YTread Logo
YTread Logo

MAGNETS: How Do They Work?

MAGNETS: How Do They Work?
إذا أخذت قطعة من الخشب ووضعتها بجانب قطعة أخرى من الخشب لاشيء سيحدث. وإذا أخذت قطعة من الجرانيت ووضعتها بجانب صخرة .. لاشيء سيحدث أيضا. لكن إذا أخذت قطعة من الحديد ووضعتها بجانب هذه القطعة الأخرى من الحديد ... ماجيك (سحر) أعني ماجنت (مغنطيس) الأجسام المغنطيسية قادرة بشكل سحري
magnets how do they work
على الجذب من مسافات بعيدة لأنها تولد مجال مغنطيسي. الذي يمتد بشكل غير مرئي لما بعد الجسم، لكن اللغز هو : من أين تأتي المجالات المغنطيسية؟ دريك: ذلك سهل يا هنري! نحن عرفنا منذ وقت طويل أن الكهرباء والمغنطيسية هما فقط وجهان لعملة واحدة، مثل الكتلة والطاقة والزمن والمكان يمكن أن
يتم تحويلهم الى بعضهم البعض، لكن في الحقيقة، المجال المغنطيسي هو في الأساس مجرد ما يتحول إليه المجال الكهربائي عندما يتحرك جسم مشحون كهربيا! هنري: ذلك منطقي لتفسير لماذا تتحرك إبرة البوصلة عندما يمر تيار من الإلكترونات داخل سلك أو كيف أن التيار في لب الأرض الخارجي يولد
المجال الجيومغنطيسي، ولكن قطعة المغنطيس أو إبرة البوصلة هما مجرد قطع من المعدن بدون أي تيار كهربائي يجري خلالهن ديريك، هل الأمر كذلك؟ على المستوى الجهري توجد أحمال من الالكترونات تلف داخل الذرات والجزيئات التي تشكل المادة الصلبة هنري: صحيح! وهذا يذكرنا بنقطة مهمة - السلوك
المغناطيسي للأجسام يتأثر بتشكيلة مذهلة من التأثيرات، بداية من مستوى الجزيئات إلى الذرات، ومجموعات من الذرات، ومجموعات من مجموعات من الذرات. أولا : الجزيئات بعكس عمل الجاذبية والكهربية، المغنطيسات الدائمة لا يمكن أن تفهم بشكل كامل إلا كتأثيرات ميكانيكية كمية، بنفس الطريقة
التي تمتلك بها الإلكترونات والكواركات خصائص أساسية هي الكتلة و الشحنة الكهربية، كذلك معظم الجزيئات. أيضا لديها خاصية ذاتية تسمى "المغنطيس الصغير"... أمزح، إنها تسمى "العزم المغناطيسي الذاتي"، ولكن في الحقيقة تلك مجرد فزلكة فارغة تقول أن الجسيمات المشحونة كهربيًا
هي مغنطيسات صغيرة بالفعل. ديريك: إذا أردت أن تعرف لماذا هي مغنطيسات صغيرة، حسنا، ربما يجب أن تسأل أيضًا لماذا الجزيئات تمتلك شحنة في المقام الأول، أو لماذا الأجسام ذات الطاقة والعزم لها جاذبية؟ لا أحد يعرف ... نحن فقط نعرف أن هذه الأمور صحيحة / هذه هي طريقة عمل الكون. هنري:
magnets how do they work
بالضبط، ومنذ العشرينيات ،عرفنا أن كل إلكترون أو بروتون هو في الأساس مغناطيس صغير. وهذا ما يقودنا إلى مستوى الذرات. الذرة هي مجموعة من البروتونات موجبة الشحنة مع مجموعة من الإلكترونات سالبة الشحنة تلف حولها، مغنطيس البروتون الصغير أضعف 1000 مرة من مغنطيس الإلكترون. لذا فنواة
الذرة ليس لديها تأثير على مغنطيسية الذرة ككل. ديريك: ربما قد تعتقد أنه بما أن العديد من الإلكترونات (ليس جميع الإلكترونات) تتحرك كتيار في سلك، فقد تولد مجالًا مغنطيسيا نتيجة لتلك الحركة. وبالفعل يفعلن، وهذه المجالات تسمى" المجالات المغنطيسية المدارية" هنري: ولكن هذه لا
تساهم في المجال المغنطيسي للذرة، السبب هو: الإلكترونات في الذرات موصوفة بدقة وبتعقيد بميكانيكا الكم، لكن جوهر القصة هو أن الإلكترونات تحتشد في مدارات ( أغلفة) حول النواة. الإلكترونات في كل حقل مداري تدور في كل الإتجهات لذا التيارات التي ستتولد ستيلاشي بعضها بعضًا وبالتالي
لن تولد مجال مغناطيسي، هذه الإلكترونات تكون في شكل أزواج والتي مغنطيساتها الصغيرة (لَفِها المغزلي) يكون في إتجاهين متعاكسين، وبالتالي يتلاشى. لكن في قشرة نصف ممتلئة فإن كل الإلكترونات لن توجد في شكل أزواج، لذا فإن مغنطيسياتها الصغيرة سيكون لديها نفس الإتجاه وبالتالي تضاف
لبعضها، مما يعني أن الخصائص المغنطيسية للإلكترونات. في القشرة الخارجية هي التي تعطي ذرة ما غالبية مجالها المغناطيسي. لذا الذرات قرب أي مستوى فرعي رئيسي في الجدول الدوري، والذي قشرته الخارجية مليئة (أو شبه مليئة) ليست شديدة المغنطيسية، والذرات في منتصف منتصف المستوى الفرعي
لديها قشرة إلكترونية خارجية شبه ممتلئة، مثل ، النيكل والكوبالت. والحديد والمنغنيز والكروم، الخ. ديريك: انتظر، لكن الكروم ليس بمغاطيسي. هنري: آه، لكن لمجرد أن الذرة هي مغنطيسية لايعني أن المادة المصنوعة من كثير من تلك الذرة يجب أن تكون مغناطيسية، والذي يقودنا لمستوى البلورات.
magnets how do they work
عندما ترتبط مجموعة من الذرات لتكوين المادة الصلبة، ففي العموم هنالك خياران: إما أن توحد كل الذرات مجالاتها المغنطيسية مع بعضها، أو أن أو أن تَصُفُّ مجالها المغنطيسى بشكل متناوب فيلغي بعضه بعضا. الذرات ستفعل كل ما يستلزم طاقة أقل ديريك: هذا هو السبب في أن الكروم شديد
المغنطيسية كذرة لكنه ضعيف المغنطيسية بشكل كبير كمادة صلبة لأنه واحد من أكثر المواد ضد التمغنط التي نعرفها ، الحديد في الجانب الآخر هو أكثر المواد قابلة للتمغنط أو باللغة المعتادة مغناطيسي هنري: في بعض الأحيان. المستوى الأخير والنهائي في المغناطيسية هو مستوى النطاقات، في
الأساس حتى المواد المغنطيسية حيث المجالات المغنطيسية للذرات تصطف معا فمن المحتمل أن رقعة من المادة ستحتوى على ذرات مُصطَفًّة معا في إتجاه واحد، ورقعة أخرى ذراتها مصطفة في إتجاه معاكس وهكذا. ديريك: إذا كان كل من هذه "النطاقات" ذات حجم متقارب، فلا نطاق سيكون قوي بما فيه
الكفاية لإجبار النطاقات الأخرى للتحالف معه، لذا قطعة من الحديد قد لا يكون لها مجال مغنطيسي بسبب حروب الممالك المغنطيسية داخلها. هنري: ومع ذلك، إذا قمت بتطبيق مجال مغنطيسي قوي بما فيه الكفاية من خارج المادة يمكن أن تساعد نطاق واحد في بسط سلطته على جيرانه وهكذا حتى يتم توحيد
كافة النطاقات في مملكة واحدة كلها متجه في نفس الإتجاه والآن، أخيرا، يمكنك الحكم بقبضة من حديد ... أعني مغناطيس... إنه مغناطيسي لأنه قابل للتمغنط وكل النطاقات متحدة هنري: بالضبط! واللافت للنظر هو أن المغناطيسية هي خاصية كمية جوهرية مضخمة لحجم الأجسام العادية، وكل مغنطيس دائم
هو تذكير بأن ميكانيكا الكم تشكل قاعدة عالمنا - من أجل أن يصبح جسم ما مغنطيس أو مُمَغنط فيجب أن يكون له ممالك موحدة من النطاقات المغنطيسية، كلها مكون من بجيليونات من الذرات المغناطيسية التي يجب أيضا أن تكون مصطفة مع بعضها بنفس الشكل، والتي كل منها لن تكون مغنطيسية إلا إذا كان
لديها في المقام الأول قشرة خارجية نصف ممتلئة بالإلكترونات حيث مجالاتهم المغنطيسية الذاتية موحدة ولا يلغي بعضها بعضًا، ليس مدهش أن هذه الشروط صعبة التحقيق، وهذا يفسر لماذا يوجد عدد محدود من المواد المناسبة التي يمكنك إستخدمها عند صنع مغنطيس ديريك: أو يمكنك أن تُسري تيار
كهربائي خلال موصل وتولد مجالًا مغنطيسيًا بتلك الطريقة. هنري: ولكن إنتظر... لماذا ذلك يعمل من الأساس ؟ أضغط هنا لتذهب لـ Veritasium وسنعرف ما علاقة النسبية الخاصة وسرعة الضوء بالكهرومغناطيسية