أشياء مثيرة للاهتمام حول المغناطيس. نظرية المجال المغناطيسي وحقائق مثيرة للاهتمام حول المجال المغناطيسي للأرض

النيوديميوم المغناطيس(المعروف أيضًا باسم NdFeB أو NIB أو Neo Magnet) هو مغناطيس قوي للغاية مصنوع من معادن أرضية نادرة: عادةً ما تكون سبيكة من النيوديميوم والبورون والحديد، وتشكل رباعي الزوايا Nd2Fe14B. الهيكل البلوري. تم تطويره لأول مرة في عام 1982 من قبل الشركة المحركات العامةبالشراكة مع شركة سوميتومو للمعادن الخاصة.

هذه هي الأقوى مغناطيس دائمومن بين جميع الطاقة المغناطيسية المتوفرة تجاريًا، تتجاوز الطاقة المغناطيسية المغناطيسات التقليدية بأكثر من 18 مرة. مغناطيس النيوديميوم يأتي في عدة فئات، تميز قوة جاذبيتها، على سبيل المثال، N28، N35، N38، N40، N45. أقوى مغناطيس في هذه القائمة هو N45، ولكن هناك مغناطيس أقوى. جيد النيوديميوم المغناطيسلديه تحريض مغناطيسي لا يقل عن 12500 غاوس (غاوس هي وحدة الحث المغناطيسي).

تعد مغناطيسات النيوديميوم أقوى بكثير من المغناطيسات التقليدية، ولكنها أيضًا أكثر تكلفة من المغناطيسات التقليدية. يجب عليك العمل معهم بعناية قدر الإمكان، مع مراعاة احتياطات السلامة المناسبة. يمكن أن تؤثر مجالاتها المغناطيسية على بعضها البعض حتى على مسافة تزيد عن 30 سم. يرجى ملاحظة أن مغناطيس النيوديميوم عبارة عن سبيكة هشة. وكقاعدة عامة، فهي مغطاة بطبقة واقية صلبة مطلية بالنيكل. لا ينبغي السماح للمغناطيسات المتعددة أن تتلامس مع بعضها البعض بكامل قوتها، وإلا فقد تتعرض للتلف وقد تنكسر قطع صغيرة من المعدن عند الاصطدام.

حقيقة مثيرة للاهتمام!يتم نقل مغناطيسات النيوديميوم الفائقة عن طريق البر فقط. ولا يمكن إرسالها جواً لأنها ستتداخل مع معدات الملاحة في الطائرة. يتم تعبئة جميع المغناطيسات الفائقة إما في عبوات صغيرة صناديق خشبيةأو مع كتل/ألواح كبيرة من رغوة البوليسترين ذات جدران مزدوجة صناديق من الورق المقوىلتقليل التأثير حقل مغناطيسيعلى المعدات أثناء نقلهم.

القوة التدميرية لمغناطيس النيوديميوم

إنتاج مغناطيس النيوديميوم

اختبار التصادم: يد الإنسان بين المغناطيس

تصنيف مغناطيس النيوديميوم

يتم تمييز مغناطيس النيوديميوم إلى فئات اعتمادًا على حجم العزم المغناطيسي لكل وحدة حجم. تشير القيم الأعلى لهذا المؤشر إلى مغناطيس أقوى وتتراوح من N35 إلى N52. تشير الحروف التي تلي اسم الفئة إلى درجات حرارة التشغيل القصوى (إشارة إلى درجة حرارة كوري)، والتي تتراوح من M (حتى 100 درجة مئوية) إلى EH (200 درجة مئوية).

فئات مغناطيس النيوديميوم:

• N35-N52
• N33M-N48M
• N30H-N45H
• N30SH-N42SH
• N30UH-N35UH
• N28EH-N35EH

حقيقة مثيرة للاهتمام!كل عام، يتم إنتاج ما بين 50.000 إلى 80.000 طن من مغناطيس النيوديميوم رسميًا في الصين! وتستخرج الصين أكثر من 95% من العناصر الأرضية النادرة وتنتج حوالي 76% من إجمالي المغناطيسات الأرضية النادرة في العالم.

بفضل هذه التركيبة، يتمتع المغناطيس بقوة لصق عالية بشكل لا يصدق. مغناطيس الفريت ببساطة لا يمكن مقارنته به في هذا المؤشر. على سبيل المثال، إذا قمت بتوصيل حلقتين من الفريت القويتين معًا، فمن خلال تطبيق قوة معينة، يمكنك استخدام يديك لفصلهما. وهذا ببساطة لا يمكن القيام به باستخدام مغناطيس النيوديميوم. انفصل مغناطيسان من النيوديميوم متصلان ببعضهما البعض بأيدي عاريةبدون استخدام الأجهزة سيكون الأمر مستحيلاً.

كان سعر مغناطيس النيوديميوم الأول، الذي ظهر في السوق في منتصف التسعينيات من القرن الماضي، مرتفعًا جدًا. حاليًا، انخفضت تكلفتها قليلاً، لكنها لا تزال مرتفعة. ويفسر ذلك الندرة العالية نسبيا للنيوديميوم، بما في ذلك صراع براءات الاختراع الشركات المصنعة المختلفةومطوري المغناطيس.

هناك مجموعة واسعة من العلامات التجارية والأشكال من مغناطيس النيوديميوم. الأشكال المتنوعة لمغناطيس النيوديميوم ترجع إلى أغراضها المختلفة. فيمكن أن تكون على شكل مخاريط، أو أسطوانات، أو حلقات، أو مجالات، أو كرات، أو مستطيلات، أو أقراص، ونحو ذلك. وباستخدام مكونات مغناطيس النيوديميوم، يتم أيضًا إنشاء مواد بلاستيكية تحتوي على مغناطيس الخواص المغناطيسية. على سبيل المثال، هذا هو الفينيل المغناطيسي.

التطبيقات والميزات

عند استخدام مغناطيس النيوديميوم، ينبغي أن تؤخذ ميزاتها بعين الاعتبار.

1. يبلغ عمر خدمة مغناطيس النيوديميوم 30 عامًا على الأقل، وإذا تم استخدامه وتخزينه بشكل صحيح، فيمكن أن يكون أطول بكثير. ولكن في بعض الظروف يمكن أن تتضرر بسهولة وتتلف بشكل لا يمكن إصلاحه. مغناطيس النيوديميوم ليس مرنًا على الإطلاق. يمكن أن تنكسر تحت حمولة معينة وحتى تتشقق، بما في ذلك فقدان خصائصها.
2. قد يؤدي سقوط المغناطيس أو ضربه إلى انكسار جزيئات المغناطيس، مما قد يؤدي إلى تقليل خصائص الالتصاق. الى جانب ذلك، هذا يكفي انتقديمكن أن يؤدي إلى فقدان خصائص المغناطيس. ولذلك، ينبغي تجنب إسقاط مغناطيس النيوديميوم، بما في ذلك الأماكن التي قد تصطدم فيها الأجزاء والمكونات ببعضها البعض أو تسقط.
3. يتم فقدان الخصائص المغناطيسية للمغناطيس عند تعرضه لدرجات حرارة عالية إلى الأبد. اعتمادًا على العلامة التجارية الحالية للمغناطيس، يمكن أن يتراوح حد التسخين بين 80-250 درجة مئوية. إذا تم تسخينه فوق درجة الحرارة القياسية، يفقد المغناطيس جميع خصائصه. تبلغ إزالة المغناطيسية الذاتية لمغناطيس النيوديميوم حوالي 1٪ على مدار 10 سنوات. هذا الرقم مرتفع جدا.
4. يكاد يكون من المستحيل تصنيع مغناطيس النيوديميوم. عند إنشاء عينات متسلسلة من المغناطيس، بعد شرائها لأي غرض من الأغراض، سيكون من المستحيل تقريبًا إعطاء المغناطيس أي شكل آخر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن حفر السبائك وقطعها أداة قطعأو قد يؤدي الطحن إلى اشتعال النار في السبيكة. مشتمل حرارة، والتي سيتم إطلاقها أثناء الاحتكاك، سوف تسبب تأثيرات مؤذيةعلى المغناطيس نفسه، وكذلك على خصائصه.

يمكن القول أن المجال المغناطيسي للأرض هو سبب كل الكائنات الحية، حركتها، جاذبيتها، أصلها وتوقفها، لكن الغريب أنه لا أحد يستطيع حتى اليوم تفسير تكوينه بدقة موثوقة. لا يوجد سوى العديد من النظريات غير المثبتة. وأهمها أنه يتم إنشاؤه في اللب السائل للأرض. وبما أن هذا السائل يقوم في الأساس بتحريك المعدن المنصهر، فإن حركته تولد تيارات تولد مجالاً مغناطيسياً.

الزلازل

كل يوم، في جميع أنحاء العالم، تقريبًا 8 آلاف زلزال. لكن معظمها غير مرئي للبشر. تحدث الزلازل أثناء التحرك الصفائح التكتونية. وهم بدورهم يتحركون تحت تأثير النشاط البركاني في أحشاء الأرض. هذا النشاط هو طاقة الأرض. إذا انتهى نشاطها، فهذا يعني أن الطاقة قد استنفدت. نعم، ستتوقف الزلازل، ولكن على الأرجح ستتوقف الحياة على الكوكب أيضًا. لذا فإن "الارتعاش" ليس دائمًا أمرًا سيئًا.


ولا يمكن إنكار العلاقة بين المجال المغناطيسي الذي يظهر من أعماق الأرض والزلازل من هناك. تعكس التغيرات في المجال المغناطيسي التغيرات في القلب. اليوم ليس من الواضح كيفية الحصول على فوائد حقيقية من هذا.

في وادي الموت الشهير في كاليفورنيا، تحدث أشياء مثيرة للاهتمام. منذ فترة طويلة لوحظ أن الحجارة تقع على سطح بحيرة جافة في ظروف غامضةالتحرك - خلفهم يوجد أثر واضح. ولم يتم تحديد سبب الحركة بعد، على الرغم من أن هذه الظاهرة تهم العديد من العلماء المعاصرين. هذه الحركة بطيئة جدًا، ومن المعروف فقط أنهم في 7 سنوات يقطعون ما يقرب من 200 متر ويقطعون معظم المسافة في الشتاء. أحد التفسيرات المحتملة هو أن المجال المغناطيسي للأرض يجذب هذه الحجارة ببساطة. لكن هذه نظرية غير مثبتة.

إشعاع

المجال المغناطيسي للأرض لا يؤثر فقط الحياة الأرضيةولكنه يحميها أيضًا من تأثير الفضاء الخارجي. إن الخطر الأكبر الذي يمكن أن يهدد الأرض هو الإشعاع المنبعث من الشمس. لو لم يكن هناك مجال مغناطيسي، لكانت جميع الكائنات الحية قد انقرضت منذ فترة طويلة تحت تأثير النجم المفضل لدى الجميع. تعتبر الرياح الشمسية أكبر مصدر للإشعاع. ترشها الشمس، والمجال المغناطيسي للأرض، مثل القبة التي تحيط بالكوكب، لا يسمح لها بالمرور عبر الحماية. ونتيجة لذلك، تنزلق هذه الرياح على طول المجال المغناطيسي، لتلتف حول الأرض بأكملها، ولكن دون الإضرار بالناس أو الطبيعة.

أعمدة

المجال المغناطيسي ليس ثابتا، بل يتغير أقطابه تقريبا مرة واحدة كل 250 ألف سنة. الشمالية و القطب الجنوبيتغيير الاماكن. لا يوجد تفسير دقيق لهذه الحقيقة، ولكن هناك احتمال كبير أن يتغير القطبان مرة أخرى في المستقبل القريب. وفي الوقت نفسه، تختلف آراء العلماء حول هذه المسألة بشكل كبير. ويرى البعض أن هذا تغيير طبيعي وطبيعي ولن يؤثر على الحياة الأرضية مطلقًا. والبعض الآخر واثق من أن مثل هذه الأحداث يمكن أن تؤدي إلى كارثة على نطاق عالمي وتؤدي إلى أن تكون الحضارة على شفا الدمار. يزعمون أن الديناصورات التي عاشت سابقًا على هذا الكوكب انقرضت على وجه التحديد أثناء تغير القطب.

الشقوق

تحت الهجمات اليومية النشاط الشمسيتظهر ثقوب في الغلاف الجوي للأرض يحميها مجال مغناطيسي. وهذا يثير قلق العلماء في جميع أنحاء العالم بشكل كبير، لأنه اشعاع شمسييمكن أن تغير الحياة على هذا الكوكب تماما. المشكلة هي أن الإنسانية غير قادرة على تغيير أي شيء. وإذا زادت هذه الثقوب فقد تظهر تهديد حقيقيالحياة على هذا الكوكب. التقنية الحديثةومعرفة الإنسان بالكون والكوكب والشمس لن تساعد في هذا الموقف، لذلك لا يسعنا إلا أن نأمل في الأفضل.

إضعاف المجال

في الجزء الجنوبي من المحيط الأطلسي، انخفض سمك المجال المغناطيسي بشكل ملحوظ واليوم هو ثلث المعدل الطبيعي فقط. هذه الحقيقة تثير قلق جميع العلماء في العالم بشكل كبير، لأن مثل هذا الاختراق يمكن أن يدمر الكوكب في فترة زمنية قصيرة إلى حد ما. على مدار الـ 150 عامًا الماضية، زاد سمك الحقل في هذا الموقع ضعفت بنسبة 10٪.

الحياة الأرضية

تأثير المجال المغناطيسي على الحياة الأرضية عظيم جدًا. قد لا يراها الناس، لكنهم بالتأكيد يشعرون بتأثيرها. على سبيل المثال، تجد الطيور المهاجرة طريقها بمساعدتها. أحد التفسيرات لهذه الظاهرة هو أنه من المفترض أن الطيور تراها. أي شذوذات مغناطيسية أو عواصف تؤثر على قدرتهم على إيجاد المسار الصحيح. كما تستخدمه السلاحف وبعض الحيوانات الأخرى كالأبقار للتنقل. وبفضل ذلك، يظهر الشفق أيضا.

العواصف

لقد شهد الكثيرون هذه الظاهرة بأنفسهم، والبعض الآخر سمع عنها فقط. يمكن للعواصف المغناطيسية القوية أن تلحق الضرر بالإلكترونيات، في حين أن العواصف الضعيفة والمتوسطة يمكن أن تؤثر بشكل خطير على صحة بعض الأشخاص. العواصف المغناطيسية- وهذا نتيجة للتوهجات الشمسية. تندفع الطاقة المنبعثة نحو الأرض لبضعة أيام.

يصدها حقل الكوكب، ومع ذلك فإن تأثيرها يشعر به ما لا يقل عن 15٪ من السكان. يشعر البعض بالسوء أثناء الانبعاثات الشمسية نفسها، والبعض الآخر أثناء اتصالهم بمجال الأرض، والبعض الآخر لبضعة أيام بعد ذلك. هذه الظاهرة مفهومة، لأن الناس لديهم مجال كهربائي ومغناطيسي شخصي يتلقى تأثيره من الخارج.

• أقوى المغناطيسات في الكون هي النجوم النيوترونية. مثل هذا المجال أقوى بمليون مليون مرة من المجال المغناطيسي للأرض.
• هناك نظرية مفادها أن إشعاع الشمس هو الذي دمر كل أشكال الحياة على المريخ، حيث لا يوجد مجال مغناطيسي مثل الأرض.
• لا توجد اليوم فرصة حقيقية لتعزيز المجال المغناطيسي للأرض وزيادة حماية الكوكب من التأثير الخارجي للشمس. لكن البحوث الحديثةنحن بالفعل في طريقنا إلى "شفاء" الغلاف الجوي و"سد" الثغرات الموجودة فيه باستخدام التقنيات الحالية أو المتطورة.

حدد العلماء مناطق المجال المغناطيسي للأرض التي تطورت على مدار فترات بلغت حوالي 1000 عام. سيسمح لنا هذا الاكتشاف بفهم آليات المجال المغناطيسي لكوكبنا بشكل أفضل وإضافة دقة إلى توقعات التغيرات في هذا المجال.

المجال المغناطيسي لكوكبنا لديه أهمية عظيمةمدى الحياة، وتوفير "درع" من جزيئات الشمس المشحونة ("الرياح الشمسية") والمساعدة في ملاحة السفن. أظهرت مئات السنين من ملاحظات المجال المغناطيسي، وكذلك الاكتشافات الجيولوجية، أن المجال يتغير بشكل ملحوظ مع مرور الوقت.

وبتقريب تقريبي، يمكن تمثيل بنية المجال المغناطيسي لكوكبنا على شكل ثنائي القطب، وهو جسم ذو قطبين - الشمال والجنوب. علاوة على ذلك، فمن المعروف منذ زمن طويل أن الأقطاب المغناطيسية لكوكبنا لا تتطابق تمامًا مع الأقطاب الجغرافية؛ بالإضافة إلى ذلك، مع فترة حوالي عدة مئات الآلاف من السنين هناك تغيير أقطاب مغناطيسيةالأرض: يصبح القطب المغناطيسي الشمالي هو الجنوب والعكس.

وقالت مورين "مو" والتشاك، الباحثة في جامعة ولاية أوريغون بالولايات المتحدة ومديرة المدرسة: "لقد عرفنا منذ فترة طويلة أن الأرض ليست ثنائي القطب المغناطيسي المثالي، ونرى هذه الانحرافات عن المثالية في السجل الجيولوجي". مؤلف الدراسة الجديدة. - نرى أن العناصر التي لا تتوافق مع بنية ثنائي القطب ليست بأي حال من الأحوال عابرة ولا يمكن التنبؤ بها بطبيعتها. وهي مستقرة بطبيعتها، وتحافظ على موقعها لأكثر من 10000 سنة خلال فترة الهولوسين.

فحص العينات المغناطيسية الصخور، التي تم أخذها من قاع البحر في خليج ألاسكا، وكذلك في نقاط أخرى على سطح الكوكب، أظهر فريق والتشاك أن بنية المجال المغناطيسي لكوكبنا تحتوي على عدة مناطق ذات نشاط مغناطيسي متزايد، بالإضافة إلى الأقطاب المغناطيسية، و" وتحولت" بين هذه "الأقطاب الإضافية" على فترات عدة عشرات الآلاف من السنين، بينما استمرت الأقطاب المغناطيسية الرئيسية للكوكب في الحفاظ على موقعها دون تغيير. وجود عدد قليل فقط من المساحات الكبيرة المتزايدة النشاط الجيومغناطيسي، الذي يحدث فيه "التبديل" الدوري، يبسط بشكل كبير صورة التغييرات في بنية المجال المغناطيسي لكوكبنا، والتي كانت تبدو في السابق أكثر تعقيدًا.

ونشرت الدراسة في مجلة رسائل علوم الأرض والكواكب.

تعليق:

"مرحبًا أيها الأصدقاء، شكرًا لكم على عدم نسيان زملائكم الغائبين مؤقتًا.

المغزى من المقال هو هذا. وللأرض، كما هو معروف، مجال مغناطيسي رئيسي من النوع ثنائي القطب (قطبين)، وهو ما يغير قوة وموضع المحور ثنائي القطب مع مرور الوقت. وصولاً إلى «الثورة»، تغيير الأقطاب؛ ويحدث هذا بشكل غير دوري، كل 100.000 إلى عدة ملايين من السنين. وقد ثبت ذلك من خلال وجود شذوذات شريطية مغناطيسية متناوبة ذات أقطاب مختلفة في صخور قاع المحيط وأماكن أخرى.
بالإضافة إلى الأقطاب المغناطيسية الرئيسية، فإن الكوكب لديه شذوذات مغناطيسية ذات كثافة أقل، ولكنها ليست ضعيفة أيضًا - البرازيلية، وشرق سيبيريا، وما إلى ذلك. وتتم الإشارة إلى قوة مجالها من خلال الحقيقة العملية المتمثلة في أنه عندما تحلق الأقمار الصناعية والمحطات فوقها، يتم اتخاذ التدابير الواجب اتخاذها لضمان استقرار المدارات والحماية من الإشعاع.
حاليًا، يشعر العلماء في جميع أنحاء العالم بالقلق من أن المجال المغناطيسي للأرض ظل غير مستقر وضعيفًا لأكثر من 10 سنوات؛ زادت سرعة حركة الأقطاب المغناطيسية بشكل حاد. ويعتقد أن التغيير في قطبية المجال المغناطيسي سيأتي قريبا، ولكن متى وكيف بالضبط غير معروف للعلم. ولذلك، يحاول العلماء في هذه المقالة أيضًا تخمين كيف ستسير العملية بشكل عشوائي. لي فكرتهم في تبديل الأعمدة من خلال
لا تبدو هذه الشذوذات المغناطيسية المتوسطة مقنعة، فالمجال الرئيسي ينجم عن تيارات المادة الموصلة في الوشاح السفلي؛ الشذوذات المشار إليها ("مناطق كبيرة من النشاط المغناطيسي الأرضي") ناتجة عن وجود الوشاح العلوي في قلب الأرض والسقف كتل كبيرةصخور ذات مغنطة متزايدة. فهي ثابتة وليست نشطة على الإطلاق كما يحاول المؤلفون إثباتها. وقد انفجرت الصخور التي تؤدي إلى هذه الشذوذات المحلية، وأصبحت ممغنطة وبردت، محتفظة بمغنطتها، منذ عشرات ومئات الملايين من السنين.

"حجر المحبة" - هذا هو الاسم الشعري الذي أطلقه الصينيون على المغناطيس الطبيعي. الحجر المحب (تشو شي)، كما يقول الصينيون، يجذب الحديد، كما تجذب الأم الدافئة أطفالها. ومن المثير للاهتمام أنه بين الفرنسيين، وهم شعب يعيش في الطرف الآخر من العالم القديم، نجد اسمًا مشابهًا للمغناطيس: الكلمة الفرنسية "aimant" تعني "مغناطيس" و"محب". إن قوة هذا "الحب" في المغناطيس الطبيعي ضئيلة، وبالتالي فإن الاسم اليوناني للمغناطيس يبدو ساذجا للغاية - "حجر هرقل". إذا كان سكان هيلاس القديمة مندهشين جدًا من قوة الجذب المعتدلة للمغناطيس الطبيعي، فماذا سيقولون إذا رأوا مغناطيسًا في مصنع معدني حديث يرفع كتلًا تزن أطنانًا! صحيح أن هذه ليست مغناطيسات طبيعية، ولكنها "مغناطيسات كهربائية"، أي كتل حديدية ممغنطة بواسطة تيار كهربائي يمر عبر الملف المحيط بها. ولكن في كلتا الحالتين تعمل قوة من نفس الطبيعة - المغناطيسية.

لا ينبغي للمرء أن يعتقد أن المغناطيس يعمل فقط على الحديد. هناك عدد من الأجسام الأخرى التي تعاني أيضًا من تأثير المغناطيس القوي، ولكن ليس بنفس الدرجة التي يحدث بها الحديد. المعادن: النيكل والكوبالت والمنغنيز والبلاتين والذهب والفضة والألومنيوم تنجذب بشكل ضعيف للمغناطيس. والأكثر من ذلك هو خصائص ما يسمى بالأجسام المغناطيسية، على سبيل المثال الزنك والرصاص والكبريت والبزموت: هذه الأجسام يتم صدها بواسطة مغناطيس قوي!

تتعرض السوائل والغازات أيضًا لجاذبية أو تنافر مع المغناطيس، وإن كان بدرجة ضعيفة جدًا؛ ويجب أن يكون المغناطيس قويًا جدًا حتى يمارس تأثيره على هذه المواد. الأكسجين النقي، على سبيل المثال، هو مغناطيسي، أي أنه ينجذب بواسطة المغناطيس؛ إذا ملأت فقاعة صابون بالأكسجين ووضعتها بين قطبي مغناطيس كهربائي قوي، فسوف تمتد الفقاعة بشكل ملحوظ من قطب إلى آخر، وتمتد بفعل قوى مغناطيسية غير مرئية. ويغير لهب الشمعة الموجود بين طرفي مغناطيس قوي شكله الطبيعي، مما يثبت حساسيته للقوى المغناطيسية (الشكل 1).

لقد اعتدنا على الاعتقاد بأن إبرة البوصلة تواجه دائمًا أحد طرفيها الشمال والآخر جنوبًا. ولذلك قد لا يبدو لنا السؤال التالي واضحا تماما:

في أي مكان على الكرة الأرضية تشير الإبرة المغناطيسية إلى الشمال عند كلا الطرفين؟

وسيبدو السؤال سخيفًا تمامًا:

في أي مكان على الكرة الأرضية تشير الإبرة المغناطيسية إلى الجنوب من كلا الطرفين؟

أنت على استعداد للتأكيد على أنه لا توجد مثل هذه الأماكن على كوكبنا ولا يمكن أن تكون كذلك. لكنهم موجودون.

تذكر أن الأقطاب المغناطيسية للأرض لا تتطابق مع أقطابها الجغرافية - وربما يمكنك تخمين الأماكن التي نتحدث عنها على كوكبنا. أين ستشير إبرة البوصلة إلى القطب الجنوبي الجغرافي؟ سيتم توجيه أحد طرفيه نحو أقرب قطب مغناطيسي، والآخر - في الاتجاه المعاكس. لكن بغض النظر عن الاتجاه الذي نتجه إليه من القطب الجغرافي الجنوبي، فإننا سنتجه دائمًا شمالًا؛ ولا يوجد اتجاه آخر من القطب الجغرافي الجنوبي - فكل ما حوله هو الشمال. ولذلك، فإن الإبرة المغناطيسية الموضوعة هناك ستظهر الشمال عند كلا الطرفين.

وبنفس الطريقة، فإن إبرة البوصلة التي تتحرك نحو القطب الجغرافي الشمالي يجب أن تشير إلى الجنوب عند كلا الطرفين.

الأدب: 1936 ي. بيرلمان "الفيزياء المثيرة للاهتمام" الكتاب الثاني

ألف سنة أخرى قبل الملاحظات الأولى الظواهر الكهربائيةلقد بدأت البشرية بالفعل في التراكم المعرفة حول المغناطيسية. وقبل أربعمائة عام فقط، عندما بدأ تطور الفيزياء كعلم للتو، قام الباحثون بفصل الخواص المغناطيسية للمواد عن خواصها الكهربائية، وبعد ذلك فقط بدأوا في دراستها بشكل مستقل. كانت هذه بداية بداية تجريبية ونظرية، والتي أصبحت بحلول منتصف القرن التاسع عشر أساسًا لـ e النظرية الديناميكية للظواهر الكهربائية والمغناطيسية.

ويبدو أن خصائص غير عادية خام الحديد المغناطيسيكانت معروفة في العصر البرونزي في بلاد ما بين النهرين. وبعد أن بدأ تطوير تعدين الحديد، لاحظ الناس أنه يجذب منتجات الحديد. كما فكر الفيلسوف وعالم الرياضيات اليوناني القديم طاليس من مدينة ميليتس (640-546 قبل الميلاد) في أسباب هذا الجذب، حيث فسر هذا الجذب من خلال الرسوم المتحركة للمعدن.

تخيل المفكرون اليونانيون كيف تغلف الأبخرة غير المرئية المغنتيت والحديد، وكيف تجذب هذه الأزواج المواد لبعضها البعض. كلمة "مغناطيس"من الممكن أن يكون قد أتى من اسم مدينة مغنيسيا إي سيبيلا في آسيا الصغرى، التي ليست بعيدة عن مكان وجود المغنتيت. تقول إحدى الأساطير أن الراعي ماجنيس وجد نفسه بطريقة ما مع أغنامه بجوار صخرة، مما جذب الطرف الحديدي من عصاه وحذائه.

تشير الأطروحة الصينية القديمة "سجلات الربيع والخريف للسيد ليو" (240 قبل الميلاد) إلى خاصية المغنتيت في جذب الحديد. بعد مائة عام، لاحظ الصينيون أن المغنتيت لا يجذب النحاس ولا السيراميك. وفي القرنين السابع والثامن، لاحظوا أن إبرة حديدية ممغنطة، عندما تكون معلقة بحرية، تتجه نحو نجم الشمال.

لذلك، بحلول النصف الثاني من القرن الحادي عشر، بدأت الصين في إنتاج البوصلات البحرية، التي أتقنها البحارة الأوروبيون بعد مائة عام فقط من الصينيين. ثم اكتشف الصينيون بالفعل قدرة الإبرة الممغنطة على الانحراف في اتجاه شرق الشمال، وبالتالي اكتشفوا الانحراف المغناطيسي، قبل الملاحين الأوروبيين، الذين توصلوا إلى نفس النتيجة تمامًا فقط في القرن الخامس عشر.

في أوروبا، كان أول من وصف خصائص المغناطيس الطبيعي هو الفيلسوف الفرنسي بيير دي ماريكورت، الذي خدم عام 1269 في جيش الملك الصقلي تشارلز أنجو. وأثناء حصار إحدى المدن الإيطالية، أرسل إلى صديق في بيكاردي وثيقة دخلت في تاريخ العلم تحت اسم "رسالة على المغناطيس"، تحدث فيها عن تجاربه مع خام الحديد المغناطيسي.

وأشار ماريكورت إلى أنه يوجد في أي قطعة من المغنتيت منطقتان تنجذبان بقوة إلى الحديد. ولاحظ هذا التشابه مع أقطاب الكرة السماوية، فاستعار أسمائهم لتعيين المناطق ذات القوة المغناطيسية القصوى. ومن هنا جاء تقليد تسمية أقطاب المغناطيس بالأقطاب المغناطيسية الجنوبية والشمالية.

كتب ماريكورت أنه إذا قمت بكسر أي قطعة من المغنتيت إلى جزأين، فسيكون لكل جزء أقطاب خاصة به.

كان ماريكورت أول من ربط تأثير تنافر وتجاذب الأقطاب المغناطيسية بتفاعل الأقطاب المعاكسة (الجنوب والشمال) أو المتشابهة. يعتبر ماريكورت بحق رائد المدرسة العلمية التجريبية الأوروبية، وقد تم استنساخ ملاحظاته حول المغناطيسية في عشرات النسخ، ومع ظهور الطباعة تم نشرها في شكل كتيب. وقد استشهد بها العديد من علماء الطبيعة المتعلمين حتى القرن السابع عشر.

كان عالم الطبيعة والعالم والطبيب الإنجليزي ويليام جيلبرت أيضًا على دراية بعمل ماريكورا. في عام 1600، نشر عملاً بعنوان "حول المغناطيس والأجسام المغناطيسية والمغناطيس العظيم - الأرض". في هذا العمل، قدم جيلبرت جميع المعلومات المعروفة في ذلك الوقت عن الخصائص الطبيعية المواد المغناطيسيةوممغنط الحديد، ووصفه أيضاً التجارب الخاصةباستخدام كرة مغناطيسية، أعاد فيها إنتاج نموذج للمغناطيسية الأرضية.

على وجه الخصوص هو تجريبياأثبت أنه عند قطبي "الأرض الصغيرة" تدور إبرة البوصلة بشكل عمودي على سطحها، وعند خط الاستواء تكون موازية، وعند خطوط العرض الوسطى تتحول إلى موضع متوسط. وبهذه الطريقة، تمكن جيلبرت من محاكاة الميل المغناطيسي، الذي كان معروفًا في أوروبا منذ أكثر من 50 عامًا (في عام 1544، وصفه جورج هارتمان، وهو ميكانيكي من نورمبرغ).

أعاد جيلبرت أيضًا إنتاج الانحراف المغناطيسي الأرضي، والذي أرجعه ليس إلى السطح الأملس تمامًا للكرة، ولكن على مقياس الكواكب فسر هذا التأثير من خلال الجذب بين القارات. اكتشف كيف يفقد الحديد الساخن خصائصه المغناطيسية، وعندما يبرد فإنه يستعيدها. وأخيرًا، كان جيلبرت أول من ميز بوضوح بين جذب المغناطيس وجاذبية الكهرمان المدكوك بالصوف، وهو ما أسماه القوة الكهربائية. لقد كان عملاً مبتكرًا حقًا، وقد حظي بتقدير كل من المعاصرين والأحفاد. اكتشف جيلبرت أنه سيكون من الصحيح التفكير في الأرض باعتبارها "مغناطيسًا كبيرًا".

حتى جدا أوائل التاسع عشرفي القرن العشرين، لم يتقدم علم المغناطيسية إلا قليلاً. في عام 1640، عزا بينيديتو كاستيلي، وهو أحد تلاميذ جاليليو، جاذبية المغنتيت إلى الجزيئات المغناطيسية الصغيرة جدًا الموجودة في تركيبته.

في عام 1778، لاحظ سيبالد بروغمانز، وهو مواطن هولندي، كيف يتنافر البزموت والأنتيمون مع أقطاب الإبرة المغناطيسية، وهو أول مثال على ظاهرة فيزيائية أطلق عليها فاراداي فيما بعد اسم نفاذية مغناطيسية.

أثبت تشارلز أوغستين كولومب في عام 1785، من خلال قياسات دقيقة على ميزان الالتواء، أن قوة التفاعل بين الأقطاب المغناطيسية تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بين القطبين - تمامًا مثل قوة تفاعل الشحنات الكهربائية.

منذ عام 1813، كان الفيزيائي الدنماركي أورستد يحاول جاهداً إثبات العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية بشكل تجريبي. استخدم الباحث البوصلات كمؤشرات، لكنه لم يتمكن لفترة طويلة من الوصول إلى الهدف، لأنه توقع أن القوة المغناطيسية توازي التيار، وكان لديه سلك كهربائيبزوايا قائمة على إبرة البوصلة. لم يتفاعل السهم بأي شكل من الأشكال مع حدوث التيار.

في ربيع عام 1820، خلال إحدى محاضراته، قام أورستد بسحب سلك موازٍ للسهم، وليس من الواضح ما الذي دفعه إلى هذه الفكرة. وبعد ذلك تأرجح السهم. ولسبب ما، أوقف أورستد تجاربه لعدة أشهر، ثم عاد إليها بعد ذلك وأدرك أن “التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي يتم توجيهه على طول الدوائر المحيطة بهذا التيار”.

وكان الاستنتاج متناقضا، لأن القوى الدوارة سابقا لم تظهر نفسها لا في الميكانيكا ولا في أي مكان آخر في الفيزياء. كتب أورستد مقالًا أوجز فيه استنتاجاته، ولم يدرس الكهرومغناطيسية مرة أخرى أبدًا.

وفي خريف العام نفسه، بدأ الفرنسي أندريه ماري أمبير تجاربه. بادئ ذي بدء، بعد تكرار نتائج واستنتاجات أورستد وتأكيدها، اكتشف في أوائل أكتوبر تجاذب الموصلات إذا كانت التيارات فيها في نفس الاتجاه، والتنافر إذا كانت التيارات معاكسة.

كما درس أمبير التفاعل بين الموصلات غير المتوازية مع التيار، وبعد ذلك وصفه بالصيغة التي سميت فيما بعد قانون أمبير.كما أظهر العالم أن الأسلاك الملتفة التي تحمل التيار تدور تحت تأثير المجال المغناطيسي، كما يحدث مع إبرة البوصلة.

وأخيراً طرح فرضية التيارات الجزيئية، والتي بموجبها توجد تيارات دائرية مجهرية مستمرة موازية لبعضها البعض داخل المواد الممغنطة، وهي التي تسبب التأثير المغناطيسي للمواد.

في الوقت نفسه، أخرج بيو وسافارد بشكل مشترك معادلة رياضية، والذي يسمح لك بحساب شدة المجال المغناطيسي الحالي المباشر.

وهكذا، بحلول نهاية عام 1821، صنع مايكل فاراداي، الذي كان يعمل بالفعل في لندن، جهازًا يدور فيه موصل يحمل تيارًا حول مغناطيس، ويدور مغناطيس آخر حول موصل آخر.

اقترح فاراداي أن كلا من المغناطيس والسلك مغلفان بخطوط قوة متحدة المركز، والتي تحدد تأثيرهما الميكانيكي.

وبمرور الوقت، أصبح فاراداي مقتنعًا بالواقع الفيزيائي لخطوط القوة المغناطيسية. بحلول نهاية ثلاثينيات القرن التاسع عشر، كان العالم يدرك بوضوح أن الطاقة كذلك مغناطيس دائم، والموصلات الحاملة للتيار، تتوزع في الفضاء المحيط بها، والذي يمتلئ بخطوط القوة المغناطيسية. في أغسطس 1831، الباحث تمكنت من إجبار المغناطيسية على توليد تيار كهربائي.

يتكون الجهاز من حلقة حديدية بها ملفان متقابلان. يمكن توصيل الملف الأول ببطارية كهربائية، والثاني بموصل موضوع فوق إبرة البوصلة المغناطيسية. عندما تدفق سلك الملف الأول العاصمة.، لم يغير السهم موضعه، بل بدأ يتأرجح في لحظات إيقاف تشغيله وتشغيله.

توصل فاراداي إلى استنتاج مفاده أنه في هذه اللحظات ظهر سلك الملف الثاني نبضات كهربائيةالمرتبطة باختفاء أو ظهور المغناطيسية خطوط الكهرباء. لقد توصل إلى هذا الاكتشاف سبب القوة الدافعة الكهربائية الناتجة هو التغير في المجال المغناطيسي.

في نوفمبر 1857، كتب فاراداي رسالة إلى البروفيسور ماكسويل في اسكتلندا يطلب منه إعطاء شكل رياضي لمعرفة الكهرومغناطيسية. امتثل ماكسويل للطلب. مفهوم حقل كهرومغناطيسي وجد مكانا في عام 1864 في مذكراته.

قدم ماكسويل مصطلح "المجال" للإشارة إلى جزء الفضاء الذي يحيط ويحتوي على الأجسام التي تكون في حالة مغناطيسية أو كهربائية، وشدد بشكل خاص على أن هذا الفضاء نفسه يمكن أن يكون فارغًا ومملوءًا بأي نوع من المادة على الإطلاق، والحقل سيظل لها مكان.

في عام 1873، نشر ماكسويل بحثًا عن الكهرباء والمغناطيسية، حيث قدم نظامًا من المعادلات التي تجمع بين الظواهر الكهرومغناطيسية. أعطاهم اسما معادلات عامةالمجال الكهرومغناطيسي، وتسمى حتى يومنا هذا بمعادلات ماكسويل. وفقا لنظرية ماكسويل المغناطيسية هي نوع خاص من التفاعل بين التيارات الكهربائية . وهذا هو الأساس الذي بنيت عليه جميع الأعمال النظرية والتجريبية المتعلقة بالمغناطيسية.