كيف يتم قياس قوة المغناطيس؟

لقد كان المغناطيس من الأشياء الرائعة لعدة قرون، حيث أسر العلماء والمتحمسين على حد سواء بقدرته الغامضة على جذب مواد معينة. من إبر البوصلة التي ترشد المستكشفين القدماء إلى الآليات المعقدة للتكنولوجيا الحديثة، يلعب المغناطيس دورًا حاسمًا في مختلف جوانب حياتنا. ولكن كيف يمكننا قياس قوة هذهالمجالات المغناطيسية؟ كيف نقيس قوة المغناطيس؟ دعونا نتعمق في الأساليب والأدوات المستخدمة لقياس قوة المغناطيس.

 

قوة المجال المغناطيسي

يتم تحديد قوة المغناطيس بشكل أساسي من خلال مجاله المغناطيسي، وهي المنطقة المحيطة بالمغناطيس حيث يتم الشعور بتأثيره. ويتم تمثيل هذا المجال بخطوط القوة الممتدة من القطب الشمالي للمغناطيس إلى قطبه الجنوبي. وكلما زادت كثافة هذه الخطوط، كلما كان المجال المغناطيسي أقوى.

 

غاوس وتسلا: وحدات القياس

لقياس قوة المجال المغناطيسي، يستخدم العلماء وحدتين أساسيتين للقياس: غاوس وتيسلا.

غاوس (ز): سميت هذه الوحدة على اسم عالم الرياضيات والفيزياء الألماني كارل فريدريش غاوس، وهي تقيس كثافة التدفق المغناطيسي أو الحث المغناطيسي. واحد غاوس يساوي واحد ماكسويل لكل سنتيمتر مربع. ومع ذلك، نظرًا لصغر حجم جاوس نسبيًا، خاصة في السياقات الحديثة، غالبًا ما يستخدم العلماء تسلا في المجالات المغناطيسية الأقوى.

تسلا (ر): تم تسميتها تكريما للمخترع الصربي الأمريكي والمهندس الكهربائي نيكولا تيسلا، وتمثل هذه الوحدة كثافة تدفق مغناطيسي أكبر مقارنة بغاوس. تسلا الواحد يساوي 10000 غاوس، مما يجعلها وحدة أكثر عملية لقياس المجالات المغناطيسية الأقوى، مثل تلك التي تنتجها المغناطيسات القوية المستخدمة في البحث العلمي أو التطبيقات الصناعية.

 

مقاييس المغناطيسية

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

1. مقاييس المغناطيسية ذات بوابة التدفق: تستخدم مقاييس المغناطيسية هذه مبادئ الحث الكهرومغناطيسي لقياس التغيرات في المجالات المغناطيسية. وهي تتألف من واحد أو أكثر من النوى المغناطيسية المحاطة بملفات من الأسلاك. عند تعرضها لمجال مغناطيسي، تصبح النوى ممغنطة، مما يؤدي إلى ظهور إشارة كهربائية في الملفات، والتي يمكن قياسها ومعايرتها لتحديد قوة المجال المغناطيسي.

2. أجهزة قياس المغناطيسية ذات تأثير هول: تعتمد مقاييس مغناطيسية تأثير هول على تأثير هول، الذي يصف توليد فرق الجهد (جهد هول) عبر موصل كهربائي عند تعرضه لمجال مغناطيسي عمودي على تدفق التيار. ومن خلال قياس هذا الجهد، يمكن لمقاييس المغناطيسية ذات تأثير هول تحديد قوة المجال المغناطيسي.

3. أجهزة قياس المغناطيسية الحبار: تعد أجهزة قياس المغناطيسية فائقة التوصيل لجهاز التداخل الكمي (SQUID) من بين أجهزة قياس المغناطيسية الأكثر حساسية المتاحة. وهي تعمل بناءً على الخصائص الكمومية للموصلات الفائقة، مما يسمح لها باكتشاف المجالات المغناطيسية الضعيفة للغاية، وصولاً إلى مستوى الفيمتوتسلاس (10^-15 تسلا).

 

المعايرة والتوحيد القياسي

لضمان دقة القياسات، يجب معايرة أجهزة قياس المغناطيسية وتوحيدها بشكل صحيح. تتضمن المعايرة مقارنة مخرجات مقياس المغناطيسية مع شدة المجال المغناطيسي المعروفة لإنشاء علاقة خطية بين قراءات الجهاز وقيم المجال المغناطيسي الفعلية. يضمن التقييس أن تكون القياسات المأخوذة بمقاييس مغناطيسية مختلفة متسقة وقابلة للمقارنة.

 

تطبيقات القياس المغناطيسي

إن القدرة على قياس شدة المجال المغناطيسي بدقة لها العديد من التطبيقات في مختلف المجالات:

الجيوفيزياء: تستخدم أجهزة قياس المغناطيسية لدراسة المجال المغناطيسي للأرض، مما يوفر معلومات قيمة حول بنية وتكوين باطن الكوكب.

ملاحة: كانت البوصلات، وهي نوع من أجهزة قياس المغناطيسية، أدوات أساسية للملاحة منذ العصور القديمة، حيث ساعدت البحارة والمستكشفين على إيجاد طريقهم عبر المحيطات الشاسعة.

علم المواد: يستخدم القياس المغناطيسي لتوصيفالمواد المغناطيسيةودراسة خصائصها الضرورية لتطوير تقنيات مثل أجهزة التخزين المغناطيسية وآلات التصوير بالرنين المغناطيسي.

استكشاف الفضاء: يتم نشر أجهزة قياس المغناطيسية في المركبات الفضائية لدراسة المجالات المغناطيسية للأجرام السماوية، مما يوفر نظرة ثاقبة حول تكوينها وتاريخها الجيولوجي.

 

خاتمة

يعد قياس قوة المجال المغناطيسي أمرًا ضروريًا لفهم سلوك المغناطيس وتطبيقاته في مختلف المجالات. ومن خلال وحدات مثل غاوس وتسلا وأدوات مثل مقاييس المغناطيسية، يستطيع العلماء قياس قوة المجالات المغناطيسية بدقة، مما يمهد الطريق للتقدم في التكنولوجيا والاستكشاف والبحث العلمي. ومع استمرار تعمق فهمنا للمغناطيسية، ستزداد أيضًا قدرتنا على تسخير قوتها لصالح البشرية.