تاریخچه ی مغناطیس

[ERF@N]

بدون شک اولین پدیده ی مغناطیسی همراه با کشف آهنربای طبیعی دیده شده که یکی از سنگ های آهن به ناممگنتیت به فرمول )Fe۳O۴( است، که اولین بار در شهر باستانی ماکنزیا)واقع در ترکیه امروزی( پیدا شد. مغناطیس طبیعی، ذرات آهن را که آهنربا نیستند به خود جذب می کند. اثرجذب در دو نقطه معین قویتر از سایر نقاط است و آنها را قطبین مغناطیس مینامند. چینی ها در حدود سالهای121میلادی می دانستند که اگر میله ی آهنی را به مغناطیس طبیعی نزدیک کنند،این خاصیت را کسب و در خود نگاه می دارد. هر گاه چنین را در فضا از وسط آویزان کنند، یک سر آن رو به شمال وسر دیگر آن رو به جنوب می ایستد. استفاده از آهنربا در دریانوردی لااقل از قرن یازدهم معمول بوده است.
دانش بشر درباره ی آهن تا مدت ها به همین حدود محدود بود و تا سال1819رابطه ی بین مغناطیس و الکتریسیته را نمی شناختند. در این سالدانشمند دانمارکی به نام هانس کریستیان اورستد مشاهده کرد که یک سوزن مغناطیسی )عقربه ی مغناطیسی( وقتی در مجاورت سیم حامل جریان قرار گیرد، از وضع اولیه خود منحرف می شود، دوازده سال بعد پس سال هازحمت شبانه روزی، مایکل فارادی فیزیک دان انگایسی مشاهده کرد که وقتی رد مداری جریان جریان قطع یا وصل شود، در مدار دیگر که در مجاورت مدار اول است جریانی به وجود می آید، کمی بعد معلوم شد که دور و نزدیک شدن آهنربا به یک سیم پیچ، در آن جریان ایجاد می کند.
ژوزف هانری دانشمند آمریکایی که بعدها رئیس موسسه ی تحقیقاتی شد در حدود12ماه پس از فارادی به همان نتایج او رسید، ولی فارادی نتایج کار خود را زودتر منتشر کرد و افتخار این کشف به نام او ثبت شد. اورستد نشان داد که آثار مغناطیس می تواند در اثر حرکت بار الکتریکی ایجاد شود و فارادی و هانری نشان دادند که جریان با حرکت آهنربا تولید می شود. امروزه همه قبول دارند که کلیه ی پدیده های مغناطیسی در اثر نیروی های موجود بین بارهای متحرک الکتریکی به وجود می آید، یعنی بار متحرک نسبت به یک ناظریک میدان آهنربائی نیز به وجود می آورد. این میدان مغناطیسی فقط می تواند بر بارهایی که نسبت به ناظر مذکور متحرک اند نیرو وارد آورد. از آنجا که الکترون ها حرکت انتقالی به دور هسته و حرکت وضعی به دور خود دارند می توان منتظر بود که کلیه اتم ها خاصیت مغناطیسی داشته باشند و چنین نیز هست. این نظر را که ممکن است خواص مغناطیسی اجسام مربوط به حرکت جریان در داخل اتم ها باشد اولین بار آمپر در سال1820پیشنهاد کرد، اما صحت این نظر فقط در همین دو دهه ی اخیر مورد تائید قرار گرفت.
صفحه ی نصف النهار مغناطیسی
اگر یک آهنربای تیغه ای را ازوسطش آویزان کنیم در راستای شمال و جنوب مغناطیسی زمین قرار می گیرد. می توان محوری در نظر گرفت که خاصیت مغناطیسی آهنربا در اطراف این محور متقارن باشد، بدیهی است پس از آنکه آهنربا در وضع ثابتی قرار گرفت، این محور در راستای شمال و جنوب مغناطیسی قرار می گیرد. صفحه ی قائمی که از این محور فرضی می گذرد صفحه ی نصف النهار مغناطیسی نامیده می شود.
مواد مغناطیسی و غیر مغناطیسی:
اجسامی نظیر آهن، کبالت و نیکل و آلیاژهای مربوط به آن ها، به شدت جذب آهنربا شده و خود دارای خاصیت مغناطیسی می شوند. این مواد را مواد مغناطیسی می نامند و در اصطلاح آن ها را فرومانیتیک می گویند.
مواد دیگری نظیر مس، برنج، شیشه و چوب که جذب آهنربا نمی شوند، مواد غیرمغناطیسی می نامند.
اجسام غیرمغناطیسی خود به دو دسته تقسیم می شوند: الف( دیامانیتیک ب( پارامانیتیک.
الف( دیامانیتیک
در بسیاری از مواد الکترون ها در دودسته به تعداد مساوی در خلاف جهت هم می چرخند. بنابراین اگر بر این مواد از خارج، میدان مغناطیسی اثر نکند، آثار مغناطیسی حاصل از گردش دو دسته الکترون، اثر یکدیگر را خنثی می کنند، در نتیجه ماده فاقد خاصیت مغناطیسی است. هرگاه چنین ماده ای رد یک میدان مغناطیسی قوی قرار گیرد، در مدارهای الکترون ها آشفتگیمختصری پیدا می شود. این آشفتگی سبب می شود که خاصیت مغناطیسی بسیار ضعیفی در درون ماده ظاهر شود که آن را دیامانیتیک می گویند. اکر از این اجسام تیغه یا میله ای اختیار کنیم و آن را در میدان مغناطیسی آویزان کنیم این اجسام عمود در میدان مغناطیسی قرار می گیرند، مانند آن است که این مواد از قطب های آهنربا رانده می شود. تمام غیر فلزات )به جز O۲( و بسیاری از نمک ها و تقریباً تمام ترکیبات آلی، دیامانیتیک هستند.
ب( مواد پارامانیتیک:
در این اجسام عده ی الکترون هایی کهدر دو دسته در خلاف جهت یکدیگر به دور هسته می چرخند مساوی نیستند، میدان مغناطیسی هر اتم یا مولکول صفرنیست. اتم ها یا مولکول ها در حکم مغناطیس کوچکی عمل می کنند. اگردر میدان مغناطیسی نباشند با بی نظمی در ماده قرار می گیرند و اثر مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند. ولی اگر ماده در میدان مغناطیسی قرار داده شود، تعدادی از اتم ها یا مولکول ها طوری تغییر وضع می دهند که میدان مغناطیسی آن ها تقریباً در جهت میدان خارجی قرار می گیرند و در نتیجه ماده خاصیت مغناطیسی ضعیفی پیدا می کند، این خاصیت مغناطیسی را پارامانیتیزم نامند. این مواد به زحمت جذب قطب های آهنربا می شوند، نظیر)2)O و بعضی از گازها و تعدادی از فلزها نظیر پلاتین، سدیم، آلومینیم، منگنز، کروم و برخی از نمکهای فلزی پارامانیتیک هستند.
اجسام فرومانیتیک:
در این اجسام الکترون ها در هر اتم، همه در یک جهت دوران می کنند. رفتار الکترون ها به دور هسته ی اتم، مشابه رفتار جریانی است که از هر دورسیم در سیم پیچ می گذرد، همان طور که عبور جریان الکتریسیته )یعنی الکترون ها( از حلقه های سیم پیچ در آن میدان مغناطیسی ایجاد می کنند، حرکت الکترون ها هم به دور هسته ی اتم در آن میدان مغناطیسی به وجود می آورد. بنابراین می توان گفت: در هر ماده نظیر آهن، کبالت، نیکل یک نوع اثر مغناطیسی مشاهده می شود، هر چند که مقدار آن خیلی کم باشد.
اتم هایی که وضع مشترکی دارند به هم پیوسته و گروه های کوچکی را تشکیل داده اند. هر گروه بخش میکروسکوپی

---

کوچکی از ماده را تشکیل داده است. همه ی اتم های موجود در یک بخش که در واقع دو قطب های کوچکی هستند طوری ردیف شده اند که هر بخش را بهصورت یک مغناطیس میکروسکوپی در آورده اند. بنابراین هر یک از این بخش ها را حوزه یا بخش مغناطیسی مینامیم. در مواد فرومانیتیک که خاصیت مغناطیسی نداشته باشند، محورهای مغناطیسی بخش ها به طور نامنظم در جهت های مختلف قرار دارند و اثر یکدیگر را خنثی می کنند، ولی هنگامی که ماده فرومانیتیک در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند همه ی بخش ها به طور منظم قرار می گیرند به نحوی که محور های آن ها در راستای میدان مغناطیسی قرار گرفته و جسم دارای خاصیت مغناطیسی می شود، هرچه میدان قوی تر باشد و عده ی بیش تریاز بخش ها مرتب خواهند شد تا جایی که محورهای مغناطیسی تمام بخش ها در امتداد میدان قرار گیرد و در اینحالت ماده بیش ترین خاصیت مغناطیسی خود را پیدا می کند یعنی از خاصیت مغناطیسی اشباع می شود. اگر جسم از آهن نرم باشد بعد از حذف میدان مغناطیسی، بخش ها مجدداً نظم خود را از دست داده و نامنظم می شوند، لذا جسم خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد ولی اگر جسم از فولاد باشد بعد ازحذف میدان مغناطیسی بیش تر بخش ها نظم موجود را حفظ کرده و جسم خاصیت مغناطیسی خود را به مقدار زیاد حفظ می نماید.
میدان مغناطیسی
میدان مغناطیسی یک آهنربا فضای محدود اطراف آهنربا است که در آن فضا، آثار مغناطیسی وجود دارد. میدانمغناطیسی را می توان با خط هایی به نام خطوط میدان مغناطیسی یا خطوط نیروی میدان مغناطیسی نمایش داد. بهنظر می رسد که در میدان مغناطیسی اطراف یک آهنربا خطوطی جریان داردکه به آن شار مغناطیسی یا فلوی مغناطیسی می گویند. می توان گفت که خطوط میدان مغناطیسی در واقع مسیر شار مغناطیسی از یک قطب به قطب دیگرند. قسمتی از این خطوط را می توان با ایجاد طیف مغناطیسی که به وسیله ی براده ی آهن به دست آورد. علت تشکیل طیف به وسیله ی براده ی آهن را می توان چنین توجیه کرد که هریک از براده ها بنا به خاصیت القای مغناطیسی آهنربای کوچکی می شود که به طور منظم در دنبال یکدیگر قرار می گیرند.
میدان مغناطیسی یکنواخت
میدان مغناطیسی یکنواخت به فضایی گفته می شود که در آن خطوط قوای مغناطیسی با هم موازیند. مثلاً میدان مغناطیسی در بین قطبین آهنربای نعلی شکل را می توان یکنواخت دانست.
میدان مغناطیسی زمین
زمین را می توان در حکم مغناطیسی بزرگ دانست که قطب شمال مغناطیسی آن در مجاورت قطب جنوب جغرافیایی، وقطب جنوب مغناطیسی آن در مجاورت قطب شمال جغرافیایی است.
زاویه ی انحراف مغناطیسی:
زاویه انحراف مغناطیسی زمین، زاویه ای است بین نصف النهار مغناطیسی زمین با نصف النهار جغرافیایی که درهر نقطه درست می کند. این زائیه را با حرفDنشان می دهند که مقدار آن بستگی به تعداد لکه های خورشید و زمان و مکان آن دارد. دانستن زاویه ی انحراف مغناطیسی و چگونگی تغییرات آن در نقاط مختلف زمین اهمیت زیادی دارد. زیرا در کشتیرانی و هواپیمایی برای تعیین مسیر و تنطیم آن از قطب نما استفاده می شود.
زاویه میل مغناطیسی زمین:
هرگاه عقربه مغناطیسی را از گرانیگاهش به نخی بدون تاب آویخته شود عقربه ی مغناطیسی علاوه بر این که در سطح نصف النهار مغناطیسی زمینقرار می گیرد قطبNآن نیز به سوی پایین متمایل می شود و راستای عقربه با راستای افقی زاویه ای تشکیل می دهد که به آن زاویه ی میل مغناطیسی زمین گویند. مقدار این زاویه در قطب شمال مثبت و در قطب جنوب منفی است. اندازه ها در قطبین زمین90درجه و در استوا صفر می باشد.
مقایسه ی خواص مغناطیسی آهن و فولاد:
اگر دو قطعه یکسان از آهن و فولاد اختیار کرده و آن ها را در میدان مغناطیسی یکسان قرار دهیم آهن بیش از فولاد خاصیت مغناطیسی پیدا می کند، ولی وقتی آن ها را از میدان مغناطیسی خارج می کنیم، آهن تمام خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد در حالی که فولاد به مقدار زیادی خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند، پس خاصیت مغناطیسی القایی در آهن موقتی، ولی در فولاد دائمی است.
عواملی که خاصیت آهنربایی را از بین می برند عبارتند از:
الف( حرارت دادن آهن تا حد سرخ شدن و قرار دادن در راستای مشرق و مغرب در جهت سرد شدن.
ب( ضربه زدن شدید به آهنربا و چکش کاری آن به ویژه در راستای مشرق و مغرب برای ازبین بردن خاصیت مغناطیسی. یک قطعه ی آن را درون سیم پیچی که در راستای مشرق و مغرب است قرار داده و از سیم پیچ برق متناوب عبور می دهند و در همین حالت جسم رااز سیم پیچ دور می نمایند.

[ارمين2012]

جالب و اموزنده