المغانط الكهربائية

** المغانط الكهربائية :

مغانط مؤقتة تنتج بالتيار الكهربائي. وتتكون أبسط المغانط الكهربائية من ملف سلكي أسطواني يسمى الوشيعة، يسري فيه تيار كهربائي. فبسريان التيار الكهربائي في الوشيعة يصبح أحد طرفيها القطب الشمالي للمغنطيس الكهربائي والطرف الآخر القطب الجنوبي. وعند تغيير اتجاه سريان التيار ينعكس وضعا القطبين. وعند قطع التيار تفقد الوشيعة مغنطيسيتها.

وتحتوي العديد من المغانط الكهربائية على أسطوانة من مادة مغنطيسية لينة، مثل الحديد، داخل ملف سلكي، لتقوية المجال المغنطيسي الذي ينتجه المغنطيس الكهربائي.
وتعتمد قوة المغنطيس الكهربائي على عدد لفات الملف وقوة التيار الكهربائي. فكلما ازداد عدد اللفات، وازدادت قوة التيار، ازدادت شدة المجال المغنطيسي. وقد أمكن إنتاج مجالات تبلغ قوتها حوالي 25,000 جاوس (25 تسلا)، بإمرار تيار كهربائي بالغ القوة على ملف مصنوع من ألواح نحاسية. وتتطلب هذه المغانط نظم تبريد تضخ الماء عبر الملفات، وذلك لمنع الحرارة الناتجة عن التيار من صهر الألواح النحاسية. وتستخدم بعض المغانط الكهربائية، المسماة المغانط الفائقة التوصيل، ملفات توصل التيار دون فقدان طاقة، مما يجعلها مقاومة للتسخين. وتتكون أقوى المغانط الكهربائية، والتي يطلق عليها اسم المغانط الهجينة، من مغنطيس كهربائي مبرد بالماء داخل مغنطيس فائق التوصيل. وبإمكان هذه النبائط (الأدوات) إنتاج مجالات مغنطيسية تبلغ قوتها حوالي 350,000 جاوس (35 تسلا).

قاعدة اليد اليمنى. توضح هذه القاعدة اتجاه المجال المغنطيسي حول سلك يحمل تيارًا كهربائيًا. فعندما يشير إبهام اليد اليمنى في اتجاه سريان التيار في سلك مستقيم (أقصى اليمين) تلتف بقية الأصابع حول السلك في اتجاه المجال. أما إذا كان السلك الحامل للتيار ملتويًا في شكل ملف فإن المجال المغنطيسي يكون أقوى. ويسمى مثل هذا الملف الوشيعة. ويمكن تعيين اتجاه المجال المغنطيسي المحيط بالوشيعة (إلى اليمين) بلف الأصابع حول الملف في اتجاه التيار، حيث يشير الإبهام عندئذ إلى القطب الشمالي للوشيعة، ويوضح اتجاه المجال. وتستخدم قاعدة اليد اليمنى عند التفكير في التيار على أنه سريان شحنات كهربائية موجبة.
كيف تعمل المغنطيسية
المغنطيسية والكهرباء. للمغنطيسية علاقة قوية بالكهرباء، حيث يكوِّنان معًا قوة تسمى الكهرومغنطيسية، وهي من القوى الأساسية في الكون. فبإمكان مغنطيس متحرك بالقرب من ملف سلكي نحاسي، على سبيل المثال، حث (إنتاج) تيار كهربائي في الملف. وبنفس الطريقة يولد التيار الكهربائي المنساب عبر سلك مجالاً مغنطيسيًا حول السلك.
المغنطيسية في الذرات
تشتمل الذرات على منطقة مركزية صغيرة وكثيفة تسمى النواة، محاطة بجسيمات أخف، سالبة الشحنة، تسمى الإلكترونات. وتتكون النواة من البروتونات الموجبة الشحنة والنيوترونات التي لا تحمل أي شحنة كهربائية. وفي معظم الظروف تحتوي ذرات أي عنصر على عدد مساو من الإلكترونات والبروتونات، ولذلك تكون الذرات متعادلة كهربائيًا.
وتنطبق العلاقة بين المغنطيسية والكهرباء على الذرة أيضًا. فحركة الإلكترونات السالبة الشحنة حول النواة تولد تيارًا كهربائيًا ينتج مجالاً مغنطيسيًا. ولكن تأثير الإلكترونات المتحركة في اتجاه معين يساوي تأثير الإلكترونات المتحركة في الاتجاه المعاكس، ولذلك تلغي المجالات المغنطيسية للإلكترونات المتحركة بعضها بعضًا، وتصبح الذرة بلا مجال مغنطيسـي.
وبالإضافة إلى ذلك تدوِّم (تتحرك بسرعة) الإلكترونات حول محورها، منتجة تيارًا كهربائيًا ومجالاً مغنطيسيًا. ولكن في كل الذرات هناك إلكترون يدوِّم في اتجاه معين مقابل إلكترون يدوِّم في الاتجاه المعاكس، وبذلك تلغي المجالات المغنطيسية الناتجة عن الحركة الدوامية للإلكترونات المزدوجة بعضها بعضًا.

وتتغير الحركة المدارية الدوامية للإلكترونات المزدوجة قليلاً عند وضع الذرة في مجال مغنطيسي. ولذلك لا تلغي المجالات المغنطيسية للإلكترونات بعضها بعضًا، وتولد حركتها مجالاً مغنطيسيًا ضعيفًا مضادًا للمجال الخارجي، ويسمى هذا التأثير المغنطيسية المغايرة. وتتماسك الذرات المكونة لمعظم المركبات الكيميائية، بعضها مع بعض، بوصلات كيميائية تسمى الروابط، مكونة من إلكترونات مزدوجة. ونتيجة لذلك نجد أن معظم المركبات ـ بما فيها الماء والأملاح والسكر ـ مغايرة مغنطيسيًا. والمواد المغايرة مغنطيسيًا ضعيفة التنافر مع المغانط.
وفي بعض الذرات ـ بما فيها ذرات الكوبالت والحديد والنيكل والأكسجين وعنصر الجادولينيوم، الذي ينتمي إلى عناصر الأتربة النادرة ـ لا تزدوج الحركة الدوامية لبعض الإلكترونات، وتسمى مثل هذه الذرات ثنائيات القطب الذرية. وتميل هذه الذرات، مثل المغانط الأخرى، إلى الاصطفاف في خط مواز لخطوط المجال المغنطيسي الخارجي. ويسمى هذا الاصطفاف المغنطيسية المسايرة، ويؤدي إلى انجذاب ضعيف للذرات المفردة إلى المغانط.