أكثر ونيوترونات، وتدور حولها جسيمات سالبة الشحنة تُسمى الإلكترونات. ما شاهدته هو رسم متحرك مبسط لمركز الذرة. كان يجب أن تستنتج أن الإلكترونات تدور حول نفسها أثناء دورانها حول النواة (التي تحتوي على بروتونات ونيوترونات)، تمامًا مثلما تدور الأرض حول نفسها أثناء دورانها حول الشمس. أثناء دوران الإلكترونات ودورانها حول النواة، فإنها تنتج مجالًا مغناطيسيًّا. كان أ. م. أمبير أول من اقترح النظرية التي تقول إن المجالات المغناطيسية ناتجة عن تيارات كهربائية تدور باستمرار داخل الذرة في أوائل القرن التاسع عشر. كانت رؤية أمبير مذهلة للغاية بالنظر إلى أنه لم يكن معروفًا على وجه اليقين ما إذا كانت الذرات موجودة في أوائل القرن التاسع عشر، ولم يُكتشف الإلكترون إلا بعد 75 عامًا أخرى.

ما هو المجال المغناطيسي وكيف يتشكل؟

يُعرف المجال المغناطيسي بأنه حجم من الفضاء يحدث فيه تغير في الطاقة. وسترى لاحقًا طريقة بسيطة للكشف عن المجال المغناطيسي باستخدام البوصلة. وكما اقترح أمبير، ينشأ المجال المغناطيسي كلما كانت الشحنة الكهربائية في حالة حركة. ويؤدي دوران نواة الذرة ودورانها في مدارها إلى توليد مجال مغناطيسي، شأنه شأن التيار الكهربائي الذي يتدفق عبر سلك. ويحدد اتجاه الدوران والمدار اتجاه المجال المغناطيسي. وتسمى شدة هذا المجال «العزم المغناطيسي».

تعد حركة الشحنة الكهربائية التي تولد مجالًا مغناطيسيًّا مفهومًا أساسيًّا لفهم المغناطيسية. ويمكن أن يكون العزم المغناطيسي للذرة ناتجًا عن دوران الإلكترون، وهو الحركة المدارية للإلكترون، أو عن تغير في الحركة المدارية للإلكترونات ناجم عن مجال مغناطيسي مُطبق.

• مغناطيسات قضيبية ذات غلاف بلاستيكي — MAG-002