كيف تُقاس قوة المغناطيس؟

لطالما كانت المغناطيسات أجسامًا رائعة على مرّ القرون، تأسر العلماء والهواة على حدّ سواء بقدرتها الغامضة على جذب مواد معينة. من إبر البوصلة التي أرشدت المستكشفين القدماء إلى الآليات المعقدة للتكنولوجيا الحديثة، تلعب المغناطيسات دورًا حاسمًا في جوانب مختلفة من حياتنا. ولكن كيف نقيس قوة هذه المغناطيسات؟المجالات المغناطيسيةكيف نقيس قوة المغناطيس؟ دعونا نتعمق في الطرق والأدوات المستخدمة لتحديد قوة المغناطيس.

 

قوة المجال المغناطيسي

تتحدد قوة المغناطيس أساسًا بمجاله المغناطيسي، أي المنطقة المحيطة به حيث يُشعَر بتأثيره. ويتجلى هذا المجال بخطوط قوة تمتد من القطب الشمالي للمغناطيس إلى قطبه الجنوبي. وكلما زادت كثافة هذه الخطوط، زادت قوة المجال المغناطيسي.

 

جاوس وتسلا: وحدات القياس

لتحديد قوة المجال المغناطيسي، يستخدم العلماء وحدتين أساسيتين للقياس: غاوس وتسلا.

جاوس (G): سميت هذه الوحدة نسبةً إلى عالم الرياضيات والفيزياء الألماني كارل فريدريش غاوس، وهي تقيس كثافة التدفق المغناطيسي أو الحث المغناطيسي. يساوي غاوس واحد ماكسويل واحد لكل سنتيمتر مربع. ومع ذلك، ونظرًا لصغر قيمة غاوس نسبيًا، خاصةً في السياقات الحديثة، غالبًا ما يستخدم العلماء وحدة تسلا لقياس المجالات المغناطيسية الأقوى.

تسلا (T)سميت هذه الوحدة تكريماً للمخترع والمهندس الكهربائي الصربي الأمريكي نيكولا تيسلا، وهي تمثل كثافة تدفق مغناطيسي أكبر مقارنةً بوحدة غاوس. يساوي تيسلا واحد 10000 غاوس، مما يجعلها وحدة أكثر عملية لقياس المجالات المغناطيسية القوية، كتلك التي تنتجها المغناطيسات القوية المستخدمة في البحث العلمي أو التطبيقات الصناعية.

 

أجهزة قياس المغناطيسية

أجهزة قياس المغناطيسية هي أدوات مصممة لقياس قوة واتجاه المجالات المغناطيسية. وتأتي هذه الأجهزة بأشكال متنوعة، بدءًا من البوصلات اليدوية البسيطة وصولًا إلى المعدات المخبرية المتطورة. فيما يلي بعض الأنواع الشائعة من أجهزة قياس المغناطيسية المستخدمة لقياس قوة المجال المغناطيسي:

1. مقاييس المغناطيسية ذات البوابة التدفقيةتستخدم هذه المقاييس المغناطيسية مبادئ الحث الكهرومغناطيسي لقياس التغيرات في المجالات المغناطيسية. وهي تتكون من قلب مغناطيسي واحد أو أكثر محاط بملفات سلكية. عند تعرضها لمجال مغناطيسي، تتمغنط القلوب، مما يحث إشارة كهربائية في الملفات، والتي يمكن قياسها ومعايرتها لتحديد قوة المجال المغناطيسي.

2. مقاييس المغناطيسية ذات تأثير هولتعتمد مقاييس المغناطيسية التي تعمل بتأثير هول على هذا التأثير، الذي يصف توليد فرق جهد (جهد هول) عبر موصل كهربائي عند تعرضه لمجال مغناطيسي عمودي على اتجاه التيار. ومن خلال قياس هذا الجهد، تستطيع هذه المقاييس تحديد شدة المجال المغناطيسي.

3. مقاييس المغناطيسية فائقة التوصيل (SQUID)تُعد أجهزة قياس المغناطيسية بتقنية التداخل الكمي فائق التوصيل (SQUID) من بين أكثر أجهزة قياس المغناطيسية حساسيةً المتوفرة. وهي تعمل بناءً على الخصائص الكمية للموصلات الفائقة، مما يسمح لها بالكشف عن المجالات المغناطيسية الضعيفة للغاية، وصولاً إلى مستوى الفيمتو تسلا (10^-15 تسلا).

 

المعايرة والتوحيد القياسي

لضمان دقة القياسات، يجب معايرة أجهزة قياس المغناطيسية وتوحيدها بشكل صحيح. تتضمن المعايرة مقارنة قراءة جهاز قياس المغناطيسية مع قيم شدة المجال المغناطيسي المعروفة لتحديد علاقة خطية بين قراءات الجهاز وقيم المجال المغناطيسي الفعلية. يضمن التوحيد أن تكون القياسات التي تُجرى باستخدام أجهزة قياس مغناطيسية مختلفة متسقة وقابلة للمقارنة.

 

تطبيقات قياس المغناطيسية

تتمتع القدرة على قياس شدة المجال المغناطيسي بدقة بالعديد من التطبيقات في مختلف المجالات:

الجيوفيزياءتُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية لدراسة المجال المغناطيسي للأرض، والذي يوفر معلومات قيمة حول بنية وتكوين باطن الكوكب.

ملاحةتُعد البوصلات، وهي نوع من أنواع أجهزة قياس المغناطيسية، أدوات أساسية للملاحة منذ العصور القديمة، حيث ساعدت البحارة والمستكشفين في إيجاد طريقهم عبر المحيطات الشاسعة.

علم الموادتُستخدم قياسات المغناطيسية لتوصيفالمواد المغناطيسيةودراسة خصائصها، الضرورية لتطوير تقنيات مثل أجهزة التخزين المغناطيسي وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).

استكشاف الفضاءيتم نشر أجهزة قياس المغناطيسية على المركبات الفضائية لدراسة المجالات المغناطيسية للأجرام السماوية، مما يوفر رؤى حول تكوينها وتاريخها الجيولوجي.

 

خاتمة

يُعدّ قياس شدة المجال المغناطيسي أساسيًا لفهم سلوك المغناطيس وتطبيقاته في مختلف المجالات. فمن خلال وحدات مثل غاوس وتسلا، وأجهزة مثل مقياس المغناطيسية، يستطيع العلماء تحديد شدة المجالات المغناطيسية بدقة، مما يمهد الطريق لتقدم التكنولوجيا والاستكشاف والبحث العلمي. ومع تعمّق فهمنا للمغناطيسية، ستزداد قدرتنا على تسخير قوتها لصالح البشرية.