نعم، تفقد المغانط الدائمة قدرًا ضئيلًا من مغناطيسيتها بمرور الزمن بسبب الحرارة والضرر الميكانيكي والتآكل والتخزين غير المناسب. يعد الويسكي ونسيج الدينم والأحذية والمعاطف الجلدية وحتى الحساسية المزعجة من الأشياء القليلة المعروفة التي تتحسن مع الزمن، لكن الأمر مختلف مع المغانط.
من المعروف أن مغانط الثلاجة تسقط بعد بضع سنوات، وتخسر مغانط الألعاب قوتها مع مرور الوقت، عمليًا إن «المغانط الدائمة» ليست دائمةً في الواقع.
زوال المغنطة هو عملية تخفيف القدرة المغناطيسية للمغناطيس أو إزالتها، وعادةً تتم هذه العملية صناعيًا وقد تحدث طبيعيًا أيضًا.
قد تؤدي التقلبات الشديدة في درجات الحرارة وفقدان الحجم بسبب الضرر الميكانيكي والتخزين غير المناسب والفقد التخلُّفي والتآكل إلى تسريع فقدان مغناطيسية المغناطيس على المدى الطويل.
المغناطيسية
قبل تعلم المزيد عن كيفية فقدان مغناطيسية المغانط، دعونا نحاول فهم السبب في المقام الأول.
المغناطيسية هي واحدة من القوى الطبيعية الأساسية الأربع، وتنشأ من حركة الجسيمات دون الذرية المشحونة وخاصةً الإلكترونات، تدور هذه الجسيمات ذات الشحنة السالبة بثبات حول النواة، وتدور حول محاورها الخاصة في الوقت نفسه، تعرف الحركة السابقة باللف الإلكتروني، وهي خاصية ذاتية تساهم رئيسيًا في توليد قوى التجاذب أو التنافر، التي نسميها المغناطيسية.
ببساطة، تؤدي الحركتان المدارية والمغزلية إلى توليد تيار كهربائي (تدفق الإلكترونات)، وهذا يؤدي إلى عمل الإلكترونات الفردية مغانط صغيرةً (الكهرومغناطيسية)، تولد هاتان الحركتان ثنائي القطب المغناطيسي الخاص بهما (عزم ثنائي القطب المغناطيسي المداري وعزم ثنائي القطب المغناطيسي المغزلي، على التوالي) وتجتمعان لتشكيل عزم ثنائي القطب المغناطيسي الذري الصافي.
(تدور النيوكليونات والبروتونات والنيوترونات أيضًا حول محورها وتضاف للعزم المغناطيسي الصافي للذرة، مع أن تأثيرها أقل 1000 مرة من تأثير الإلكترونات، لذلك لا يُذكَر عادةً).
إن عملية دوران الإلكترونات حول محورها هي السبب الأساسي لظاهرة المغناطيسية
الآن، إذا كان كل إلكترون مغناطيسًا صغيرًا وتحتوي كل قطعة من المادة على تريليونات الإلكترونات، فلماذا لا يكون كل شيء حولنا ممغنطًا؟
الجواب: لأن أغلب الإلكترونات تلغي مغناطيسية بعضها بعضًا.
وفقًا لمبدأ باولي للاستبعاد، فإن الإلكترونات الموجودة في القشرة المدارية نفسها تدور باتجاه معاكس لبعضها وهذا يلغي قواها المغناطيسية. في بعض العناصر، مثل الحديد والكوبالت (مواد مغناطيسية حديدية)، فيكون غلاف التكافؤ الأخير ممتلئًا لنصفه فقط ويحوي إلكترونات غير متزاوجة.
تغذي هذه الإلكترونات غير المتزاوجة مجتمعةً ذراتها بالطاقة المغناطيسية، من دون وجود إلكترونات عكسية تبطل مفعول الإلكترونات غير المتزاوجة.
عند تشكل بلورة، تستطيع الذرات -بالاعتماد على الطاقة الداخلية الأدنى- تنظيم عزومها المغناطيسية باتجاه واحد أو باتجاه متعاكس، وتُعرَف المناطق التي يوازي فيها العزم المغناطيسي بعضه (يصطف بمحاذاة بعضه) بالنطاقات المغناطيسية.
إن استجابة هذه النطاقات والذرات المفردة للحقل الخارجي المطبق تشكل الأساس في تصنيف مختلف المواد المغناطيسية.
عندما تصطف كل النطاقات المغناطيسية بالاتجاه ذاته بعد تطبيق حقل مغناطيسي خارجي عليها، يبدأ العنصر أو المادة بالتصرف مغناطيسًا دائمًا.
النطاقات المغناطيسية في المواد المغناطيسية الحديدية تحاذي بعضها بوجود حقل خارجي، وعلى ذلك تتصرف مغناطيسًا دائمًا.
ما الذي يسبب فقدان المغناطيسية؟
لا تعد المادة المغناطيسية في الواقع مغناطيسيةً إلا إذا تحاذت نطاقاتها بدقة، وقد يؤدي تغير اتجاه أي نطاق منها إلى فقدان في قوة المغنطة الصافية. تتسبب عوامل طبيعية متعددة في عشوائية اتجاهات هذه النطاقات، أحد أكثر الأسباب شيوعًا وتدميرًا هو الحرارة الزائدة.
الحرارة
في حين يبدو كل شيء هادئًا على السطح، تهتز الذرات باستمرار على المستوى المجهري، إذ يعتمد مدى اهتزازها على حالة طاقتها، التي تعتمد بدورها على درجة حرارتها. يؤثر أي تأرجح بسيط في درجة الحرارة في شدة الاهتزازات الذرية، ومن ثم يؤثر في القوة المغناطيسية الكلية. يزيد انخفاض الحرارة من القوى المغناطيسية للمغناطيس، في حين أن زيادة الحرارة تؤثر فيها تأثيرًا عكسيًا.
عند التعرض لدرجات الحرارة العالية، تبدأ الذرات داخل المغناطيس بالاهتزاز بسرعة وشدة أكبر، وهذا يجبر بعض النطاقات المغناطيسية على الخروج من المحاذاة، ويؤدي ذلك إلى انخفاض في المغناطيسية الصافية. عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية، تفقد جميع النطاقات المغناطيسية محاذاتها وعلى ذلك تفقد الخاصية المغناطيسية بالكامل، تسمى درجة الحرارة التي يفقد عندها المغناطيس الدائم قدرته المغناطيسية نقطة كوري أو درجة حرارة كوري.
الحرارة ضد المغناطيسية
سيستعيد المغناطيس خواصه المغناطيسية إذا سخن لدرجة حرارة كوري ثم تعرض للتبريد (يصاحب ذلك انخفاض طفيف في القوة). على أي حال، فإن تبريد المغناطيس بعد تسخينه إلى درجة حرارة أبعد من نقطة كوري لن يساعد في استعادة المغناطيسية. في هذه الحالة، نحتاج إلى تعريضه لحقل مغناطيسي خارجي لتستعيد النطاقات محاذاتها وتتمغنط المادة مجددًا.
في حين أن تطبيق الحرارة من الطرق الأساسية لإزالة المغنطة، فإن المغانط لا تتعرض لدرجات حرارة عالية في الحياة اليومية طبيعيًا (مغانط الفريت ~460 درجة مئوية، ومغانط النيكو ~860 درجة مئوية، ومغانط السماريوم كوبالت ~750 درجة مئوية، ومغانط النيوديميوم ~310 درجات مئوية)، إذ يحدث الفقدان الطبيعي للمغناطيسية رئيسيًا بسبب أحد العوامل الأخرى.
التخزين غير المناسب
قد يبدو الأمر تافهًا، لكن التخزين المناسب للمغانط أمر أساسي لضمان عدم فقدان قوتها مع الزمن (لا تتلف وسائطك المغناطيسية، مثل بطاقات الائتمان والأقراص الصلبة وأجهزة العرض… إلخ)
تتضمن معظم المغانط كميةً وافرةً من الحديد، وهو عنصر معروف بتآكله عند وجود الأوكسجين والماء. يُعد مغناطيس النيوديميوم أقوى المغانط الدائمة وأكثرها استخدامًا، والأقل تحصينًا ضد الصدأ أيضًا لاحتوائه على كمية عالية من الحديد (أكثر من 60%). نظرًا إلى أن الصدأ يغير البنية الكيميائية الأساسية التي تعطي المادة صفتها المغناطيسية (Fe → Fe2O3)، فإنه يؤدي إلى فقدان في القوة الكلية. بدأت الشركات المصنعة بإنشاء طلاء مضاد للصدأ، ومع ذلك يبقى توخي الحذر واجبًا عند تخزين المغانط.
تتآكل مغانط النيوديميوم بسهولة عندما تترك مكشوفة في الهواء
قد يؤدي وضع مغناطيس بالقرب من مغناطيس آخر «أقوى» إلى فقدان بعض مغناطيسيته أو كلها، إذ يجب ألا تلمس الأقطاب المتشابهة للمغانط المختلفة بعضها بعضًا (ويجب ألا تتقارب أيضًا)، سيجبر المغناطيس الأقوى بينهما النطاقات المغناطيسية للمغناطيس الأضعف على تغيير اتجاهها، وفي بعض الحالات، قد تنقلب الأقطاب انقلابًا كاملًا. يُعرَف فقدان المغناطيسية الناتج عن حقل مغناطيسي خارجي (شارد) بالفقد التخلُّفي.
الأضرار الهيكلية
في النهاية، سيؤدي الانخفاض العام في الحجم أو أي ضرر في الهيكل أيضًا إلى انخفاض في القوة المغناطيسية. من الواضح أن الحقل المغناطيسي الناشئ عن مغانط لها التركيب نفسه يعتمد على حجم هذه المغانط، كلما كان المغناطيس أكبر، كان الحقل المغناطيسي المتولد أكبر، سينقص الضرر الهيكلي بهيئة تشظي من حجم المغناطيس، وعلى ذلك ستنقص قوته المغناطيسية.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الصدمات العنيفة، مثل الطرق المتكرر بمطرقة على مغناطيس أو إسقاطه على سطح صلب قد تجبر النطاقات المغناطيسية على الخروج عن محاذاتها ومن ثَم تضعف مغناطيسيتها. ومع ذلك، يُعد هذا الأمر صحيحًا بالنسبة لبعض المغانط الدائمة فقط، إذ يعد النيوديميوم والساماريوم كوبالت والمغانط الحديدية هشة للغاية فهي قابلة للتحطم إذا سقطت على سطح صلب أو ضُرِبت بمطرقة. من جهة أخرى، تعد مغانط النيكو مغانط قويةً جدًا لا تتحطم أو تتصدع بالضغط الميكانيكي.
كلمة أخيرة
لإطالة عمر مغانطك وتفادي أي فقدان في قدرتها المغناطيسية ، خزن مغانطك في مكان جاف ومعزول.
إذا كان عليك تخزين بضعة مغانط مع بعضها، ضع القطب الشمالي لمغناطيس على القطب الجنوبي لمغناطيس آخر وهكذا، وكذلك المغانط على شكل حدوة الحصان تُخزَّن بهذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، استعمل حامي (درع) -قطعة صغيرة من الحديد أو الفولاذ- لتفادي فقدان المغنطة الذاتي وتجنب إلحاق الضرر الكامل بها.
في حين تتعاون عدة قوى لإضعاف قوى مغناطيسك، فإن الانخفاض الصافي في المغناطيسية يكون صغيرًا جدًا خلال فترة زمنية طويلة. على سبيل المثال، تستغرق مغانط ساماريوم كوبالت نحو 700 عام لتفقد نصف قوتها طبيعيًا، وفي حين تخسر مغانط نيوديميوم نحو 5% من مغناطيسيتها كل قرن.
لذلك يمكنك الاطمئنان، ستدوم مغانطك الدائمة القابعة في درجك طوال حياتك وبإمكانك أيضًا تمريرها إلى أحفادك إرثًا عائليًا.
اقرأ أيضًا:
ظاهرة غامضة تضعف الحقل المغناطيسي للأرض
ترجمة: حسين عباس
تدقيق: راما الهريسي
مراجعة: صهيب الأغبري
