المغانط: القطبان الشمالي والجنوبي والتجاذب والتنافر والأجسام المغناطيسية وتمغنط الحديد - السنة الثانية متوسط

المغناطيس شيء مألوف: على باب الثلاجة، وفي علبة الأقلام، وفي لعبة الأطفال. ومع أنه بسيط في شكله فله خواص مدهشة: يجذب الحديد دون أن يلمسه، ويشير في البوصلة دائمًا إلى الشمال. وفي السنة الثانية متوسط ضمن ميدان الظواهر الكهربائية تدرس المغانط: أنواعها وأقطابها وما يجذبه المغناطيس وما لا يجذبه. تعرض هذه الصفحة أنواع المغانط، ثم قطبيها، ثم التجاذب والتنافر، ثم الأجسام المغناطيسية، ثم تمغنط الحديد، ثم البوصلة والأرض، وتنتهي بأخطاء شائعة وأسئلة محلولة.

ما المغناطيس؟

المغناطيس جسم يجذب بعض المعادن، وخاصة الحديد. وجمعه مغانط. ونجد في المخبر نوعين شائعين:

• مغناطيس على شكل حرف U (حدوة).
• مغناطيس على شكل متوازي مستطيلات (قضيب).

قطبا المغناطيس

لكل مغناطيس قطبان: قطب شمالي وقطب جنوبي.

• القطب الشمالي نرمز له بـ ⁦N⁩ (من North)، ويلون غالبًا باللون الأحمر.
• القطب الجنوبي نرمز له بـ ⁦S⁩ (من South)، ويلون باللون الأزرق.

ويظهر تأثير المغناطيس أقوى عند القطبين، وأضعف في وسطه. وإذا قطعنا مغناطيسًا نصفين حصلنا على مغناطيسين كل منهما بقطبين، فلا يمكن فصل قطب واحد.

التجاذب والتنافر

نقرب مغناطيسين من بعضهما:

• القطبان المختلفان (⁦N⁩ مع ⁦S⁩) يتجاذبان.
• القطبان المتشابهان (⁦N⁩ مع ⁦N⁩ أو ⁦S⁩ مع ⁦S⁩) يتنافران.

وهذه القاعدة تشبه تمامًا قاعدة الشحنات الكهربائية: الشحنات المختلفة تتجاذب والمتشابهة تتنافر.

الأجسام المغناطيسية وغير المغناطيسية

نقرب مغناطيسًا من أجسام مختلفة:

• أجسام مغناطيسية: يجذبها المغناطيس. هي المصنوعة من الحديد والفولاذ (الصلب) والنيكل والكوبالت.
• أجسام غير مغناطيسية: لا يجذبها. مثل النحاس والألمنيوم والخشب والبلاستيك والزجاج والورق والذهب.

ولاحظ أن المغناطيس لا يجذب كل المعادن، فالنحاس والألمنيوم معدنان لكنهما لا ينجذبان.

تمغنط الحديد

يمكن أن نجعل قطعة حديد أو فولاذ مغناطيسًا. وتسمى العملية التمغنط:

• بالتأثير: نقرب مغناطيسًا من قطعة حديد دون لمسها، فتصبح مغناطيسية مؤقتًا وتجذب مسامير صغيرة.
• بالدلك: ندلك قطعة فولاذ بمغناطيس في اتجاه واحد عدة مرات فتصبح مغناطيسًا دائمًا.

والحديد الطري يفقد مغناطيسيته بسرعة (مغناطيس مؤقت)، أما الفولاذ فيحتفظ بها مدة طويلة (مغناطيس دائم).

الإبرة المغناطيسية والبوصلة

الإبرة المغناطيسية مغناطيس صغير خفيف حر الدوران على محور. وإذا تركت حرة استقرت دائمًا في الاتجاه شمال جنوب: يشير قطبها ⁦N⁩ إلى الشمال الجغرافي تقريبًا. وهذه الخاصية هي أساس البوصلة التي تستعمل لتحديد الاتجاهات.

ويفسر ذلك أن الأرض نفسها مغناطيس ضخم، له قطبان مغناطيسيان قريبان من القطبين الجغرافيين. والقطب المغناطيسي الأرضي القريب من الشمال الجغرافي هو في الحقيقة قطب جنوبي مغناطيسي، ولذلك ينجذب إليه القطب الشمالي لإبرة البوصلة.

أنشطة للتجريب

1. أحضر مغناطيسًا ودبابيس وقطعة نحاس وخشب وبلاستيك، وقرب المغناطيس من كل منها، ودوّن النتيجة.
2. ضع مغناطيسين قريبًا من بعضهما بقطبين مختلفين ثم متشابهين ولاحظ الفرق.
3. دلك مسمارًا فولاذيًا بمغناطيس عشر مرات في اتجاه واحد وجرب هل يجذب دبوسًا.

أخطاء شائعة

• القول إن المغناطيس يجذب كل المعادن.
• الخلط بين قاعدة التجاذب والتنافر: المتشابهان يتنافران.
• القول إن القطب الشمالي للمغناطيس أضعف من الجنوبي.
• الاعتقاد أن النحاس والألمنيوم مغناطيسيان.
• نسيان أن المغناطيس المقطوع يعطي مغناطيسين.
• الخلط بين لون القطب الشمالي (أحمر) والجنوبي (أزرق).

أسئلة للتدرب

1. ما رمز كل قطب وما لونه؟
2. ماذا يحدث عند تقريب قطبين شماليين؟
3. أي الأجسام مغناطيسية: مفتاح حديدي، ملعقة ألمنيوم، مسمار فولاذ، قلم بلاستيكي؟
4. كيف نمغنط مسمارًا فولاذيًا؟
5. لماذا تشير البوصلة إلى الشمال؟

الأجوبة النموذجية:

1. الشمالي ⁦N⁩ أحمر، والجنوبي ⁦S⁩ أزرق.
2. يتنافران.
3. المفتاح الحديدي والمسمار الفولاذي.
4. ندلكه بمغناطيس في اتجاه واحد مرات عدة.
5. لأن الأرض مغناطيس ضخم، وإبرة البوصلة تتوجه بتأثير مجالها المغناطيسي.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، تشرح الأستاذة أصالة في فيديو «درس المغانط، أقطاب المغانط، والتجاذب والتنافر، سنة ثانية متوسط» هذا الدرس في نحو ثماني دقائق داخل المخبر، فتعرض نوعين من المغانط: على شكل حرف U وعلى شكل متوازي مستطيلات، وتبين أن القطب الشمالي بالأحمر والجنوبي بالأزرق.

وللتوسع، اطلع على هذه الملفات في الموقع:

• درس المغانط: تعريف المغناطيس والأجسام المغناطيسية واللامغناطيسية والقطبان
• تمارين مع الحل حول المغانط وتمغنط الحديد