شرح المغناطيس للأطفال واستخداماته اليومية
يبحث العديد من أولياء الأمور والمعلمين عن شرح المغناطيس للأطفال، وذلك بسبب ضرورة التعرف عليه في مراحل التعليم المبكرة، ليتمكنوا من تنمية قدرات التفكير والوصول إلى أفكار الاستخدامات العديدة له في بيئتنا الحديثة، ويهتم موقع الموسوعة العربية الشاملة بتقديم معلومات مبسطة عن المغناطيس للأطفال
شرح المغناطيس للأطفال
يمثل المغناطيس صخرة أو قطعة معدنية يمتلك القدرة على جذب أنواع معينة من المعادن نحوه بفعل القوة المغناطيسية، وهي قوة أساسية موجودة في الطبيعة مثل الكهرباء والجاذبية.
وتمتد تأثير المغناطيسية على مسافة، لذا فإن المغناطيس لا يحتاج إلى لمس المعدن مباشرة ليجذبه. ويتكون كل مغناطيس من قطبين، وهما القطب الشمالي والقطب الجنوبي.
ما سبب ظهور طاقة المغناطيس
تتألف جميع الكائنات في الكون من وحدات صغيرة تعرف باسم الذرات، وتتشكل هذه الذرات من إلكترونات ونيوترونات وبروتونات. تدور الإلكترونات حول نواة الذرة التي تحتوي على النيوترونات والبروتونات، وبفعل هذه الدوران الإلكتروني يتكون تأثير مغناطيسي صغير.
عندما تدور العديد من الإلكترونات في جسم ما في نفس الاتجاه، تتجمع هذه القوى المغناطيسية الصغيرة لتصنع الجسم مغناطيسا واحدا كبيرا.
يمكن صنع مغناطيس عن طريق تمرير قطعة معدنية على مغناطيس آخر بشكل مستمر في نفس الاتجاه، وذلك لتوجيه حركة الإلكترونات الموجودة في هذا المعدن في نفس الاتجاه.
يمكن للتيار الكهربائي أن ينتج مجال مغناطيسي لأنه يتكون من تدفق للإلكترونات، وعندما تتحرك الإلكترونات عبر سلك يحدث تأثير مغناطيسي مشابه للتأثير المغناطيسي للإلكترونات التي تدور حول نواة الذرة، ويسمى هذا المجال المغناطيس الكهربائي.
ما هي أقطاب المغناطيس؟
عند وضع إبرة مغناطيسية في قصبة فارغة وتركها تطفو على الماء أو تعليقها على سلك أو خيط، فإنها ستشير دائما إلى اتجاه ثابت بالنسبة للنجوم.
اكتشاف هذه الظاهرة أدى إلى تطوير البوصلة، واقترح العالم الإنجليزي ويليام جيلبرت في عمله أن الأرض نفسها مغناطيس عملاق يمارس قوة على جميع المغناطيسات الموجودة على سطحها.
منذ ذلك الوقت، تبين أن الأرض هي فعلا مغناطيس كبير ولكن ضعيف، حيث تكفي القوة التي تولدها لتوجيه المغناطيسات الصغيرة مثل إبرة الحديد.
وتكون القوة المغناطيسية الأرضية أعلى في نقطتين، واحدة قرب القطب الشمالي الجغرافي والأخرى قرب القطب الجنوبي الجغرافي.
تتألف المغناطيسات من قطبين، حيث يحتوي أحد طرفي المغناطيس على قطب يشير إلى الشمال ويسمى القطب الشمالي، وفي الطرف الآخر يحتوي على قطب يشير إلى الجنوب ويسمى القطب الجنوبي.
أهم خصائص المغناطيس
المغناطيس يمتلك مجموعة من الخصائص المميزة، ومن بينها كل مما يلي:
- عندما يتم قطع المغناطيس الطويل إلى نصفين، يتكون قطب شمالي وقطب جنوبي لكل نصف، وبالتالي يصبح كل نصف مغناطيسا كاملا
- بسبب وجود قطبين في جميع المغناطيسات، فهي تسمى ثنائيات الأقطاب.
- عند وضع مغناطيس بالقرب من مادة مغناطيسية مؤقتة مثل قضيب من الحديد، يحدث تنشيط للقطبين في نهايات قضيب الحديد. وإذا كان قطب المغناطيس الشمالي قرب أحد طرفي قضيب الحديد، فإن نهاية القضيب الحديدي تصبح قطبا جنوبيا والطرف الآخر يصبح قطبا شماليا
- عند تدوير المغناطيس بحيث يقترب القطب الجنوبي من نهاية القضيب الحديدي، فإن الشريط يصبح قطبا شماليا والطرف الآخر يصبح قطبا جنوبيا. وعند إزالة المغناطيس، يعود الحديد (المؤقت) إلى حالته السابقة غير الممغنطة.
- يجذب المغناطيس بشدة الأشياء التي تحتوي على الحديد أو الفولاذ أو النيكل أو الكوبلت. وتجذب المغناطيسات أو تطرد (تدفع) المغناطيسات الصلبة الأخرى لأن لكل مغناطيس قطبين متعاكسان: قطب شمالي وقطب جنوبي.
- وبالتالي، تجذب الأقطاب الشمالية القطبين الجنوبيين للمغناطيسات الأخرى، لكنها تصد الأقطاب الشمالية الأخرى، وكذلك تجذب الأقطاب الجنوبية الأقطاب الشمالية لكنها تصد الأقطاب الجنوبية الأخرى.
ما هي استخدامات المغناطيس حولنا؟
يتم استخدام المغناطيس في العديد من المجالات في وقتنا الحالي، وأهمها:
- البوصلة: يكمن دور المغناطيس في البوصلة في توجيه مؤشر البوصلة نحو القطب الشمالي بالتحديد. يمكن للأطفال أن يتعلموا المزيد عن المغناطيس من خلال صنع بوصلة بسيطة باستخدام إبرة وفلين ووعاء ماء.
- آلات البيع: يتم استخدام المغناطيس في آلات البيع لفصل النقود المعدنية الحقيقية عن الأشياء الأخرى التي قد يتم إدخالها في تلك الآلات، مثل الأقراص المعدنية. وذلك يتم عن طريق فحص المجال المغناطيسي المستخدم في تصنيع النقود الحقيقية، حيث تقوم الآلة بفحص جاذبية الأجسام المدخلة إليها للتأكد من أن الأموال المدخلة إليها أصلية أم مزيفة.
- تثبيت الأشياء: تثبيت الأشياء في مكانها هو واحد من أكثر استخدامات المغناطيس شيوعا، مثل تثبيت جدول الدراسة على باب الثلاجة باستخدام مغناطيس الثلاجة. يحدث ذلك بجذب مغناطيس الثلاجة إلى المعدن المستخدم في صنع الباب، ويمكن أيضا إغلاق باب الثلاجة بإحكام بفضل المغناطيس الموجود بداخلها.
- المحركات والمولدات الكهربائية: المغناطيس هو المسؤول الأساسي عن تشغيل المولدات الكهربائية والمحركات، حيث يتم توليد الكهرباء ببساطة عن طريق حركة سلك معدني بجانب المغناطيس. وتستخدم المولدات الكهربائية البخار أو المياه المتدفقة أو مصادر أخرى للطاقة لتدوير الأسلاك عبر مجال مغناطيسي، وبالتالي توليد الكهرباء.
- القطارات المرفوعة مغناطيسياً: يتم استخدام المغانط المثبتة تحت عربات القطارات لتعلو فوق السكك الحديدية الممغنطة. وتستخدم هذه القطارات مغانط ذات توصيل فائق. وتوجد هذه الأنواع من القطارات في الدول الحديثة مثل اليابان.
- الألعاب: يتم استخدام المغناطيس في صناعة بعض الألعاب، مثل لعبة القطار حيث يتم تثبيت عربات القطار ببعضها البعض باستخدام المغناطيس. كما تحتوي بعض مكعبات البناء على مغناطيسات للالتصاق ببعضها.
- المجوهرات: بعض قطع المجوهرات تحتوي على مشابك مغناطيسية لربط أطراف تلك القطع معا عند ارتدائها، وتستخدم أيضا أقراط مغناطيسية خصيصا للأشخاص الذين لا يحبون أو لا يرغبون في ثقب أذنيهم.
- صناعة الأثاث: يستخدم المغناطيس في بعض الخزائن والأدراج الحديثة لإبقاء الأبواب مغلقة، وكذلك في الثلاجات. هناك أيضا تصاميم جديدة رائعة تستخدم المغناطيس لتبدو وكأنها تطفو في الهواء.
- يسهم المغناطيس بشكل كبير في تقدم الرعاية الصحية، حيث يمكن للأطباء تشخيص الحالات الطبية باستخدام تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي، وتستخدم هذه التقنية مجالا مغناطيسيا لإنشاء صور دقيقة لأعضاء المرضى.
- يمكن العثور على المغناطيس في أي جهاز يحتوي على محرك، مثل الغسالات الكهربائية والمروحة وحتى السيارات، حيث تستخدم محركات هذه الأجهزة المغناطيس وملفات الأسلاك لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة.
حقائق عن المغناطيسيات
تصنع معظم المغناطيسات التي نشاهدها حولنا بواسطة الإنسان، ونظرا لأنها لم تكن مغناطيسية في الأصل، فإنها تفقد خصائصها المغناطيسية مع مرور الوقت بسبب التراجع أو التسخين أو التعرض للصدمات، وعادة ما يتم استخدام مادة الحديد أو الفولاذ في تصنيع المغناطيسات، ولكن يمكن تحويل الألومنيوم والحديد المغلفن والنحاس والنيكل والكوبالت إلى مغناطيسات قوية.
يعتقد العديد من العلماء أن الطيور قادرة على إيجاد طريقها إلى البيت باستخدام المجال المغناطيسي للأرض لتوجيهها في الرحلات الجوية الطويلة. ويستخدم بعض أطباء البيطرة المغناطيس لالتقاط قطع من الأسلاك أو غيرها من المعادن من داخل معدة حيوانات المزرعة الكبيرة.
تستخدم القطارات المغناطيسية الجديدة للتحليق والتخلص من الاحتكاك، مما يزيد كفاءتها. ويستطيع المغناطيس سحب الغازات والمواد الصلبة وحتى السوائل بناء على قوته.
تتدفق حقول مغناطيسية من الشمال إلى الجنوب، ولكن هذه الحقول غير مرئية، ومع ذلك يمكن رؤية شكلها غير المرئي عندما يتم وضع قطعة من الورق فوق مغناطيس ويتم رش مسحوق الحديد الناعم عليه. هناك أشكال مغناطيسية متعددة، ولكل شكل له شكل مغناطيسي مختلف.
عندما يتم دخول مجال المغناطيس، يتأثر فقط الجسم المغناطيسي، ولهذا السبب لن يجذب مغناطيس صغير الأشياء من جهة أخرى في الغرفة وتزيد قوة المغناطيس عندما تقترب الأشياء منه وتضعف عندما تكون بعيدة.
معظم المعادن لا تجذبها المغناطيسية، مثل النحاس والفضة والذهب والمغنيسيوم والبلاتين والألمنيوم وغيرها. وتتكون المواد المغناطيسية من آلاف المغناطيسات الصغيرة التي تسمى المجالات المغناطيسية. قبل أن تصبح المادة مغناطيسية، تكون المغناطيسات الصغيرة متجهة في اتجاهات مختلفة تلغي تأثير بعضها البعض. ولكن يمكن تنظيم المجال المغناطيسي لتوجيه جميع المغناطيسات في نفس الاتجاه، وهذا يجعل المادة تصبح مغناطيسية.