الخواص المغناطيسية وتطبيقاتها

ثنائي القطب المغناطيسي

ثنائي القطب المغناطيسيهو زوج من الشحنات أو الأقطاب المغناطيسية المتساوية والمتضادة تفصل بينهما مسافة. وهو أبسط كيان مغناطيسي وهو بمثابة اللبنة الأساسية لفهم الأنظمة المغناطيسية الأكثر تعقيدًا.

يحتوي ثنائي القطب المغناطيسي على قطبين مختلفين: قطب شمالي وقطب جنوبي. ويحدِّد عزم ثنائي القطب، وهو كمية متجهة، قوة واتجاه ثنائي القطب. وعند تعرض ثنائي القطب المغناطيسي لمجالات مغناطيسية خارجية، يتعرض ثنائي القطب المغناطيسي لعزم دوران يؤدي إلى محاذاة المجال.

المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسيهو مجال متجه يصف التأثير المغناطيسي على الشحنات الكهربائية المتحركة، والتيارات الكهربائية، والمواد المغناطيسية. وهو ضروري لتشغيل العديد من الأجهزة وسلوك المواد المختلفة.

تشمل مصادر المجالات المغناطيسية ما يلي:

• المغناطيس الدائم: توليد مجال مغناطيسي ثابت
• التيارات الكهربائية: تنتج مجالات مغناطيسية حول الموصلات
• المجالات الكهربائية المتغيرة: توليد مجالات مغناطيسية وفقًا لمعادلات ماكسويل

العزوم المغناطيسية

تنشأالعزوم المغناطيسيةمن حركة الشحنات الكهربية والدوران الداخلي للجسيمات الأولية. وهي تحدد عزم الدوران الذي تتعرض له المادة في المجال المغناطيسي وقدرتها على أن تصبح ممغنطة.

يمكن تصنيف العزوم المغناطيسية إلى ثلاثة أنواع: العزم المغناطيسي المداري، الذي ينشأ من الإلكترونات التي تدور حول النواة؛ والعزم المغناطيسي المغزلي المغزلي، وهو عزم مغناطيسي جوهري للجسيمات مثل الإلكترونات؛ والعزم المغناطيسي الكلي ، الذي يجمع بين العزمين المداري والمغزلي.

القوة المغناطيسية

تشير القوة المغناطيسية إلى شدة المجال المغناطيسي وقدرته على التأثير على المواد والشحنات. ويتم قياسها بمعايير مثل كثافة التدفق المغناطيسي وشدة المجال المغناطيسي.

وتتأثر القوة المغناطيسية بعدة عوامل: خواص المواد، مثل النفاذية وقابلية التأثر؛ والمسافة من المصدر، حيث تقل شدة المجال المغناطيسي مع المسافة؛ وتكوين المصادر المغناطيسية، بما في ذلك محاذاة وترتيب ثنائيات الأقطاب.

مقارنة الخواص المغناطيسية

أنواع المغناطيسات الدائمة

توفر Stanford Advanced Materials (SAM) مجموعة متنوعة من المغناطيسات القوية. تحافظ هذه المغناطيسات الدائمةعلى مجال مغناطيسي مستمر دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي. وهي مصنوعة من مواد ذات نفاذية مغناطيسية عالية وتشمل:

1. النيوديميوم (NdFeB): أقوى مغناطيس دائم، ويستخدم على نطاق واسع في المحركات ومحركات الأقراص الصلبة ومكبرات الصوت.
2. السماريوم-الكوبالت (SmCo): الثبات في درجات الحرارة العالية، وتستخدم في التطبيقات الفضائية والعسكرية.
3. النيكو: مصنوع من الألومنيوم والنيكل والكوبالت، يُستخدم في الحساسات والمحركات الكهربائية ولاقط الجيتار.
4. الفريت (سيراميك): ميسور التكلفة، مقاوم للتآكل، يستخدم في مكبرات الصوت والمحركات الصغيرة.
5. التراب النادر: يشمل النيوديميوم والسماريوم-الكوبالت، المعروف بالقوة المغناطيسية العالية.

الأسئلة المتداولة

ما هو ثنائي القطب المغناطيسي؟
يتكون ثنائي القطب المغناطيسي من قطبين مغناطيسيين متساويين ومتقابلين تفصل بينهما مسافة، ويمثل أبسط شكل من أشكال المغناطيس.

كيف يتولَّد المجال المغناطيسي؟
تتولد المجالات المغناطيسية عن طريق الشحنات الكهربائية المتحركة، مثل التيارات الكهربية، أو عن طريق المجالات الكهربائية المتغيرة.

ما الذي يحدد العزم المغناطيسي للمادة؟
يتحدَّد العزم المغناطيسي من خلال حركة الإلكترونات، بما في ذلك مساهماتها المدارية والمغناطيسية في المادة.

كيف تتغيَّر القوة المغناطيسية بتغيُّر المسافة؟
تتناقص القوة المغناطيسية عادةً بتربيع المسافة من المصدر، وفقًا لقانون المربع العكسي.

ما أهمية الخواص المغناطيسية في التكنولوجيا؟
الخواص المغناطيسية ضرورية لعمل الأجهزة مثل المحركات والمولدات وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي وأنظمة تخزين البيانات.