ما هو المجال المغناطيسي واهم 8 اسخدامات عملية له
المجال المغناطيسي Magnetic field هو منطقة تظهر بها قوة جذب القطب المغناطيسي وتحيط به، والتي تؤثر فيها القوة المغناطيسية على أي جسم يتواجد بذلك الحيز، وقد يطلق عليه الحقل المغناطيسي أو الحث المغناطيسي، ومن أشكاله المحيط المغناطيسي الدائم وهو المجال الناتج مغناطيس قوي مصنوع من معادن مثل الكوبالت والحديد والنيكل، ويدوم لفترات زمنية طويلة.
توزيع خطوط المجال المغناطيسي
- اكتشفت المغناطيسية منذ عام 600 قبل الميلاد على يد الإغريق مع اكتشافهم لحجر المغناطيس Magnet وهو فلز طبيعي يأخذ من Fe3o4 رمزًا له، ويتميز بجذب معدن الحديد إليه، بل وتنتقل قوة الجذب تلك إلى الحديد نفسه فيصبح ممغنطًا.
- عند استخدام قطب مغناطيسي أو سلك يمر به تيار كهربي خلال ورقة من الكرتون المقوى تحتوي على كمية من برادة الحديد فإنه يتأثر بالقوة المغناطيسية المتولدة حول السلك فتُرى التيارات الخارجية الشمالية متجهة إلى الجنوب.
- بينما تتجه التيارات الداخلية منها إلى الشمال وهذا ما يطلق عليه توزيع المجال المغناطيسي أو خطوط الحقل المغناطيسي.
تطبيقات عملية للمجال المغناطيسي
تعتبر البوصلة هي أهم تطبيق علمي للتأثير المتولد في الحيز المحيط بالمغناطيس والتي عرفت منذ القرن 11 على يد الصينيين حيث صنعت إبرة البوصلة لأول مرة.
وتتكون البوصلة من إبرة البوصلة والتي تتخذ اتجاه الشمال لتأثير مجال مغناطيسية الأرض عليها حيث تعمل الكرة الأرضية كمغناطيس ضخم يأخذ تأثيره اتجاه الجنوب فتتخذ إبرة المغناطيس اتجاه الشمال.
وتستخدم في:
- قياس المجال المغناطيسي للأرض.
- الأغراض الملاحية حيث تساعد البحارة والمسافرين على تحديد الاتجاهات الأصلية الأربعة على الخريطة.
- تساعد البوصلة في مجال الدراسات الفلكية.
قد يهمك التعرف على أضرار الرنين المغناطيسي وكيفية تفاديه من خلال هذا المقال: اضرار الرنين المغناطيسي و 6 نصائح قبل إجراء أشعة الرنين المغناطيسي
قوة المجال المغناطيسي Magnetic field strength
تتوقف قوة المحيط المغناطيسي أو ما يطلق عليه أحيانًا كثافة التدفق المغناطيسي والتي تتخذ من التسيلا أو الأمبير/ متر وحدة قياس لها ويرمز لها بالرمز(H) وتقاس باستخدام جهاز جوس ميتر، على:
- مدى قوة وكثافة تدفق الفيض المغناطيسي المولد لذلك المجال وتتخذ وحدة قياس تسمى الفيبر، وتتقارب فيها خطوط الحقل المغناطيسي كلما قوي التدفق المغناطيسي ومن ثم قوي المجال المحيط به.
- تتناسب قوة المحيط المغناطيسي عكسيا مع مربع مسافة بعده عن الموصل.
- قابلية المادة لنفاذ خطوط المحيط المغناطيسي خلالها، فتسمى المادة التي تنفذ بها تلك الخطوط بالمواد المغناطيسية، بينما المواد التي لا تقبل نفاذها فتسمى المواد الغير مغناطيسية.
- وأول من ربط بين المجال المغناطيسي والكهرباء فأطلق على القوة الناشئة بينهما مصطلح الحقل المغناطيسي هو العالم الشهير فاراداي Faraday عام 1845 وهو فيزيائي إنجليزي مشهور.
- وربط فاراداي بين القوى الكهربية المغناطيسية؛ وينشأ بينها حقلًا مغناطيسيا واحدًا نتيجة التفاعلات المتبادلة بينهم.
- كما أن العالم اورستد Orsted ربط بين الظواهر والحقول المغناطيسية والشحنات الكهربائية المتحركة في بداية القرن ال19.
استخدامات المجال المغناطيسي العملية
عند اقتران القوة المغناطيسية مع القوة الكهربائية فإنها تنتج مجال مغناطيسي قوي يستخدم في كثير من الأغراض نذكر منها:
- صناعات أنابيب التلفاز وشاشات الكاثود، كما يستخدم المحيط المغناطيسي في صناعة السماعات ومكبرات الصوت والعديد من الالكترونيات الحديثة.
- حفظ البيانات المختلفة بأنماط مغناطيسية معينة على الأشرطة والأقراص الإلكترونية.
- الأشعة السينية X ray المستخدمة في الكشف عن عيوب الصناعات المعدنية، والتعقيمات الطبية، كما تساعد بشكل كبير في مجال الدراسات البحثية النووية.
- توليد مطياف الكتل Mass spectrometer المستخدم في تحليل خصائص المركبات الكيميائية والفيزيائية والكيميائية.
- صناعة مسرعات الجسيمات المشحونة مثل البيتاترون و السيكلوترون السنكروترون.
- أساس عمل المحركات الكهربائية المستخدمة في العديد من الأجهزة مثل الدينامو.
- يدخل استخدام المغناطيس ومجاله في بعض الصناعات العلاجية مثل علاج الإكتئاب وتسكين بعض الآلام، وتشخيص الأمراض من خلال جهاز الرنين المغناطيسي الأهم بين الأجهزة الطبية حاليًا.
- صناعة البطاقات البنكية الممغنطة، وبطاقات تأكيد الهوية المختلفة.
خصائص المجال المغناطيسي
يتميز المجال المغناطيسي بمجموعة من الخصائص العلمية الهامة مثل:
- تتشكل خطوط المحيط المغناطيسي في صورة دائرية مغلقة بلا بداية أو نهاية، وهي من أهم خصائص خطوط المحيط المغناطيسي.
- تتناسب قوة المحيط المغناطيسي عكسيًا مع المسافة بين قطبي المغناطيس الشمالي والجنوبي.
- تمثل خطوط المجال المغناطيسي كم ذو قوة متجهة باتجاه معين وإن كانت غير متحركة بذاتها.
- تقاطع خطوط المحيط المغناطيسي من الأمور المستحيلة علميًا وتطبيقيًا.
- قوة المحيط المغناطيسي متساوية في جميع الخطوط المكونة لذلك المجال.
- تأثير شدة المحيط المغناطيسي داخل القطب المغناطيسي تتجه من الجنوب إلى الشمال، والعكس خارجه حيث تتجه من الشمال إلى الجنوب.
المجال المغناطيسي للكرة الأرضية
من الجدير بالذكر أن أول من اكتشف مغناطيسية الكرة الأرضية ومجالها الضخم، والناشئة عن التفاعلات المختلفة في باطنها هو وليم هيلبرت William Hilbert منذ عام 1600.
ويتعدى امتداد الغلاف المغناطيسي في الفضاء حول الأرض 36000 ميل تقريبا، والقطب الشمالي المغناطيسي للكرة الأرضية يقع في قطبه الجنوبي الجغرافي، بينما القطب الجنوبي المغناطيسي لها يقع في القطب الجنوبي الجغرافي.
أهمية المجال المغناطيسي للحياة على كوكب الأرض
- يعمل المجال المغناطيسي للأرض كعامل حماية للحياة عليها من ما يعصف بها من الأشعة الكونية وما تحمله من جسيمات ذات شحنات ضارة تصل إليها عن طريق الرياح الشمسية، فيعكسها إلى الفضاء الخارجي مولدًا ظاهرة الأضواء القطبية أو أورورا Aurora.
- من أهم ما يميز كوكب الأرض عن باقي كواكب المجموعة الشمسية، والتي جعلته الكوكب الوحيد القابل للحياة.
- يحمي الغلاف الجوي المحيط بالكرة الأرضية والهام للحياة عليها من التآكل.
- يقوم على المغناطيسية الأرضية عمل البوصلة بشكل أساسي حيث تشير إبرتها إلى القطب الشمالي المغناطيسي للأرض.
نظريات تفسر نشأة المغناطيسية الأرضية
- قد أرجعت بعض النظريات مغناطيسية الأرض إلى الكميات الهائلة من رواسب فلز الحديد الخام والتي تمغنطن على مدار أزمان طويلة مكونة مغناطيس عملاق بباطن الأرض.
- كما أرجعها البعض إلى التيارات الكهربية المتولدة في الجزء السائل من باطن الكرة الأرضية أو النواة حيث يتكون هذا السائل من كمية ضخمة من الحديد المنصهر، مما يولد تيار كهربي قوي ينتج عنه مجال مغناطيسي.
- المحيط المغناطيسي للأرض متغير باستمرار حيث تتناقص قوته على فترات زمنية بعيدة، كما أن قطبي المجال غير ثابتين فقد وجد أن مكانهم الجغرافي تغير عما كان عليه قديمًا.
عوامل تولد المجال المغناطيسي الأرضي
هناك مجموعة من العوامل التي اجتمعت في كوكب الأرض فساعدته على تكوين ذلك الدرع الواقي من المجال وهي:
- توفر نواة سائلة جيدة التوصيل للكهرباء والمتمثلة في كمية الحديد السائل ببطن الأرض وهو فلز موصل جيد للكهرباء والحرارة.
- حركة كوكب الأرض المستمرة والمنتظمة ودورانه حول الشمس وحول محوره ينشأ عنها دوامات قوية في باطنها تعمل على توليد المحيط المغناطيسي فيما يعرف بتأثير الدومينو.
- درجة الحرارة الشديدة في باطن الأرض والتي تزيد عن 5000 درجة مئوية، والتي تعمل كمصدر أساسي للطاقة اللازمة لتوليد المحيط المغناطيسي.
