لماذا تجذب المغناطيسات المعادن

لماذا تجذب المغناطيسات المعادن

يجذب المغناطيس الفلزات بسبب سلوك الإلكترونات داخل ذرات الفلز. تحتوي معظم الفلزات، مثل الحديد والكوبالت والنيكل، على إلكترونات غير مزدوجة في أغلفتها الخارجية. وتولِّد هذه الإلكترونات المنفردة مجالات مغناطيسية صغيرة.

وعندما يُوضَع مغناطيس بالقرب من فلز ما، يؤدي المجال المغناطيسي للمغناطيس إلى محاذاة الإلكترونات في الفلز بطريقة تعزز مجال المغناطيس. ويخلق هذا الاصطفاف تفاعلاً قوياً بين المعدن والمغناطيس، مما يجعلهما ينجذبان إلى بعضهما البعض.

وفي الفلزات الحديدية المغناطيسية ( مثل الحديد)، يكون هذا الاصطفاف واضحًا بشكل خاص، مما يجعلها مغناطيسية بقوة ويجعلها أكثر عرضة للانجذاب إلى المغناطيس. ويحدث هذا التجاذب بسبب التفاعل بين مجال المغناطيس وإلكترونات المعدن، وهو أمر متجذر في ميكانيكا الكم والخصائص المغناطيسية للمادة.

أي المواد يمكن أن تجذب الفلزات

تكون المواد مغناطيسية إذا كانت إلكترونات التكافؤ الخاصة بها تصطف بطريقة خاصة. ويحدث هذا على الأرجح في الفلزات الانتقالية، لأن لديها العديد من إلكترونات التكافؤ غير المترابطة. وغالبًا ما يكون الحديد والكوبالت والنيكل مغناطيسية. ويجعل قلب الأرض الحديدي من قلب الأرض مغناطيسًا عملاقًا، ويستخدم مصطلحا الشمال والجنوب لوصف اتجاهي المجال المغناطيسي. ينجذب القطب الشمالي للمغناطيس إلى القطب الشمالي للأرض.

يمكن أن تكون المركبات مغناطيسية أيضًا. وقد أُطلِق على خام الحديد الذي صيغته Fe3O4 الموجود في مغنيسيا بتركيا اسم المغنتيت (Magnetite)، ويرجع سبب تسميته بهذا الاسم إلى ارتباطه بهذه الخاصية غير العادية. وفي العصور الوسطى، كانت الصخرة تسمى حجر اللودستون (لأنها "تقود" إلى الشمال) وكانت تستخدم في الملاحة. اكتشف الناس أنه يمكن فرك الإبر الحديدية أو الفولاذية على الصخر لاكتساب المغنطة. تم تحويل هذه الإبر إلى بوصلات ملاحية.

يتم تصنيعمغناطيسات السيراميك مثل الحديد والكوبالت وأكاسيد الكروم عن طريق مسحوق المعادن. يمكن خلط الجسيمات الصغيرة مع البوليمرات لصنع مغناطيسات ثلاجات مرنة، أو تغليفها على شرائط بلاستيكية لصنع أشرطة تسجيل الصوت والفيديو. يتم تطبيق مجالات مغناطيسية قوية أثناء المعالجة لمحاذاة مجالات الجسيمات. ويستخدم ترسيب الأغشية الرقيقة في غرفة مفرغة من الهواء في صناعة محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر.
يمكن أن تصنع السبائك مغناطيسات قوية للغاية. وقد تم اكتشاف أول مزيج ناجح، وهو الألومنيكل-الكوبالت، في ثلاثينيات القرن العشرين. أما السبائك التي تحتوي على عناصر أرضية نادرة فهي أكثر نجاحًا. فالسماريوم-الكوبالت والنيوديميوم-الحديد-البورون هما مزيجان شائعان.
في أوائل القرن التاسع عشر، اكتُشف أن التيار الكهربائي الذي يمر عبر لفائف من الأسلاك يخلق مجالاً مغناطيسياً. وتستخدم المغناطيسات الكهربائية في المحولات الكهربائية.
قد تفقد المغناطيسية عند تسخين المادة. فعند تسخينها تكتسب الإلكترونات طاقة ويمكن أن تعيد توجيهها، فتفقد محاذاة خاصة بها.

قائمة المعادن المغناطيسية: الأنواع والخصائص والتطبيقات

المعادن المغناطيسية هي المواد التي تُظهِر خواص مغناطيسية، إما بشكل دائم أو عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي. يمكن تصنيف هذه المعادن إلى أنواع مغناطيسية حديدية وبارامغناطيسية وبارامغناطيسية ثنائية المغناطيسية، ولكل منها سلوكيات وتطبيقات مميزة.

1. المعادن الحديدية المغناطيسية (شديدة المغناطيسية)

تحتفظ هذه المعادن بمغنطتها وتنجذب بقوة إلى المغناطيس.

• الحديد (Fe) - أكثر المعادن المغناطيسية شيوعًا، ويستخدم في المغناطيسات الكهربائية والمحولات والصلب الهيكلي.

• النيكل (Ni) - يُستخدم في الفولاذ المقاوم للصدأ، والبطاريات القابلة لإعادة الشحن (NiMH)، والدروع المغناطيسية.

• الكوبالت (Co) - ضروري في المغناطيسات عالية الأداء (على سبيل المثال، AlNiCo وSMCo) وسبائك الفضاء.

• الجادولينيوم (Gd) - يُظهر مغناطيسية حديدية قوية تحت 20 درجة مئوية، ويستخدم في عوامل التباين بالرنين المغناطيسي وتخزين البيانات.

• السبائك (Al-NiCo، بيرمالويه، الفولاذ) - يستخدمالفولاذ (Fe + C ) على نطاق واسع في المحركات، بينما يستخدم Al-NiCo (Al-Ni-Co-Fe) في أجهزة الاستشعار ولاقطات الجيتار.

2. المغناطيسات الأرضية النادرة (أقوى مغناطيس دائم)

وهي عبارة عن سبائك تحتوي على عناصر أرضية نادرة، توفر قوة مغناطيسية استثنائية.

• النيوديميوم (NdFeB) - أقوى مغناطيس تجاري، ويستخدم في محركات الأقراص الصلبة والمركبات الكهربائية وتوربينات الرياح.

• السماريوم-الكوبالت (SmCo) - وهي سبائك ذات ثباتفي درجات الحرارة العالية ، وتستخدم في التطبيقات الفضائية والعسكرية.

3. المعادن شبه المغناطيسية (ضعيفة الانجذاب للمغناطيس)

هذه المعادن مغناطيسية فقط تحت مجال خارجي وتفقد المغناطيسية عند إزالتها.

• الألومنيوم (Al) - بارامغناطيسيةضعيفة الجاذبية المغناطيسية، وتستخدم في التطبيقات الهيكلية غير المغناطيسية.

• البلاتين (Pt) - يستخدم في الأجهزة الطبية وخلايا الوقود.

• المنغنيز (Mn) - يعزز قوة الفولاذ ويستخدم في بطاريات الليثيوم أيون.

4. المعادن ثنائية المغناطيسية (التي يطردها المغناطيس)

تولد هذه المعادن مجالاً مغناطيسياً معاكساً عند تعرضها لمغناطيس.

• النحاس (Cu) - يُستخدم في الأسلاك الكهربائية وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي نظراً لخصائصه غير المغناطيسية.

• الذهب (Au) والفضة (Ag) - يستخدمان في الإلكترونيات والغرسات الطبية حيث يجب تجنب التداخل المغناطيسي.