مغنطيس كهربايي

Electromagnet - Electro-aimant

المغنطيس الكهربائي

 

المغنطيس الكهربائي electromagnet أداة تولّد حقلا مغنطيسيا عند مرور تيار كهربائي فيها.

كان اكتشاف أورستد[ر] H.C.Oersted  ت(1777-1851) تأثير التيار الكهربائي في حرف قضيب مغنطيسي أو إبرة مغنطيسية الرابط الأول بين ما كان يظن أنهما علمان منفصلان: الكهرباء والمغنطيسية. فقد برهن عام 1820 على أن للتيار الكهربائي قوة تأثير في الإبرة المغنطيسية تشبه تأثير القوى المتبادلة بين المغانط [ر: المغنطيس] الطبيعية المعروفة قديماً. وقد دُرست هذه القوى وعبّر عنها بدلالة الحقل المغنطيسي[ر] الملازم لها، فوجدت العلاقات التي تعطي شدة الحقل المغنطيسي وجهته بدلالة شدة التيار وشكل السلك الذي يمرّ فيه، فهو متناسب مع التيار وعمودي على السلك إذا كان هذا مستقيماً، وهو عمودي على مستوى السلك الدائري، أما إذا كان السلك ملفوفاً على شكل وشيعة فالحقل يكون موازياً لمحور الوشيعة داخلها ويشبه الحقل الناجم عن قضيب مغنطيسي خارجها. ووجد أن هذا الحقل يزداد مع ازدياد شدة التيار، كما وجد أن شدته تزداد إذا وجد داخل الوشيعة نواة من الحديد أو من مواد مجموعته [ر. الكوبلت] و[ر. النيكل] في الجدول الدوري للعناصر ومركباتها، ويسمّى الحقل داخل المادة حقل التحريض المغنطيسي[ر]، فهو يتعلق بنوع المادة وبالحقل المطبَّق. قد تصل الزيادة بضعة آلاف أو عشرات الآلاف من المرات وهي تبدأ بصورة خطية إلا أنها تصل إلى حد لا تزيد بعده يسمى حد الإشباع؛ كما يبين الشكل (1)، ويمكن أن يولَّد الحقل في جزء من المادة ويظهر في جزء آخر إذا كانت المادة تشكل دارة تسمى الدارة المغنطيسية (الشكل 2)، وهذا يمكن من تكثيف الحقل وزيادة شدته إذا ما جُعل القطبان مدببين.

الشكل (1)	الشكل (2)

تحتاج بعض التطبيقات البحثية والصناعية إلى حقول مغنطيسية عالية الشدة وهذا يمكن الحصول عليه إما من خلال إدخال نواة حديدية كما ذكر؛ وبزيادة شدة التيار المولد للحقل. غير أن الأولى محكومة بحدّ الإشباع، والثانية محكومة بما يتحمّله السلك من تيار قبل أن ينصهر بفعل تسخين جول في مقاومته، لذا يُلجأ إلى تبريده إما بالهواء أو بالماء أو بالزيت. وقد اقترحت تشكيلات هندسية مختلفة لتحسين عملية التبريد هذه، ومن ثم الحصول على حقول تحريض مغنطيسية عالية الشدة وصلت حتى 33 تسلا، وللمقارنة فإن شدة الحقل الأرضي نحو 60 ميكروتسلا. كما تم اللجوء إلى تطبيق التيارات لمدد زمنية قصيرة: نحو عشرات الملّيثانيات؛ أي على شكل نبضات، فأمكن الوصول إلى نحو 100 تسلا.

ظهرت مع بداية القرن العشرين مواد فائقة الناقلية [ر: الناقلية الفائقة] من خواصها أنه عند درجة حرارة معينة تنعدم مقاومتها الكهربائية، فعدت المنقذ، لكنه تبين فيما بعد أنها إذا تجاوز التيار (أو كثافته) قيمة معينة تعود فجأة إلى حالتها المقاومة، مع ذلك فقد ولّدت المغانط فائقة الناقلية حقولاً مغنطيسية بلغت شدتها نحو 25 تسلا، مع فارق الحجم الذي هو لمصلحتها. وإن أعلى حقل، حتى عام 2003، ولّده مغنطيس باستمرار هو المغنطيس الهجين المؤلّف من مغنطيس بمقاومة كهربائية يحيط به مغنطيس فائق الناقلية؛ بلغ50 تسلا

لا يقتصر استعمال المغانط الكهربائية على الأبحاث الصرفة في المسرعات [ر: مسرّع الجسيمات] مثلاً، فقد ظهرت تطبيقات مهمة في مجال الطب وخاصة في مجال التصوير بالرنين (التجاوب) المغنطيسي [ر: التجاوب المغناطيسي] وفي الصناعة في مجال الرفع المغنطيسي (القطارات) وفي مجال فصل المواد الحديدية عن المواد الأخرى في القمامة وفي المخلفات. إضافة إلى استخداماتها المألوفة في الأجراس الكهربائية وأجهزة التحكّم والمولدات والمحولات الكهربائية.

فوزي عوض

مراجع للاستزادة:

 

- J.J.O’DWYER, College Physics (Wadsworth Pub.co.,1981).

---

- التصنيف : الكيمياء و الفيزياء - النوع : علوم - المجلد : المجلد التاسع عشر - رقم الصفحة ضمن المجلد : 194 مشاركة :