الخواص المغناطيسية للمواد: ما تحتاج إلى معرفته

أصل السلوك المغناطيسي (دوران الإلكترونات والحركة المدارية)

تأتيالمغناطيسية في المواد من سلوك الإلكترونات. فللإلكترونات دوران يخلق مجالات مغناطيسية صغيرة. كما يضيف مدارها حول النواة إلى التأثير. وبعبارات بسيطة، تحدد حركة الإلكترونات ودورانها ما إذا كانت المادة تتصرف كمغناطيس أم لا. ويوفر هذا التفسير أساسًا متينًا لفهم السلوك المغناطيسي الأكثر تعقيدًا الذي نراه في المواد المختلفة.

أنواع المواد المغناطيسية

يمكن تصنيف المواد التي تظهر سلوكًا مغناطيسيًّا إلى أنواع مختلفة. تنجذب بعض المواد بشكل طبيعي إلى المغناطيس. وتُعرف هذه المواد بالم واد المغناطيسية الحديدية. والبعض الآخر ينفر أو ينجذب بشكل ضعيف فقط إلى المغناطيس. وتندرج المواد شبه المغناطيسية والمغناطيسية الثنائية ضمن هذه الفئة. وهناك أيضًا مواد لها خواص مختلطة. فقد تتصرف على أنها مضادة للمغناطيسية أو مغناطيسية مغناطيسية حديدية اعتمادًا على كيفية تفاعل عزومها المغناطيسية الذرية. ولكل نوع منها مجموعة من الخصائص والاستخدامات الخاصة به في التطبيقات اليومية.

شرح الخواص المغناطيسية الرئيسية

- القابلية المغناطيسية
قابلية التأثر المغناطيسي هي مقياس لمدى ممغنطة المادة في مجال مغناطيسي خارجي. وبعبارات بسيطة، تخبرنا هذه القابلية بمدى سهولة استجابة المادة للقوة المغناطيسية. وقابلية التأثر الأعلى تعني استجابة أقوى.

- النفاذية والتباطؤ
تشير النفاذية المغناطيسية إلى السهولة التي يمكن أن يمر بها المجال المغناطيسي عبر المادة. أما التباطؤ المغناطيسي فهو مصطلح يفسر التأخر بين التغيرات في المغنطة عند تطبيق المجال الخارجي أو إزالته. تساعد هذه الخصائص معًا في تصميم أجهزة مثل المحولات والمحركات الكهربائية.

- المغنطة القسرية والرمزية
القسرية هي مقياس قدرة المادة على تحمل قوة مغناطيسية خارجية دون أن تفقد مغنطستها. أما المغناطيسية المتبقية فهي المغناطيسية المتبقية في المادة بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. وكلا الخاصيتين مهمتان عند هندسة المغناطيس الدائم أو وسائط التسجيل المغناطيسي.

- درجة حرارة كوري
تشير درجة حرارة كوري إلى النقطة التي تفقد فيها المادة المغناطيسية مغناطيسيتها عند تسخينها. وبعد درجة الحرارة هذه، تفقد المادة حالتها المغناطيسية المرتبة. وتعتبر درجة الحرارة هذه أساسية عند استخدام المغناطيس في البيئات التي تشهد درجات حرارة عالية.

العوامل المؤثرة على السلوك المغناطيسي

- درجة الحرارة
تلعب درجة الحرارة دوراً حاسماً. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى زيادة الاهتزازات الذرية. وتعطل هذه الاهتزازات محاذاة العزوم المغناطيسية. ونتيجة لذلك، يضعف الترتيب المغناطيسي. وعادة ما تساعد درجات الحرارة المنخفضة في الحفاظ على الخواص المغناطيسية.

- بنية المادة وتركيبها
يؤثر ترتيب الذرات ونوع العناصر الموجودة على المغناطيسية. فالتركيب البلوري المرتَّب جيدًا غالبًا ما يفضِّل التفاعلات المغناطيسية القوية. ويمكن أن يؤدي خلط عناصر مختلفة إلى تغيير السلوك العام. وتلعب الروابط الكيميائية وتركيب السبيكة دوراً أيضاً.

- الشوائب والبنية المجهرية
يمكن أن تؤثر الشوائب أو العيوب الصغيرة في المادة على الخواص المغناطيسية. ويمكنها تعطيل محاذاة الإلكترونات. وحتى العيوب الصغيرة في البنية المجهرية يمكن أن تؤدي إلى تغيرات في الإكراه أو إعادة الإكراه. وتعد المعالجة الدقيقة للمادة ضرورية للحد من هذه التأثيرات.

الحساسية الكتلية لبعض المواد شبه المغناطيسية الشائعة

يتم قياس قابلية التأثر الكتلي لفهم مدى استجابة المادة لمجال مغناطيسي معين لكل وحدة كتلة. تُظهِر المواد شبه المغناطيسية الشائعة، مثل الألومنيوم والبلاتين، قابلية معتدلة للقابلية الكتلية. على سبيل المثال، تبلغ قابلية التأثُّر الكتلي للألومنيوم حوالي 2.2 × 10×10 ⁵ بوحدة النظام الدولي للوحدات. ويُظهِر البلاتين قابلية التأثر الكتلي بالقرب من 2.9×10×10-⁴. هذه البيانات مفيدة عند اختيار المواد للمكونات المغناطيسية في المستشعرات أو الأجهزة الطبية أو الأدوات العلمية.

قد تختلف الأرقام بناءً على النقاء وطرق التحضير. يمكن أن يؤدي استخدام المواد ذات قابلية التأثر الكتلي المعروفة إلى تحسين تصميم المعدات. غالبًا ما تعتمد معايرة الأجهزة وإجراءات السلامة على هذه القيم.

الخاتمة

المغناطيسية خاصية أساسية تجد العديد من التطبيقات في الحياة العصرية. ويؤدي سلوك الإلكترونات دورًا حاسمًا في هذه الخاصية. ويستخدم المهندسون والعلماء الاختلافات الرئيسية في القابلية المغناطيسية والنفاذية والإكراه والإكراه والريماننس ودرجة حرارة كوري لاختيار المواد المناسبة لاحتياجاتهم. وتؤثر درجة الحرارة والترتيب الهيكلي والشوائب بشكل أكبر على هذه الخصائص. لمزيد من المنتجات المغناطيسية القوية والدعم الفني، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما الذي يجعل المادة مغناطيسية؟
س: تتسبب حركة الإلكترونات ودورانها في إظهار المواد لسلوك مغناطيسي.

و: كيف تؤثر درجة الحرارة على المغناطيسية في المواد؟
س: تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تعطيل المحاذاة المغناطيسية وتقليل المغناطيسية.

و: ما هي درجة حرارة كوري؟
س: درجة حرارة كوري هي عندما تفقد المادة مغناطيسيتها بسبب الحرارة.