موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الأحد، 19 أبريل 2020

الخواص المغناطيسية للمواد Magnetic Substances Types


الخواص المغناطيسية للمواد وأقسامها

كما نعلم، فإن المجال المغناطيسي يعرف على أنه المنطقة المحيطة بالمغناطيس والتي تظهر فيها آثار قوته المغناطيسية. إن المجال المغناطيسي الناشئ عن ملف دائري يمر فيه تيار يشبه المجال المغناطيسي الناشئ عن مغناطيس مستقيم قصير، وأن المجال المغناطيسي الناشئ عن ملف حلزوني يشبه المجال المغناطيسي الناشئ عن مغناطيس مستقيم، أي إن كل التأثيرات المغناطيسية هي نتيجة تيارات سارية. وترجع الخصائص المغناطيسية في الأصل على حركة الإلكترونات حول نوى الذرات. 

وبما أن الإلكترونات عبارة عن شحنات متحركة، فإن حركتها تولد مجالاً مغناطيسياً، ويولد الإلكترون مجالاً مغناطيسياً بطريقتين، هما:
1- حركة الإلكترون حول نواة الذرة، وهذه تشبه حركة تيار في ملف ويكون إسهام هذه الحركة في المجال المغناطيسي ضئيلاً كما في الشكل التالي:


2- حركة الإلكترون حول نفسه، وتسمى هذه الحركة بالحركة المغزلية، ويعزى إليها معظم الخصائص المغناطيسية للمادة.
ويكون المجال المغناطيسي الناشئ لمحصلة المجالات المغناطيسية الناشئة عن حركة الإلكترونات جميعها في ذرات المادة .وبما أن الإلكترونات المربوطة تتحرك في أفلاك، وأن كل فلك يتحرك فيه إلكترونان باتجاهين متعاكسين؛ مما يؤدي إلى نشوء عزمين مغناطيسين متساويين مقداراً ومتعاكسين اتجاهاً فيلغي أحدهما الآخر، غير أن هناك عناصر، مثل الحديد والنيكل والكوبلت وبعض السبائك، يوجد فيها إلكترونات حرة، تدور في أفلاك مختلفة و باتجاه واحد، تتحد عزومها المغناطيسية، وتظهر خصائص مغناطيسية، ويختلف تصرف هذه المواد عند وجودها في مجال مغناطيسي خارجي حسب قابليتها المغناطيسية؛ إذ يعمل المجال المغناطيسي الخارجي على توحيد اتجاه العزوم المغناطيسية الناشئة عن ذراتها، فتصبح المادة ممغنطة.
تصنف المواد المغناطيسية تبعاً لمقدار معامل النفاذية المغناطيسية النسبية لها، فيطلق على المواد التي تكون قيمه معامل النفاذية المغناطيسية النسبية لها أقل من واحد، اسم المواد الديامغناطيسية، والمواد التي تكون قيمة * أكبر من واحد بقليل المواد البارامغناطيسية، والمواد التي تكون قيمة معامل النفاذية المغناطيسية النسبية لها أكبر بكثير من واحد بالمواد الفرومغناطيسية. وتعتمد قيمة معامل النفاذية المغناطيسية النسبية على المجال المغناطيسي المؤثر وعلى الطريقة التي تتعامل بها المادة مع المجال، فما سبب اختلاف تأثر المواد بالمجال المغناطيسي؟
وتختلف المواد في قابليتها للتمغنط، وعليه تصنف إلى مواد ديا مغناطيسية، وبارا مغناطيسية وفرو مغناطيسية، فكيف تتصرف كل مادة من هذه المواد عند وضعها في مجال مغناطيس خارجي؟

تصنيف المواد بحسب الخصائص المغناطيسية

1- المواد الديامغناطيسية (Diamagnetic Materials)

عند وضع هذه المواد في مجال مغناطيسي خارجي، فإن عزومها تترتب في اتجاه معاكس لاتجاه المجال الخارجي، أي إن المادة ككل سوف تتمغنط باتجاه مضاد للمجال الخارجي فتضعفه، ولهذا السبب تدعى هذه المواد بالديامغناطيسية (Dia تعني ضد)، فعند تقريب مثل هذا المواد كالسيليكون والفضة والزئبق والرصاص والبزموث من مغناطيس قوي تنفر منه، وتمتاز هذه المواد بمعامل نفاذية نسبي أقل من (1) بقليل، ويزول ترتيب هذه العزوم بإزالة المجال المغناطيسي الخارجي.

2- المواد البارامغناطيسية (Paramagnetic Materials)

تمتلك ذرات هذه المواد عزوماً مغناطيسية دائمة، لكن محصلة هذه العزوم في أي اتجاه تساوي صفراً، حتى في درجات الحرارة العادية، فإذا وضعت هذه المواد تحت تأثير مجال مغناطيس خارجي ترتبت عزوم ذراتها المغناطيسية باتجاه يوازي المجال الخارجي، فينتج عن ذلك تمغنط إضافي، لكنه ضعيف يعمل على تقوية المجال المغناطيسي الخارجي، لهذا يكون معامل النفاذية النسبي لها أكبر من واحد بقليل، ولهذا سميت بالمواد البارامغناطيسية (Para تعني موازي)، ومن الأمثلة عليها الالمنيوم، والزجاج، والزنك.

3- المواد الفرومغناطيسية (Ferromagnetic Materials)

تظهر الخواص المغناطيسية في المواد الفرومغناطيسية بشكل واضح حتى عند وجودها في مجال مغناطيسي ضعيف، وتتميز بقابليتها على التمغنط العالي والدائم، ويعتمد مقدار التمغنط على شدة المجال المغناطيسي الخارجي.

كيف تتمغنط المواد الفرومغناطيسية بشكل عالٍ ودائم؟

إنّ كل مجموعة من الذرات التي تكون عزومها المغناطيسية في اتجاه واحد تدعى حقلاً، وتكون الحقول (المناطق) المختلفة لمادة غير ممغنطة موزعة بصورة عشوائية داخل المادة باتجاهات مختلفة، فتكون محصلة التمغنط فيها صفراً، ولكن عند تعرض هذه المادة لمجال مغناطيسي خارجي، فإنها تعيد ترتيب نفسها باتجاه المجال الخارجي وتدعمه.
كلما زادت شدة المجال الخارجي ازدادت استقامة الحقول باتجاه واحد حتى تصبح جميع الحقول بنفس اتجاه المجال المؤثر، عندها تصل المادة إلى أعلى درجات التمغنط. تحتفظ بعض الحقول باتجاهها الموازي لاتجاه المجال الخارجي؛ مما يؤدي إلى احتفاظ المادة بخواصها المغناطيسية بصورة دائمة، حتى زوال المجال المغناطيسي الخارجي.
مع زيادة درجة حرارة المادة تبدأ بفقدان خواصها المغناطيسية؛ وذلك لأن الذرات تتهيج وتعود لترتيب نفسها بشكل عشوائي وتتحول إلى مادة بارا مغناطيسية، ويطلق على درجة الحرارة التي تفقد عندها المادة الفرو مغناطيسية خصائصها المغناطيسية اسم درجة كوري، وهي للحديد تساوي 770ْ س، ومن الأمثلة على المواد الفرومغناطيسية الحديد والكوبلت والنيكل، وتسمى هذه المواد أحياناً الحديد ومغناطيسية نسبة الى الحديد الذي يعدّ من أشهرها.

معلومات إضافية عن المجال المغناطيسي

ما مقدار المجال المغناطيسي للذرة؟

يتواجد داخل الذرات مجالات مغناطيسية شدتها 10 تسلا.

ما مقدار المجال المغناطيسي للكرة الأرضية؟

المجال المغناطيسي المتدفق من الكرة الأرضية يبلغ ربع غاوس.


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

اترك لنا أي سؤال أو تعليق ونحن نسعد بخدمتكم وإجابة استفساراتكم

???????