آهن رباها و مغناطیسم

یک آهنربا قطعه ای از سنگ یا فلز است که می تواند فلزات دیگر را به سمت خود بکشاند. نیروی آهن رباها مغناطیسم نامیده می شود. همراه با گرانش و برق، این نیرو یکی از نیروهای اساسی طبیعت است. انسانهای اولیه هزاران سال پیش آهن ربا و خاصیت مغناطیسی را کشف کردند. آنها متوجه شدند که انواع خاصی از سنگ، به نام سنگ آهن کِش، آهن و دیگر اشیاء فلزی را به سمت خود می کشد. بعد از مدتی متوجه شدند که قطعه های نازک چنین سنگی در صورتی که به یک قطعه نخ آویزان شوند همواره در یک جهت خاص قرار می گیرند. انتهاهای چنین فلزی قطبهای آهنربا است. تمام آهن رباها میدان مغناطیسی در اطراف خود دارند، که نیروی بین دو قطب است.
آهن رباها فلزات دیگر را جذب یا دفع می کنند. این به این دلیل است که هر آهنربا دارای دو قطب: یک قطب شمال و یک قطب جنوب است. قطب شمال و جنوب یکدیگر را جذب می کنند، اما دو قطب شمال یا دو قطب جنوب یکدیگر را دفع می کنند.
سیاره ما نیز یک آهنربای بزرگ با یک قطب شمال و یک قطب جنوب است. اما قطبهای مغناطیسی زمین در جایگاه جغرافیایی قرار ندارند. برای مثال، قطب شمال مغناطیسی در شمال کانادا است. قطب نما همیشه به قطب مغناطیسی اشاره دارد، نه به قطب جغرافیایی.
مغناطیسم از الکترون ها، ذرات کوچکی که در اطراف هسته اتم پرواز می کنند، می‌ آید. آنها دارای بار الکتریکی منفی هستند و یک میدان مغناطیسی بسیار ضعیف ایجاد می کنند. وقتی که بسیاری از این الکترونها به سوی یک جهت ثابت حرکت کنند، می توانند فلزات را به خود جذب کنند.
همچنین ممکن است یک آهن ربا با گرفتن یک آهن ربای موجود و مالش یک قطعه دیگر از فلز با آن تولید کرد. اگر مالش به قطعه جدید فلزی را در یک امتداد ادامه دهید، الکترونهای آن شروع به اشاره به آن جهت می کنند، بنابراین یک آهنربای جدید ایجاد می شود.
اگر یک آهنربا میدان مغناطیسی خود را همیشه حفظ کند ما آن را یک آهنربای دائمی می نامیم. با این وجود، تمام آهن رباها دائمی نیستند. بعضی از اشیاء زمانی که برق از آنها عبور می کند، آهن ربا می شوند. آنها الکترومغناطیس نامیده می شوند. نمونه های بسیاری از این الکترومغناطیسها در زندگی روزمره وجود دارد: موتورهای خودرو، سیگنال های راه آهن، بلندگوها.

مغناطیس و برق

دانشمندان در دهه 1700 کشف کردند که مغناطیس و برق ویژگی های مشابهی دارند. درست مانند آهن ربای دارای دو قطب، برق دارای بارهای مثبت و منفی است. بارهای مثبت و منفی یکدیگر را جذب می کنند و دو مورد منفی یا دو مورد مثبت یکدیگر را دفع می کنند.
پس از این که آنها این را یافتند، با استفاده از برق و مغناطیس، ابداع ابزار و ماشین های مفید را آغاز کردند. فیزیکدان دانمارکی، اورستد، برق را به داخل سیم فرستاد و یک قطب نما در نزدیکی آن گذاشت. در کمال تعجب او، سوزن قطب نما حرکت کرد. به زودی پس از آن اولین الکترومغناطیس با در آوردنِ سیم به صورت سیم پیچ و ارسال برق از طریق آن ساخته شد.

استفاده از آهن ربا

اولین ابزار مغناطیسی، قطب نماهایی بود که ملوانان برای هدایت خود در سفرهای دریایی خود استفاده میکردند. امروزه مغناطیس در بسیاری از زمینه های زندگی روزمره یافت می شود. آنها در ماشین لباسشویی هستند، درب ها را بسته نگاه میدارند و در ژنراتورها و موتورهای الکتریکی کار می کنند. کارت های اعتباری دارای نوار مغناطیسی بر روی خود هستند که به شما اطلاعات مالی می دهد. صوتی و تصویریهای مغناطیسی و همچنین دیسک ها دارای بسیاری از ذره های کوچک مغناطیسی هستند که برای ذخیره صدا، تصاویر و سایر اطلاعات استفاده می شوند.
در پزشکی یک دستگاه تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) می تواند عکس دقیقی از اعضا و استخوان های موجود در داخل بدن انسان را ایجاد کند. این خیلی بهتر و دقیق تر از تصویر برداری توسط اشعه ایکس است.
الکترومغناطیس قدرتمند به جرثقیل های بزرگ متصل می شود که آهن و فولاد را می توانند حرکت دهند. در برخی از نقاط جهان قطارها در مسیرهایی که دارای مغناطیس هستند حرکت می کنند. این قطارها، مَگلِو نامیده می شود و در بالای شیار ها اندکی ارتفاع می گیرند و با آنها اصطکاکی ندارند. آنها با سرعت 480 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند.

آهن ربا در حیوانات

دانشمندان همچنین کشف کرده اند که برخی حیوانات مانند کبوترها، دلفین ها و لاک پشت ها ممکن است برخی از ذرات مغناطیسی در بدن خود داشته باشند. آنها قادر به شناسایی میدان مغناطیسی زمین هستند و مکان مورد نظر خود را به این وسیله پیدا می کنند.