مغناطیس چیست؟

واژه مغناطیس که به آهنربا گفته می شود، از نام ماگنزیا گرفته شده است. ماگنزیا نام محلی در آسیای میانه است. یونانی ها سنگ آهنربای طبیعی را حدود 800 سال قبل از میلاد در این محل کشف کردند. سنگ آهنربا در واقع اکسید آهن طبیعی است که به آن ماگنتیت (Magnetite) می گویند. این سنگ، سیاه رنگ است و خواص ویژه ای دارد.

سنگ آهنربای طبیعی تکه های کوچک آهن را می رباید. وقتی آهنربا در بُراده آهن فرو برده می شود، براده ها بیشتر به دو سر آن می چسبند. این بدان معنی است که اثر نیروی جاذبه مغناطیسی در دو سر آهنربا بیشتر از سایر نقاط است. به این مکان ها، قطب های آهنربا می گویند.

با قرار دادن قطعه ای سنگ آهنربای طبیعی روی یک تخته کوچک و شناور کردن آن بر سطح آب در درون یک ظرف می توان یک قطب نمای ساده ساخت. در این حالت، آهنربا در راستای شمال و جنوب قرار می گیرد. به قطبی از آهنربا که به سوی شمال متوجه است، قطب شمال یاب و به قطبی که به سوی جنوب متوجه است، قطب جنوب یاب می گویند.

چینی ها در قرن 13 میلادی برای یافتن جهت و مسیر خود در دریا از این قطب نمای ساده استفاده می کردند. در واقع همین قطب نمای ساده و ابتدایی، اساس قطب نماهای دقیق و حساس امروزی را تشکیل می دهد که در دریانوردی و هوانوردی مورد استفاده قرار می گیرند.

اگر دو قطعه آهنربا را از طرف قطب های همنام به هم نزدیک کنیم، یکدیگر را می رانند. ولی دو آهنربا از طرف قطب های غیر همنام یکدیگر را جذب می کنند.

اگر قطعه ای آهن یا فولاد را به یک سنگ آهنربای طبیعی مالش دهیم، آن قطعه نیز خواص آهنربایی پیدا می کند و آهنربا می شود. به این نوع آهنربا، آهنربای مصنوعی می گویند.

بهترین روش برای ساختن آهنربا، استفاده از خاصیت مغناطیسی جریان الکتریسیته است. برای این کار، سیمی را به دور یک قطعه آهنی یا فولادی می پیچند و جریان الکتریسیته را که توسط یک باتری تولید می شود از میان سیم پیچ عبور می دهند. به این ترتیب قطعه آهنی یا فولادی به آهنربا تبدیل می شود. به این نوع آهنربا، الکترومغناطیس یا آهنربای الکتریکی می گویند. این نوع آهنرباها در موتورهای الکتریکی بکار می روند.

یکی از مهم ترین اکتشافات در زمینه مغناطیس در سال 1600 میلادی صورت گرفت. در آن سال، یک دانشمند انگلیسی به نام «سر ویلیام گیلبرت» اعلام کرد که زمین یک آهنربای عظیم است. به این ترتیب او روشن ساخت که چرا آهنربایی که توسط نخی آویخته شده است، در راستای شمال و جنوب قرار می گیرد. در طول چند سال بعد، اکتشافات بیشتری در رابطه با مغناطیس صورت گرفت.

امروزه دانشمندان می دانند که خاصیت مغناطیسی در اثر حرکت الکترون ها ایجاد می شود. تمامی مواد از ذراتی به نام اتم تشکیل شده اند. اتم دارای هسته ای است که الکترون ها در مدارهای متفاوت به دور آن در حال گردش هستند. این الکترون ها دارای بار منفی هستند. حرکت یک بار الکترونی باعث ایجاد اثر مغناطیسی می شود. رفتار الکترون ها به دور هسته اتم مثل رفتار جریانی است که از سیم پیچ می گذرد. به همان ترتیب که عبور جریان الکتریسیته از حلقه های سیم پیچ باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود، حرکت الکترون ها به دور هسته اتم نیز میدان مغناطیسی ایجاد می کند. گاهی اوقات خاصیت مغناطیسی الکترون ها موجب مغناطیسی شدن یک ماده می شود. گاهی نیز خاصیت مغناطیسی الکترون های مختلف در هر اتم خنثی می شود. به همین دلیل برخی از مواد موجود در طبیعت خاصیت مغناطیسی ندارند.

اگر یک آهنربا را از وسط نصف کنیم، هر نیمه آن آهنربای مستقلی خواهد بود که دارای دو قطب شمال و جنوب است. اگر عمل تقسیم ادامه پیدا کند، هر جزئی که بدست می آید، باز مثل یک آهنربای کامل دو قطب دارد.

خاصیت مغناطیسی در سه فلز آهن، کبالت و نیکل بیشتر حفظ می شود. به این سه عنصر و برخی آلیاژهای آنها که به شدت جذب آهنربا می شوند، مواد مغناطیسی یا مواد فرومانیتیک می گویند. موادی مثل شیشه، مس و چوب که توسط آهنربا جذب نمی شوند، مواد غیر مغناطیسی نام دارند. آهنرباها را معمولاً از فولاد که آلیاژ آهن است، می سازند.

آهنرباها کاربردهای متعددی دارند. از آهنرباهای دائمی برای ساختن بسیاری از وسائل الکتریکی و الکترونیکی مثل موبایل، کنتور برق، بلندگوی رادیو، میکروفون و تجهیزاتی نظیر ژنراتورها و موتورهای الکتریکی استفاده می کنند. همچنین از آنها برای ساختن قطب نما استفاده می شود.

[toggle title=”برای مشاهده منابع اینجا کلیک کنید.” state=”close” ]

مقاله علمی و آموزشی «مغناطیس چیست؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا کتاب چرا، چطور، چگونه؟، نوشته ی دکتر سونیتا گوپتا و دکتر نینا آگراوال و ترجمه پریسا همایون روز و پریچهر همایون روز از موسسه نشر و تحقیقات ذکر، منتشر شده در تیر 1393 با شابک 978-964-307-221-6 به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.

[/toggle]