لو احضرنا قطعة خشب وقربناها من قطعة خشب اخرى... لن يحدث شيء

ولو احضرنا قطعة من الجرانيت . ووضعناها بقرب حجرة اخرى لن يحدث شيء مهم ايضا

لكن لو احضرنا قطعة من الحديد المغناطيسي ووضعناها بجانب قطعة من نفس الحديد سيحدث . . . سحر !!!

إنه المغنطة

المواد المغناطيسية قادرة على الجذب لأنها تولد " حقل مغناطيسي " ينتشر ويتوسع لا مرئيا خارج المادة المغناطيسية

لكن السؤال من أين يأتي الحقل المغناطيسي ؟

نحن نعرف منذ وقت طويل بأن الكهرباء والمغناطيسية هما وجهان لعملة واحدة تماما كالكتلة والطاقة او الزمان والمكان وكيف يتحول احدهما الى الاخر

في الواقع الحقل المغناطيسي في الاساس هو عبارة عن حقل كهربائي ناتج عن حركة الشحنات الكهربائية

بنفس علاقة ماكسويل-أمبير <cruel H = J> دوار حقل مغناطيسي يعطي كثافة تيار أو العكس

وهذا يفسر التساؤل , لماذا ابرة البوصلة تنحرف عند مرور تيار او سيل من الالكترونات في سلك ناقل

او نشوء المجال الارضي المغناطيسي "الجيومغناطيسي" كنتيجة لحركة التيارات في نواة الارض

لكن المغناطيس الحقيقي الدائم . او ابرة البوصلة التي تنحرف من تلقاء نفسها هما فقط قطع من المعدن و لا يوجد تيار يجري ضمنهم !!!

على مستوى مجهري يوجد هناك حشد من الالكترونات التي تحوم في الذرات والجزيئات وهذا ما يجعل القطعة متماسكة او يجعلها "جسم صلب"

هذا يأخذنا الى نقطة مهمة , سلوك المغنطة لأي مادة يتأثر بأربع مستويات تتراوح من :

-1 مستوى الجسيمات
-2 الى مستوى الذرات
-3 الى مجموعة ذرات
-4 والى مجموعات من "مجموعة ذرات"

اولا : الجسيمات :

الجسيمات كالإلكترونات والكواركات و ..وو تملك خصائص رئيسية تدعى الكتلة والشحنة الكهربائية

لكن وايضا تملك صفة جوهرية تدعى بالمغناطيسية الصغيرة أو بشكل علمي أكثر "العزم المغناطيسي الفعلي"

واذا اردنا ان نعرف لماذا يوجد مغناطيس صغير من الجدير ان نسأل لماذا الجسيمات تملك شحنة اصلا او لماذا كل جسم لديه كتلة يملك طاقة

في الواقع - - لا أحد يعرف - - نحن فقط نعرف الطريقة التي يعمل بها الكون

منذ العام ,1920 نحن عرفنا فقط بأن كل بروتون او الكترون فردي هو ببساطة عبارة عن مغناطيس صغير والان لننتقل الى مستوى ...

ثانيا : الذرات :

الذرة عبارة عن حزمة من البروتونات موجبة الشحنة "+" طبعا مع نيوترونات معتدلة كهربائيا وموجودة ضمن النواة والكترونات سالبة الشحنة - تحوم حول النواة و ضمن الذرة

المغناطيسية الصغيرة او العزم المغناطيسي الفعلي للإلكترون اكبر ب 1000 من البروتون

وهنا نستنتج ان النواة ليس لها اي تأثير يذكر على مغناطيسية الذرة ككل

في الواقع هذه الحركة لا تساهم في العادة في المجال المغناطيسي للذرة واليكم السبب :

الالكترونات تتجمع في مدارات حول النواة والالكترونات تتحرك بسرعة وفي جميع الاتجاهات في اي مدار ممتلئ ولذلك التيارات الناشئة عنها يزال تأثيرها وبالتالي لا ينشئ حقل مغناطيسي

تلك الالكترونات تكون على شكل ازواج لها عزم مغناطيسي يعاكس احدهما الاخر وبذلك لا ينشئ حقل مغناطيسي لان محصلة العزوم المغناطيسية يساوي الصفر

- لكن في المدار النصف ممتلئ كل الالكترونات توجد بشكل فردي والالكترونات المقابلة لها , لها نفس الاتجاه وبالتالي تجمع العزوم المغناطيسية سويا وتصبح الذرة مغناطيسية

ومنه نستنتج ان المدار الخارجي هو الذي يعطي الذرة غالبية حقلها المغناطيسي

لو انتقلنا الى الجدول التوزيع الدوري للعناصر :

نجد من الجانب الرئيسي اي الذرات التي تملك مدار الكتروني ممتلئ او شبه ممتلئ انها ليست ذات مغناطيسية كبيرة والذرات في منتصف الجدول تملك مدار خارجي نصف ممتلئ وهي مغناطيسية مثال عليها

"الكوبالت , الحديد , المنغنيز , والكروم "

لكن لحظة ..لو رجعنا.. الكروم غير مغناطيسي ؟

صحيح لكن اذا كانت الذرة مغناطيسية هذا لا يعني بان المادة المكونة من عدد هائل من تلك الذرات "المغناطيسية" ستكون مغناطيسية ايضا ... هذا يقودنا الى مستوى

ثالثا : البلورات "مجموعة ذرات":

عندما تتجمع مجموعة من الذرات المغناطيسية مع بعضها لتشكل الجسم الصلب , رئيسيا تملك خيارين

الاول : اما ان تصطف الحقول المغناطيسية للذرات مع بعضها البعض ferromagnetic "عالية النفاذية"

الثاني : او ان تصطف الحقول المغناطيسية للذرات على نحو متغير يلغي احدهما الآخر Anti ferromagnetic "عديمة النفاذية"

والذرات ستختار ما يتطلب منها طاقة اقل في الاصطفاف

وهذا يفسر ان الكروم على سبيل المثال كيف انه "ذرة" شديدة المغناطيسية لكنه "كمادة " عديمة المغناطيسية في الحالة الصلبة

الحديد من الجانب الاخر هو مثال للذرات التي تصطف حقولها بنفس الاتجاه وبالتالي الحديد هو , مادة مغناطيسية او مادة عالية النفوذية .. والان لننتقل الى مستوى

رابعا : مجموعات من مجموعة ذرات :

بشكل عام فانه حتى في المواد المغناطيسية حيث حقول الفيض المغناطيسي للذرات تنضم سويا على شكل صفوف من الممكن ان قطعة من المعدن ستكون كل ذراتها مصفوفة باتجاه واحد وقطعة اخرى من نفس المادة تكون ذراتها باتجاه مغاير ومعاكس ..وهكذا ..

ولو كانت هذه المجموعات بحقولها المغناطيسية تقريبا متشابهة في الحجم ولا احد منها قوي كفاية لكي يجبر باقي المجموعات على ان يصطفوا بنفس اتجاهه , بالتالي فإن قطعة الحديد كمثال لن يكون لديها حقل مغناطيسي ... وعلى اي حال ف لو سلطنا حقل مغناطيسي خارجي قوي بما فيه الكفاية عليها من الممكن ان يجعل تلك المجموعات على ان تسلك اتجاه واحد موحد وتصبح مغناطيسا "مثل لف سلك حول مسمار من الحديد يجبر مجموعات الذرات على ان تملك حقلا مغناطيسيا موحدا "

وممكن ان نلخص كل هذا بثلاث جمل لكي يصبح أي جسم مغناطيسا يجب ان يكون :

- اتجاه الحقول المغناطيسية لمجموعات الذرات موحدا 
- ان تكون ذراتها مصطفة باتجاه واحد مع بعضها البعض
- وان تملك مدار خارجي نصف ممتلئ

-----------------------------------

المصدر