: منشا میدان مغناطیسی آهنربای دائمی

V{maketoc}

! مفاهیم پایه:

وقتی که تحقیق روی ((میدان مغناطیسی|پدیده های مغناطیسی)) شروع شد، سوالاتی بدون پاسخ در ((مغناطیس)) مطرح گردید مثلا گفته می شد که ...

*((میدان مغناطیسی)) ((آهنربای دائمی|آهنرباهای دائمی)) از چه ناشی می شود؟

*چه فرایندی فیزیکی میله فولادی غیر آهن ربا را به آهن ربا تبدیل می کند؟

*واقعیت وجودی قطب ها در میله های آهن ربا، از چیست؟ و ...

این پرسش های اساسی توجه پژوهشگران جلب کردند. واقعیت وجودی((آهنربا|قطب ها)) در میله های آهنربا ، جایی که ((خواص مغناطیسی اجسام|خواص مغناطیسی)) خیلی روشن ظاهر می شد، مورد توجه ((دانشمندان)) قرار گرفت. بدیهی بود که قطب ها متفاوتند، به قسمتی از هر قطب یک آهن ربا ، قطبی از آهن ربای دیگر را جذب و قطب دیگر آن را دفع می کرد. برای توجیه این پدیده ها ، ((آزمایش گیلبرت|گیلبرت فرضیه)) وجود “ ((بار مغناطیسی|بارهای مغناطیسی))” طبیعی را مطرح کرد، یعنی قطب های شمال و جنوب که مانند ((بار الکتریکی|بارهای الکتریکی)) اندر کنش دارند.

! ((نظریات کولن در مغناطیس)):

*((کولن)) نظریه بارهای مغناطیسی گیلبرت را گسترش داد. کولن با استفاده از ((آزمایشات کولن|ترازوی پیچشی)) ، اندر کنش بین دو آهن ربا باریک و دراز را بررسی کرد. او نشان داد که می توان هر قطب را با “((بار مغناطیسی|مقدار مغناطیس))” یا “بار مغناطیسی “ مشخص کرد و قانون اندر کنش قطب های مغناطیسی مانند اندر کنش ((بار الکتریکی|بارهای الکتریکی)) است:

دو قطب هم نام ، با نیرویی که “بارهای مغناطیسی” متمرکز در این قطب ها تناسب مستقیم وبا مجذور فاصله بین آنها نسبت عکس دارد، یکدیگر را دفع ، در حالی که دو قطب ناهمنام را یکدیگر را جذب می کند. بنابراین ، اگر یکی از قطب ها را با بار مغناطیسی M و دیگری را بار مغناطیسی m مشخص کنیم و r فاصله بین این دو قطب باشد، نیروی اندر کنش بین قطب ها برابر می شود با: F=kMm/r² که در آن k ضریب تناسب است و به انتخاب یکاها بستگی دارد.

*بر اساس(( آزمایشات کولن)) اندازه ((شدت میدان مغناطیسی)) برابر با نیروی وارده از طرف ((میدان مغناطیسی)) بر واحد بار مغناطیسی اختیار شد. اگر نیروی F روی قطب مغناطیسی m اثر کند شدت ((میدان مغناطیسی)) با رابطه زیر داده می شود. H=F/m به شدت میدان مغناطیسی جهتی نسبت داده می شود که بر جهت نیروی وارده بر قطب شمال آهن ربا منطبق است.

! چرا ((تک قطبی مغناطیسی)) نداریم؟

بارهای الکتریکی را می توان از هم جدا کرد و در یک جسم بارهای مثبت یا منفی را زیادتر کرد. ولی قطب های شمال و جنوب یک جسم را نمی توان جدا کرد و جسم تک قطب نمی توان به دست آورد. به علاوه ، دو قطب هر آهنربایی “مقدار مغناطیس” برابری نشان می دهند. به طوری که نمی توان جسمی به دست آورد که مغناطیس شمال یا جنوب بیشتری داشته باشد. اگر ((آهنربا)) را ریز ریز بکنیم هر تکه اش دارای دو قطب شمال و جنوب است و کوچکترین آهنربا ، مولکول یا اتم می باشد که برای خودش هر دو قطب را در کنار هم دارد. به عبارتی جدا کردن قطب ها به هیچ طریقی ممکن نیست، یعنی نمی توان جسم تک قطبی به وجود آورد.

! نتایج عدم وجود ((تک قطبی مغناطیسی)):

عدم امکان جدا کردن مغناطیس های شمال و جنوب یک جسم ، کولن را به این نتیجه گیری رساند که این دو نوع ((بار مغناطیسی)) در ((ذرات بنیادی واقعی|ذره بنیادی)) جسم آهنربا شده ، پیوند ناگسستنی دارد. به عبارت دیگر ، پذیرفته شد که هر بخش کوچکی از این جسم ((«اتم)) ، مولکول یا گروه کوچکی از اتم ها و ((مولکول)) ها) نوعی آهنربای کوچک است با دو قطب در دو انتها به این صورت کولن به فرضیه مهمی درباره وجود آهنرباهای بنیادی با دو قطب با پیوند جدایی ناپذیر دست یافت.

! ((خاصیت مغناطیسی اجسام|توجیه آهن ربا شدن آهن)):

باید قبول کنیم که در تکه ((آهن)) ، ((آهنربا)) نشده ، ((آهنربای بنیادی|آهنرباهای بنیادی)) وجود دارند، ولی همگی به طور (( حرکت کاتوره ای|کاتوره ای)) (آشفته) قرار گرفته اند بدون هیچ ترتیبی آهنرباهای کوچک در تمام جهات ممکن قرار گرفته اند، شمار آهنرباهایی که قطب شمالشان در یک جهت قرار گرفته اند با شمار آهنرباهایی که در جهت مخالف قرار گرفته اند تقریبا برابر است. به این دلیل، اثرهای همه این آهنرباهای بنیادی به طور متقابل یکدیگر را خنثی می کند و تکه آهن در کل ((خاصیت مغناطیسی اجسام|خاصیت آهنربایی)) ندارد.

هر گاه این تکه آهن را در میدان مغناطیسی قرار دهیم ، مثلا آهنربایی به آن نزدیک کنیم یا داخل ((سیم پیچ|پیچه)) حامل جریان قرار دهیم، میدان مغناطیسی ((آهنربای بنیادی|آهنرباهای بنیادی)) را می چرخاند و به صورت زنجیر وار در جهت هم قرار می دهد. در اینجا اثر قطب های مخالف در جسم آهنربا همدیگر را خنثی می کند و در قطب های مغناطیسی در دو سر میله ظاهر می شوند. از این رو ، ((مغناطش)) جسم عبارت است از مرتب شدن جهت گیری های آهنرباهای بنیادی بر اثر ((میدان مغناطیسی)) خارجی ، یعنی فرایندی که از خیلی جهات شبیه فرایند ((قطبش عایق)) ها است.

! مباحث مرتبط با عنوان:

*((آهنربای بنیادی))

*((آهنربای دائمی))

*(( آزمایشات کولن))

*((آزمایش گیلبرت))

*((بار مغناطیسی))

*((بار الکتریکی))

*((تک قطبی مغناطیسی))

*((خاصیت مغناطیسی اجسام))

*((حرکت کاتوره ای))

*((سیم پیچ))

*((قطبش عایق))