אנו מסבירים מהי מגנטיות ומהי ההיסטוריה של תופעה זו. בנוסף, הקשר שלו עם חשמל ויישומיו.
מהי מגנטיות?
כשמדברים על מגנטיות אואנרגיה מגנטית, אנו מתייחסים לאחד משני המרכיבים של קרינה אלקטרומגנטית (יחד עם חשמל) המתבטאת באמצעות כוחות משיכה או דחייה בין סוגים מסוימים של חומרים לבין שדה אנרגיה מגנטי (שדה מגנטי).
בעוד שכל החומרים מושפעים ממגנטיות, לא כולם עושים זאת באותה צורה. חומרים מסוימים, כגון מסוימיםמתכות פרומגנטי (במיוחד ברזל, ניקל, קובלט ושלו סגסוגות) נוטים לכך במיוחד ולכן עלולים להוות מגנטים. חלקם יכולים להיות ממקור טבעי ואחרים ממקור מלאכותי, למשל, כתוצאה מפעולת החשמל על חומרים מסוימים (אלקטרומגנטים).
רוב המגנטים הם דיפולים מגנטיים: יש להם קוטב חיובי וקוטב שלילי. כל אחד מהקטבים הללו מפעיל כוח על מגנטים אחרים, או מתכות פרומגנטיות שהם מוצאים באזור פעולתם, לפי חוק הקובע שקטבים דומים דוחים זה את זה, בעוד הפכים מושכים.
דיפולים אלה יכולים להתרחש בקנה מידה מקרוסקופי (לדוגמה, ב- כדור הארץ יש קוטב צפוני וקוטב דרומי, כל אחד מפעיל השפעה מגנטית המאפשרת את פעולת המצפנים) או מיקרוסקופי (לדוגמה, בכיוון של מולקולות אורגני בשלמטען חשמלי שֶׁלוֹ אטומים). וכוחות המגנטיות הללו ממלאים תפקיד חשוב בין כוחות הטבע היסודיים.
לפיכך, ישנם חומרים דיאמגנטיים (מגנטיים חלשים), פרמגנטיים (מגנטים בינוניים) או פרומגנטיים (מאוד מגנטיים).
היסטוריה של מגנטיות
האדם הכיר מגנטיות מאז הימים הראשונים. השפעותיו תוארו בעת העתיקה היוונית על ידי תאלס ממילטוס (625-545 לפנה"ס) ופילוסופים דומים אחרים, שציינו כי אבנים מסוימות מן העיר של מגנזיה של הפיתול (אסיה הקטנה) משך ברזל. משם בא השםמַגנֶטִיוּת.
איכשהו האדם הצליח להבין מגנטיות יבשתית מגיל צעיר, תוך שימוש בה בייצור מצפנים לקראת המאה השתים עשרה, לפני הופעתה ככזו של מדעים שאז יתמסרו לחקר התופעה הזו.
החיבור הפורמלי הראשון על מגנטיות נכתב במאה ה-13 על ידי הצרפתי פיטר פרגרינוס דה מריקור, הקדמה לאלו של מחקרים מדעיים עתידיים מאת ויליאם גילברט ובמיוחד הנס כריסטיאן אורסטד, שגילה שמגנטיות אינה מוגבלת רק למגנטים. אבל היה לו קשר הדוק עם זרם חשמלי.
זה פתח את הדלת עבור אנדרה-מארי אמפר, קרל פרידריך גאוס, מייקל פאראדיי ואחרים חנכו את תחום האלקטרומגנטיות, ואז ג'יימס קלרק מקסוול קבע זאת באמצעות מערכת המשוואות המפורסמת שלו.
חשמל ומגנטיות
מגנטיות וזרם חשמלי קשורים קשר הדוק ויחד הם מהווים אלקטרומגנטיות, אחד מכוחות היסוד שלעוֹלָם. המניפולציה של שדות מגנטיים, למשל, דרך ה תְאוּצָה של מגנטים, הוא יכול ליצור זרם חשמלי שמיש, כפי שמתרחש למעשה בכמה סוגים של גנרטורים.
ובמקביל, על ידי זרימת זרם חשמלי דרך סוגים מסוימים של מתכות, ניתן להפוך אותם לאלקטרומגנטים ולגרום להם למשוך מתכות מסוימות או חומרים פרומגנטיים.
מערכת יחסים זו מבוססת על הטבע האטומי של חומרים, שבהם אלקטרונים (-) מהמסלול הרחוק ביותר של גרעין האטום (+) ניתן לקרוע או להעביר ממולקולה אחת לאחרת, ובכך ליצור זרימה חשמלית (זרם) ולקטב את השלם, כלומר להטות את המטען החשמלי לאחד. צד (קוטב שלילי) ומשאיר אחר עם פחות מטען (קוטב חיובי).
יישומי מגנטיות
מגנטיות הועסקה על ידי אֶנוֹשִׁיוּת במשך זמן רב. המצאת המצפן והשימוש בו להתמצאות (מסמנת את הכיוון הקבוע של צפון כדור הארץ) מתוארכת למאות שנים אחורה והייתה מפתח בפיתוח הניווט ובחקירת העולם.
מצד שני, מגנטים גדולים משמשים תַעֲשִׂיָה של ייצור חשמל, ברפואה (למשל בדיקות תהודה מגנטית), בהנדסה (פיתוח מנועים, הולכה ואגירה של מטענים חשמליים וכו') ובעיקר בתחום מכשירי חשמל.
ה מחשוב, למשל, תלוי במידה רבה בשימוש במגנטיות להקלטה של מֵידָע, בשילוב זה עם זרם חשמלי וידע של מוליכים למחצה.